-
Es ist bekannt, dass elektrische Motoren bzw. elektrische Maschinen verwendet werden, um Fahrzeuge anzutreiben. Derartige Maschinen werden als elektrische Traktionsmotoren bezeichnet.
-
Insbesondere in Elektrofahrzeugen und in Hybridfahrzeugen, die u. a. einen elektrischen Motor als Antriebsaggregat aufweisen, wandelt eine elektrische Maschine elektrischen Strom in eine Bewegung um, wobei hierbei ein Rotor sich gegenüber einem Stator dreht.
-
Während die elektrische Maschine zur Traktion verwendet wird, erzeugt diese Verlustwärme, welche durch geeignete Lüftungsmaßnahmen oder auch durch eine Flüssigkeitskühlung abgeführt wird.
-
Jedoch ergeben sich einige Betriebszustände, bei denen der Traktionsmotor weiterhin bewegt wird, jedoch lediglich passiv, etwa wenn sich das Fahrzeug in einem sog. Segelmodus oder einem sog. Coastingmodus befindet, in dem das Fahrzeug nur mit geringer Unterstützung durch den Antrieb oder antriebslos rollt, oder wenn sich das Fahrzeug in einem Modus befindet, in dem eine andere Komponente des Antriebsstrangs Traktionsleistung bzw. Vortrieb erzeugt, beispielsweise wenn nur ein Verbrennungsmotor eines Hybridfahrzeugs arbeitet. In diesen Fällen erzeugt der sich drehende Rotor Luftverwirbelungen, welche das Fahrzeug abbremsen, wodurch sich die Energiebilanz des Fahrzeugs verschlechtert.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich die Verluste, welche sich durch Verwirbelungen aufgrund des Rotors ergeben, (sogenannte Schleppverluste), verringern lassen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren und durch den Antriebsstrang gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere Ausgestaltung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche sowie mit den Merkmalen, wie sie in der Beschreibung dargelegt sind.
-
Es ist vorgesehen, dass Verwirbelungsverluste in elektrische Maschinen von Fahrzeugen, die sich bei der Übertragung der Fahrbewegung des Fahrzeugs an die elektrische Maschine (d. h. an den elektrischen Traktionsmotor) ergeben, verringert werden, indem ein Unterdruck an dem Rotor erzeugt wird. Da die Schleppverluste unmittelbar mit dem Druck des Gases verknüpft sind, in welchem die Verwirbelungsverluste stattfinden, können durch Unterdruck die Schleppverluste, welche durch Verwirbelung entstehen, signifikant verringert werden. Bei Traktionsmotoren, die zur Traktion eines Fahrzeugs verwendet werden, liegt üblicherweise der Schleppverlust bei Normaldruck deutlich über der Summe aus den Schleppverlusten bei Unterdruck und der Leistung, die zur Erzeugung des Unterdrucks notwendig ist, so dass die Gesamtenergiebilanz bei der Erzeugung eines Unterdrucks gegenüber herkömmlichen Systemen verbessert ist.
-
Ferner lässt sich der Unterdruck mit zahlreichen bereits vorliegenden Komponenten eines Fahrzeugs erzeugen (beispielsweise mit einer Vakuumpumpe eines Bremskraftverstärkers), oder lässt sich ohne weiteres an herkömmliche Traktionsmotoren oder Antriebssträngen ankoppeln, so dass die Umsetzung einen geringen Aufwand erfordert.
-
Es wird daher wie folgt ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Traktionsmotors eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Hierbei ist das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug oder vorzugsweise ein Hybridfahrzeug, insbesondere mit einem Verbrennungsmotor, der mit einem Abtrieb eines Fahrzeugs verbunden ist. Zunächst wird eine Fahrbewegung des Fahrzeugs als Rotationsbewegung an den Rotor des Traktionsmotors übertragen. Dies findet insbesondere während eines Coastingbetriebs oder während eines Segelbetriebs des Fahrzeugs oder in einem Fahrmodus statt, in welchem eine weitere Traktionskomponente (beispielsweise der Verbrennungsmotor) das Fahrzeug (hauptsächlich) antreibt. Beispielsweise bei hohen Geschwindigkeiten, etwa über 80, 120 oder 140 km/h kann in Hybridfahrzeugen vorgesehen sein, dass der elektrische Traktionsmotor abgeschaltet wird, da diese Geschwindigkeiten mit Drehzahlen verknüpft sind, die außerhalb eines Normdrehzahlbereichs des Traktionsmotors liegen, während der Verbrennungsmotor das Fahrzeug antreibt.
