DE102012112892A1

DE102012112892A1 - Elektromaschine

Info

Publication number: DE102012112892A1
Application number: DE201210112892
Authority: DE
Inventors: Werner Schiek
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-07-10
Also published as: CN203800762U; US20150180312A1; JP3191276U; US9461524B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine, der zu Kühlzwecken Luft zugeführt wird, die sich im Betrieb der Elektromaschine erwärmt und als Abluft abgeführt wird, und die mit einem Lüfterrad (70) ausgestattet ist, das mit einem Rotor der Elektromaschine gekoppelt ist. Um das Betreiben der Elektromaschine weiter zu verbessern und/oder zu vereinfachen, ist das Lüfterrad (70) als präzises Metallteil, insbesondere Stahlteil, ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine, der zu Kühlzwecken Luft zugeführt wird, die sich im Betrieb der Elektromaschine erwärmt und als Abluft abgeführt wird, und die mit einem Lüfterrad ausgestattet ist, das mit einem Rotor der Elektromaschine gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Elektromaschine. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Elektromaschine.
Aus dem US-Patent US 7,362,016 B2 ist ein Elektromotor mit einer Kühlung und geeigneten Sensoren bekannt. Aus der US-Patentanmeldung US 2007/0046111 A1 ist ein Elektromotor mit einer Ventilationsvorrichtung bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 31 09 621 A1 ist ein Mehrphasen-Wechselstrommotor bekannt, in welchem ein aus einem Geber und einem Empfänger bestehender Drehzahlsensor angeordnet und der scheibenförmige Geber an der Nabe befestigt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Betreiben einer Elektromaschine, der zu Kühlzwecken Luft zugeführt wird, die sich im Betrieb der Elektromaschine erwärmt und als Ablauft abgeführt wird, und die mit einem Lüfterrad ausgestattet ist, das mit einem Rotor der Elektromaschine gekoppelt ist, weiter zu verbessern und/oder zu vereinfachen.
Die Aufgabe ist bei einer Elektromaschine, der zu Kühlzwecken Luft zugeführt wird, die sich im Betrieb der Elektromaschine erwärmt und als Ablauft abgeführt wird, und die mit einem Lüfterrad ausgestattet ist, das mit einem Rotor der Elektromaschine gekoppelt ist, dadurch gelöst, dass das Lüfterrad als präzises Metallteil, insbesondere Stahlteil, ausgeführt ist. Diese Ausführung des Lüfterrads liefert den Vorteil, dass das Lüfterrad zum Erfassen der Drehzahl der Elektromaschine verwendet werden kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Lüfterrad eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Rotordrehzahl zugeordnet ist. Dadurch bekommt das Lüfterrad eine Doppelfunktion. Zum einen dient das Lüfterrad zur Kühlung. Darüber hinaus dient das Lüfterrad zur Erfassung der Rotordrehzahl.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor der Sensoreinrichtung radial außerhalb des Lüfterrads angeordnet ist. Bei dem Sensor handelt es sich vorteilhaft um einen induktiven Sensor.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass Luftleitelemente des Lüfterrads Signalgeber der Sensoreinrichtung darstellen. Das liefert den Vorteil, dass zur Darstellung der Signalgeber keine zusätzlichen Elemente benötigt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad zwei Tragringe umfasst, die durch Luftleitelemente einstückig miteinander verbunden sind. Bei den Luftleitelementen handelt es sich zum Beispiel um Luftleitschaufeln.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tragringe gleiche Innendurchmesser und/oder gleiche Außendurchmesser aufweisen. Dadurch wird die Herstellung des Lüfterrads vereinfacht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass einer der Tragringe Durchgangslöcher zum Durchführen von Befestigungselementen aufweist, mit denen das Lüfterrad mit dem Rotor koppelbar ist. Bei den Befestigungselementen handelt es sich zum Beispiel um Schrauben. Bei den Durchgangslöchern handelt es sich zum Beispiel um Bohrungen, die bei der Montage des Lüfterrads zugänglich sind. Die Befestigungselemente werden zum Beispiel in Gewindesacklöcher eingeschraubt, die in dem Rotor vorgesehen sind.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Elektromaschine. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich zum Beispiel um ein Elektrofahrzeug oder um ein Hybridfahrzeug. Dabei dient die Elektromaschine ganz oder teilweise zum Antrieb des Kraftfahrzeugs.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Elektromaschine. Dabei dient das Lüfterrad vorteilhaft neben seiner Funktion zur Kühlung, vorzugsweise im Zusammenwirken mit einem induktiven Sensor, zusätzlich auch zur Drehzahlerfassung des Rotors der Elektromaschine.
Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung eines Lüfterrads einer vorab beschriebenen Elektromaschine sowohl zur Kühlung als auch zur Drehzahlerfassung der Elektromaschine. Durch die erfindungsgemäße Doppelfunktion des Lüfterrads kann auf einen zusätzlichen Sensor zur Drehzahlerfassung der Elektromaschine verzichtet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Elektromaschine, der zu Kühlzwecken Luft zugeführt wird;
2 eine vergrößerte, gedrehte Darstellung der Elektromaschine aus 1;
3 eine perspektivische Schnittdarstellung der Elektromaschine aus 2; die
4 bis 6 ähnliche Darstellungen der Elektromaschine aus 2 mit unterschiedlichen Luftzuführeinrichtungen;
7 eine vereinfachte Darstellung eines Lüfterrads der erfindungsgemäßen Elektromaschine mit einer Sensoreinrichtung und
8 eine perspektivische Darstellung des Lüfterrads aus 7.