-
Ein Segelbetrieb ist ein Betrieb des Fahrzeugs, in dem der elektrische Traktionsmotor nur geringfügig Traktionsleistung erzeugt, etwa um eine Geschwindigkeit im Wesentlichen zu halten ohne Ausübung einer wesentlichen Beschleunigung. Die Leistung des Antriebs kann hierbei typischerweise > 0% und < 10 %, <5 %, <1 % oder <0,5 % der nominellen Maximalleistung des elektrischen Traktionsmotors betragen. Da die Leistung gering ist, wird in diesem Modus eine Fahrbewegung des Fahrzeugs (10) als Rotationsbewegung an einen Rotor (22) des Traktionsmotors übertragen und bestimmt im Wesentlichen die Rotationsbewegung des Rotors.
-
Ein Coastingbetrieb betrifft einen Betriebsmodus, in dem der elektrische Traktionsmotor kein Drehmoment erzeugt, d.h. nicht mit Strom versorgt wird.
-
Da im Segelbetrieb und im Coastingbetrieb gleichermaßen die Fahrbewegung die Rotationsbewegung des Rotors maßgeblich bestimmt, während das durch den Rotor erzeugte Drehmoment die Fahrbewegung nur unwesentlich beeinflusst bzw. der Rotor kein Drehmoment erzeugt, das die Fahrbewegung beeinflusst, sind die Begriffe Segelbetrieb und Coastingbetrieb als gleichbedeutend anzusehen und sind im Kontext des hier beschriebenen Verfahrens austauschbar.
-
Es wird ein Unterdruck an dem Rotor angelegt, um die Verwirbelungsverluste zu verringern. Der Unterdruck wird angelegt, während die Rotationsbewegung den Rotor bewegt, d. h. während der Traktionsmotor von dem Fahrzeug mitgeschleppt wird. Der Unterdruck wird insbesondere an das Innere eines Gehäuses des Traktionsmotors angelegt, welches den Traktionsmotor (und insbesondere den Rotor, gegebenenfalls einschließlich des zugehörigen Stators) gegenüber der Umgebung abdichtend umschließt, wobei insbesondere in einem Luftspalt zwischen dem Rotor und einem zugehörigen Stator der Unterdruck vorgesehen wird. Der Unterdruck wird üblicherweise nicht an dem Rotor selbst erzeugt, sondern nur dort angelegt, wobei der Unterdruck vorgesehen wird mittels einer Unterdruckquelle, insbesondere mittels einer Vakuumpumpe, mittels eines Ansaugtrakts, oder auch mittels eines Behälters, in dem ein Vakuum herrscht. An einem derartigen Behälter kann wiederum eine Vakuumpumpe angeschlossen sein.
-
Das Anliegen des Unterdrucks an den Rotor bedeutet nicht notwendigerweise, dass nur dort Unterdruck herrscht, vielmehr wird der Unterdruck nicht nur in der direkten Umgebung des Rotors angelegt, sondern vorzugsweise auch an anderen Komponenten des Traktionsmotors, um aufwändige Abdichtungsmaßnahmen einzusparen. Insbesondere kann entweder der Unterdruck im gesamten Gehäuse des Traktionsmotors angelegt werden, welches alle Komponenten des Traktionsmotors (Rotor, Stator, Elektronik) umschließt, oder kann in einem Modulgehäuse innerhalb des vorgenannten Gehäuses angelegt werden, wobei sich in dem Modulgehäuse der Rotor und der Stator, jedoch nicht alle weiteren Komponenten des Traktionsmotors befinden, wobei insbesondere die Elektronik des Traktionsmotors außerhalb des Modulgehäuses liegen kann.
-
Das Anlegen des Unterdrucks wird vorzugsweise realisiert, in dem Luft (oder ein anderes Gas) aus einem geschlossenen Gehäuse abgepumpt wird, welches den Rotor umgibt. Das geschlossene Gehäuse kann hierbei dem Gehäuse des elektrischen Traktionsmotors entsprechen oder kann dem vorangehend genannten Modulgehäuse entsprechen. Die Luft bzw. das Gas wird mittels einer Unterdruckquelle abgepumpt. Diese ist an das Gehäuse, welches den Rotor umgibt, angeschlossen.
-
Als Unterdruckquelle kann insbesondere eine Vakuumpumpe verwendet werden, so dass der Unterdruck mittels der Vakuumpumpe erzeugt wird. Die Vakuumpumpe ist hierbei insbesondere eine Vakuumpumpe eines Bremskraftverstärkers des Fahrzeugs. Während des Betriebs des Fahrzeugs erzeugt daher die Vakuumpumpe einen Unterdruck in einem Bremskraftverstärker des Fahrzeugs. Die Vakuumpumpe erzeugt somit einen Unterdruck in dem Bremskraftverstärker und auch an dem Rotor. Hierzu kann die Vakuumpumpe über eine Verzweigung oder über einen Verteiler sowohl an den Bremskraftverstärker als auch an dem Rotor (d. h. an dem Gehäuse, welches den Rotor umgibt) angeschlossen sein. Unterdruck wird während des Betriebs des Fahrzeugs von der Vakuumpumpe erzeugt, wobei dies insbesondere nur Betriebsphasen während des Fahrbetriebs sind, beispielsweise wenn die Vakuumpumpe als Zusatzpumpe neben einer weiteren Unterdruckquelle (etwa einem Ansaugtrakt) verwendet wird. Der Betrieb der Vakuumpumpe kann sich mit dem Verwenden der weiteren Unterdruckquelle zeitlich überlappen, oder die Vakuumpumpe und die weitere Unterdruckquelle werden wechselweise zur Erzeugung des Unterdrucks verwendet. Die Vakuumpumpe kann somit (in der Betrachtung der Vakuumpumpe als Ressource für Unterdruck) im Zeitmultiplex von dem Bremskraftverstärker und zum Anlegen von Unterdruck am Rotor genutzt werden.
-
Die Vakuumpumpe kann hierbei insbesondere eine elektrische Vakuumpumpe sein, die anstatt einer weiteren Unterdruckquelle oder in Kombination mit einer weiteren Unterdruckquelle den Bremskraftverstärker mit Unterdruck versorgt. Eine derartige weitere Unterdruckquelle ist insbesondere der Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors oder eine damit verbundene Ansaugleitung, da im Betrieb des Verbrennungsmotors dieser üblicherweise dort Unterdruck erzeugt. Dieser wird verwendet, um den Bremskraftverstärker zu versorgen. Bei Hybridfahrzeugen, die sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen elektrischen Traktionsmotor umfassen, kann jedoch während dem Betrieb des Fahrzeugs (d. h. während dieses fährt) der Verbrennungsmotor ausgeschaltet sein, so dass der Verbrennungsmotor bzw. dessen Ansaugtrakt als Unterdruckquelle nicht zur Verfügung steht. In derartigen Systemen wird üblicherweise neben einer Anzapfung des Ansaugtrakts als Unterdruckquelle eine elektrische Vakuumpumpe vorgesehen, die insbesondere dann aktiv wird, wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, jedoch der Bremskraftverstärker weiterhin mit Unterdruck versorgt werden soll.