In 1 ist eine Kühleinrichtung 1 zur Kühlung einer Elektromaschine 5 mit Kühlluft perspektivisch dargestellt. Die Kühlluft wird der Elektromaschine 5 über einen Lufteintritt 6 zugeführt. Im Betrieb der Elektromaschine 5 erwärmt sich die Kühlluft. Die erwärmte Kühlluft tritt an einem Luftaustritt 8 aus der Elektromaschine aus.
Die Elektromaschine 5 ist vorteilhaft mit einem rotierenden Lüfterrad ausgestattet, mit dessen Hilfe die Kühlluft über den Lufteintritt 6 angesaugt werden kann. Durch einen Pfeil 11 ist eine Fahrtrichtung eines mit der Kühleinrichtung 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs 22 angedeutet. Durch einen weiteren Pfeil 12 ist Fahrtwind angedeutet, der in Form einer Luftströmung 15 dem Lufteintritt 6 zugeführt wird.
Die Luftströmung 15 gelangt durch eine Lufteintrittsöffnung 18, die in oder an einem Karosserieteil 20 des Kraftfahrzeugs 22 vorgesehen ist, in eine Airbox 24. Aus der Airbox 24 gelangt die Luftströmung über eine Reinluftschale 25 und eine Kühlluftanbindung 26 zum Lufteintritt 8 der Elektromaschine 5.
Ein Lüfterrad der Elektromaschine 5 stellt ein aktives Strömungselement dar und kann alternativ oder zusätzlich zum Fahrtwind 12 zur Darstellung der Luftkühlung verwendet werden. Durch den Fahrtwind 12 entsteht an der Lufteintrittsöffnung 18 ein Überdruck oder Staudruck, dessen Einfluss sich auf die Airbox 24 und die Reinluftschale 25 überträgt.
Die Kühlluftanbindung 26 ist vorteilhaft aus einem Elastomer gebildet, um Triebstrangschwingungen und Relativbewegungen von der Karosserie des Kraftfahrzeugs 22 zu entkoppeln. Alternativ kann die Kühlluftanbindung 26 eine Verschlauchung, zum Beispiel aus einem Elastomer-Gewebe-Compound oder ein Well- beziehungsweise Flexrohr umfassen.
In den 2 und 3 sieht man, dass die Elektromaschine 5 ein Gehäuse 40 mit dem Lufteintritt 6 und dem Luftaustritt 8 umfasst. In dem Gehäuse 40 sind ein Stator 41 und ein Rotor 42 angeordnet. Der Rotor 42 ist radial außerhalb des Stators 41 angeordnet. Radial innerhalb des Stators 41 sind ein Drehschwingungsdämpfer 44 und ein Ausrücker 45 angeordnet. Der Ausrücker 45 dient zum Betätigen einer Trennkupplung 46, die ebenfalls in das Gehäuse 40 der Elektromaschine 5 integriert ist.
Die Kühleinrichtung 1 der Elektromaschine 5 umfasst neben der Luftkühlung eine Wasserkühlung 48, die zum Beispiel einen Wassermantel umfasst, der radial innerhalb des Stators 41 angeordnet ist. Die Luftkühlung umfasst ein Lüfterrad 50, das im dargestellten Ausführungsbeispiel drehfest mit dem Rotor 42 der Elektromaschine 5 verbunden ist.
In den 4 bis 6 ist dargestellt, wie Luft, insbesondere Fahrtwind 12, mit Hilfe von verschiedenen Luftzuführungseinrichtungen 61, 62, 63 dem Gehäuse 40 der Elektromaschine 5 zugeführt werden kann. Dabei stellt der Pfeil 11, wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, jeweils die Fahrtrichtung dar. Der Pfeil 12 symbolisiert den Fahrtwind. Die Luftzuführungseinrichtungen 61 bis 63 sind über flexible oder starre Luftanbindungsleitungen 65 an den Lufteintritt 6 an der Elektromaschine 5 angebunden.
Die in 4 dargestellte Luftzuführeinrichtung 61 stellt eine Art Trichter dar, der zum Fahrtwind 12 hin geöffnet ist. Die Luftzuführeinrichtung 61 ist zum Beispiel in eine Karosserie eines mit der Elektromaschine 5 ausgestatteten Kraftfahrzeugs integriert.
Die in 5 dargestellte Luftzuführeinrichtung 62 ist als Luftleitblech ausgeführt, durch das der Fahrtwind 12 um etwa 90 Grad umgelenkt wird. Die Luftzuführeinrichtung 62 ist ebenfalls vorteilhaft in eine Karosserie des Kraftfahrzeugs integriert.
Die in 6 dargestellte Luftzuführeinrichtung 63 ist im Wesentlichen trichterartig ausgeführt und in das Gehäuse 40 der Elektromaschine 5 integriert. Dabei kann die Luftzuführeinrichtung 63 vorteilhaft schwenkbar ausgeführt sein. Das liefert den Vorteil, dass die Luftzuführeinrichtung 63 schnell und einfach an unterschiedliche Einbaulagen angepasst werden kann.
Besteht zwischen dem Kraftfahrzeug und der umgebenden Luft ein Geschwindigkeitsunterschied, dann ergibt sich die durch den Pfeil 12 angedeutete Fahrzeuganströmung mit dem Fahrtwind. Durch Ausnutzung dieser Anströmung kann ein deutlicher Beitrag zum Kühlluftmassenstrom erreicht werden. Dieser Effekt kann separat oder additiv zu weiteren aktiven Strömungselementen genutzt werden.
In 7 ist ein Lüfterrad 70 der vorab beschriebenen Elektromaschine alleine detailliert dargestellt. Dem Lüfterrad 70 ist gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung eine Sensoreinrichtung 71 zugeordnet. Die Sensoreinrichtung 71 umfasst einen Sensor 72, der als induktiver Sensor ausgeführt ist.
Luftleitelemente 74 des Lüfterrads 70 stellen Signalgeber der Sensoreinrichtung 71 dar. Die Sensoreinrichtung 71 ist über eine Steuerleitung 73 an eine Motorsteuerung 75 angeschlossen. Der induktive Sensor 72 ist radial außerhalb des Lüfterrads 70 angeordnet.
Das Lüfterrad 70 mit den Luftleitelementen 74 ist aus Stahl gebildet und ermöglicht besonders vorteilhaft eine Drehzahlerfassung der Elektromaschine.
In 8 ist das Lüfterrad 70 perspektivisch dargestellt. Das Lüfterrad 70 umfasst zwei Tragringe 76, 77, die durch die Luftleitelemente 74 einstückig miteinander verbunden sind. Die Tragringe 76, 77 haben im Wesentlichen gleiche Innendurchmesser und gleiche Außendurchmesser. In dem Tragring 77 sind Durchgangslöcher 78 ausgespart, die eine Befestigung des Lüfterrads 70 am Rotor der Elektromaschine ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7362016 B2 [0002]
DE 3109621 A1 [0002]