-
Somit wird eine derartige elektrische Vakuumpumpe einem weiteren Zweck zugeführt, nämlich der Erzeugung eines Unterdrucks, der an den Rotor des elektrischen Traktionsmotors angelegt werden kann. Somit hat die elektrische Vakuumpumpe statt nur einer Funktion zwei Funktionen, wobei zur Umsetzung lediglich ein Verteiler oder eine Verzweigung für den Unterdruck und ggf. ein Ventil erforderlich ist. Es können auch andere Unterdruckquellen bzw. Vakuumpumpen als Unterdruckquelle zum Anlegen eines Unterdrucks an den Rotor verwendet werden, insbesondere der Ansaugtrakt eines Druckluftkompressors oder auch der Ansaugtrakt eines Kompressors einer Aufladevorrichtung (d. h. eines Turboladers) des Fahrzeugs.
-
Der Unterdruck kann mittels einer elektrisch angetriebenen Vakuumpumpe erzeugt werden, die beispielsweise von einem Bordnetz des Fahrzeugs versorgt wird. Die elektrisch angetriebene Vakuumpumpe kann ferner von einem Generator versorgt werden, der von der Fahrbewegung des Fahrzeugs angetrieben wird, insbesondere von einer Lichtmaschine, einem Starter/Generator oder einer elektrischen Maschine, die ausschließlich den Zweck hat, elektrische Leistung für die Vakuumpumpe zu erzeugen, und die von dem Antriebsstrang, dem mitlaufenden Rotor oder allgemein von der Fahrbewegung des Fahrzeugs angetrieben wird. Die elektrisch angetriebene Vakuumpumpe kann ferner mit einer elektrischen Leistung versorgt werden, welche von dem Traktionsmotor als elektrischer Generator aus der Rotationsbewegung des Rotors erzeugt wird. Da der Traktionsmotor als elektrische Maschine ausgestaltet ist, kann durch entsprechendes Ansteuern bzw. Einstellen des Betriebsmodus der elektrischen Maschine der Traktionsmotor selbst als Generator verwendet werden. Hierdurch wird zwar die Rotorbewegung abgebremst, da der Generator betrieben wird, jedoch ist diese Zusatzbelastung des Rotors kleiner als die Verringerung der Schleppverluste aufgrund des Unterdrucks an dem Rotor. Es ergibt sich eine verbesserte positive Energiebilanz.
-
Schließlich ist es möglich, dass der Unterdruck mittels einer mechanisch angetriebenen Vakuumpumpe erzeugt wird. Diese Vakuumpumpe wird von der Rotationsbewegung des Rotors angetrieben oder auch von der Fahrbewegung des Fahrzeugs bzw. von einer Komponente des Antriebsstrangs, die Traktionsleistung an einen Abtrieb des Fahrzeugs überträgt. Wie bereits bemerkt, kann auch der Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors (eines Druckluftkompressors oder einer Aufladevorrichtung eines Verbrennungsmotors) als Druckluftquelle verwendet werden.
-
Die Verwendung einer elektrischen Vakuumpumpe als Unterdruckquelle, die ferner einen Unterdruck in einem Bremskraftverstärker erzeugt, hat den Vorteil, dass diese während des Betriebs des Verbrennungsmotors ohnehin im Wesentlichen ungenutzt bleibt, so dass bei hohen Geschwindigkeiten, in denen der elektrische Traktionsmotor nur mitgeschleppt wird, die ohnehin vorhandene elektrisch angetriebene Vakuumpumpe im Wesentlichen nur zur Erzeugung des Unterdrucks zum Anlegen an den Rotor verwendet werden kann. Somit bleibt der Betrieb des Bremskraftverstärkers unbeeinflusst von der erfindungsgemäßen Verwendung einer elektrischen Vakuumpumpe, die den Bremskraftverstärker versorgt, zur Erzeugung des Unterdrucks, um diesen an den Rotor bzw. an den elektrischen Traktionsmotor anzulegen.
-
Weiterhin kann die Stärke des Unterdrucks, und somit die Leistung der Unterdruckquelle bzw. der Vakuumpumpe, an die Fahrzeuggeschwindigkeit (insbesondere auch an die Temperatur innerhalb des Traktionsmotors) angepasst werden. Bei einer ersten Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Unterdruck hierbei mit einer geringeren Leistung erzeugt (bzw. im geringeren Maße der Vakuumquelle entnommen), als bei einer zweiten Fahrzeuggeschwindigkeit, die größer als die erste Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Da bei hohen Geschwindigkeiten die Verwirbelungsverluste deutlich höher sind als bei geringeren Geschwindigkeiten, kann die Stärke des Unterdrucks abgesenkt werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ohnehin relativ gering ist. Anstatt einer ersten und zweiten Fahrzeuggeschwindigkeit kann auch eine erste und eine zweite Drehzahl der elektrischen Maschine verwendet werden, um wie oben beschrieben den Unterdruck einzustellen.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Unterdruck bei einer ersten Temperatur innerhalb des elektrischen Traktionsmotors mit einer geringeren Leistung erzeugt wird, als bei einer zweiten Temperatur, die kleiner ist als die erste Temperatur. Dies trifft insbesondere zu bei luftgekühlten elektrischen Traktionsmotoren, insbesondere bei selbstkühlenden elektrischen Traktionsmotoren, bei denen die Bewegung des Rotors unmittelbar einen Kühlmittelstrom erzeugt. Da bei hohen Temperaturen ein geringerer Unterdruck (d. h. ein höherer Druck) zur besseren Wärmeabführung erforderlich ist, als bei geringen Temperaturen, wird das Anliegen des Unterdrucks an den Rotor mit zunehmender Temperatur verringert. Der Kühlmittelstrom kann hierbei an einer Kühloberfläche an der Innenseite des Gehäuses des Traktionsmotors vorbeigeführt werden, so dass die Wärme zunächst von dem Kühlmittelstrom an die Innenseite des Gehäuses übertragen wird, dann von der Innenseite zur Außenseite des Gehäuses, um dort in die Umgebung abgeleitet werden zu können.
-
Weiterhin kann das Erzeugen des Unterdrucks an den Rotor beendet werden, wenn der elektrische Traktionsmotor Traktionsleistung zur Bewegung des Fahrzeugs erzeugt. Da bei der Erzeugung von Traktionsleistung auch Verlustwärme in dem Traktionsmotor anfällt, sollte die Wärmeabfuhr erhöht werden, so dass der Druck am Rotor erhöht wird bzw. der Unterdruck verringert wird, um dadurch über die Luft als Kühlfluid verstärkt Wärme abführen zu können. Das Anlegen des Unterdrucks wird beendet, indem die an den Traktionsmotor angeschlossene Vakuumpumpe abgestellt wird oder zumindest deren Leistung verringert wird, indem die Unterdruckquelle abgetrennt wird, insbesondere durch Öffnen eines Ventils, welches zwischen der Unterdruckquelle und dem Traktionsmotor angeschlossen ist, oder auch durch Öffnen eines Ventils, dass den Rotor fluidtechnisch mit der Umgebung des Traktionsmotors verbindet. Dadurch kann Atmosphärenluft in den Traktionsmotor eindringen, wodurch der Unterdruck verringert wird, bis sich der Atmosphärendruck einstellt.
-
Wenn man diesen Vorgang – Unterdruck erzeugen – Rotorraum belüften – mehrmals wiederholt entsteht eine Art Atmung, durch die die im normalen Betrieb entstehende heiße Luft einfach ausgeblasen und gegen frische, kalte Luft ausgetauscht werden kann. Dies erhöht die maximale Kühlleistung und könnte u.U. sogar die Dauerleistung des Elektromotors erhöhen, da der Rotor der thermisch kritischste Teil (v.a. bei einer ASM – Asynchronmaschine) eines Elektromotors ist.