Claims

Elektromaschine, der zu Kühlzwecken Luft zugeführt wird, die sich im Betrieb der Elektromaschine (5) erwärmt und als Abluft abgeführt wird, und die mit einem Lüfterrad (50; 70) ausgestattet ist, das mit einem Rotor (42) der Elektromaschine (5) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (50; 70) als präzises Metallteil, insbesondere Stahlteil, ausgeführt ist.
Elektromaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lüfterrad (50; 70) eine Sensoreinrichtung (71) zur Erfassung einer Rotordrehzahl zugeordnet ist.
Elektromaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (72) der Sensoreinrichtung (71) radial außerhalb des Lüfterrads (50; 70) angeordnet ist.
Elektromaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Luftleitelemente (74) des Lüfterrads (50; 70) Signalgeber der Sensoreinrichtung (71) darstellen.
Elektromaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (50; 70) zwei Tragringe (76, 77) umfasst, die durch Luftleitelemente (74) einstückig miteinander verbunden sind.
Elektromaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragringe (76, 77) gleiche Innendurchmesser und/oder gleiche Außendurchmesser aufweisen.
Elektromaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Tragringe (76, 77) Durchgangslöcher (78) zum Durchführen von Befestigungselementen aufweist, mit denen das Lüfterrad (50; 70) mit dem Rotor (42) koppelbar ist.
Kraftfahrzeug mit einer Elektromaschine (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben einer Elektromaschine (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verwendung eines Lüfterrads einer Elektromaschine (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 sowohl zur Kühlung als auch zur Drehzahlerfassung der Elektromaschine (5).