-
Um wie hier beschrieben verringerte Verwirbelungsverluste zu erzielen und zudem Wärme vom Motor abzuführen, kann der Unterdruck an den Rotor angelegt werden, beendet werden und wieder angelegt werden, um so Frischluft in den Traktionsmotor einzubringen und gleichzeitig zumindest zeitweise einen Unterdruck am Rotor anzulegen. Es können sich die Zeitdauern, in denen sich der Unterdruck angelegt ist und in dem kein Unterdruck angelegt ist, abwechseln, insbesondere in einem Tastverhältnis. Dieses Tastverhältnis ergibt sich beispielsweise durch die Temperatur des Traktionsmotors, ergibt sich aufgrund er abzuführenden Wärme oder auch aufgrund der Traktionsleistung, die der Traktionsmotor erzeugt. Insbesondere wird nicht nur eine Fahrbewegung in Form einer Rotationsbewegung an den Rotor übertragen, sondern der Traktionsmotor erzeugt selbst Traktionsleistung, etwa um einen anderen Antrieb zu unterstützen, so dass auch Verlustwärme in Traktionsmotor anfällt. Das vorangehend genannte Tastverhältnis ist umso größer, je größer die Traktionsleistung ist, welche vom Traktionsmotor erzeugt wird, oder je größer die Wärmeleistung ist, die der Traktionsmotor erzeugt.
-
Das Tastverhältnis ist das Verhältnis der Zeitdauer, in der kein Unterdruck angelegt ist zu der Zeitdauer, während der Unterdruck angelegt wird. Insbesondere ist hierbei die Zeitdauer, während der Unterdruck angelegt wird, größer null. Das Tastverhältnis kann ferner von der Außentemperatur abhängen oder auch von anderen Betriebsparametern, die ein erforderliches Maß an Kühlung wiedergeben, insbesondere die Temperatur innerhalb des Traktionsmotors bzw. die Temperatur des Stators oder des Rotors.
-
Ferner wird ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs beschrieben, wobei der Antriebsstrang einen elektrischen Traktionsmotor aufweist, insbesondere einen wie oben beschriebenen Traktionsmotor sowie eine Unterdruckquelle, insbesondere eine wie oben beschriebene Unterdruckquelle. Die Unterdruckquelle ist fluidtechnisch mit einem Rotor des Traktionsmotors verbunden. Insbesondere ist die Unterdruckquelle mit einem Bereich verbunden innerhalb des Traktionsmotors, in dem sich der Rotor befindet. Die Unterdruckquelle kann hierbei mit dem Inneren eines Gehäuses verbunden sein, welches den Rotor umgibt und welches geschlossen ist.
-
Der Antriebsstrang kann einen Bremskraftverstärker aufweisen, der mit der Unterdruckquelle verbunden ist. Die Unterdruckquelle ist hierbei insbesondere als Vakuumpumpe ausgeführt. An die Vakuumpumpe kann ein Verteiler oder eine Verzweigung angeschlossen sein, an welche wiederum zum Einen der Bremskraftverstärker und zum Anderen der Traktionsmotor und insbesondere ein Bereich um den Rotor herum, angeschlossen ist. Es können ferner Ventile vorgesehen sein, die die Verbindung zwischen Verzweigung und Bremskraftverstärker bzw. zwischen Verzweigung und Traktionsmotor (bzw. dessen Gehäuse), die steuerbar sind.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die Unterdruckquelle als eine elektrische Vakuumpumpe ausgeführt ist. Die Vakuumpumpe weist einen Versorgungsanschluss auf, der eingerichtet ist, mit einem Bordnetz des Fahrzeugs verbunden zu werden.
-
Ferner kann die Unterdruckquelle als elektrische Vakuumpumpe ausgeführt sein, die mit einem elektrischen Generator des Antriebsstrangs (beispielsweise einer Lichtmaschine oder einem Starter/Generator). Der Generator weist eine Antriebswelle auf, welche mit einem Abtrieb des Antriebsstrangs mittelbar oder unmittelbar verbunden ist, insbesondere mit einer Komponente, die bewegungsübertragend mit dem Abtrieb verbunden ist.
-
Ferner kann die Unterdruckquelle als eine elektrische Vakuumpumpe ausgeführt sein, die einen elektrischen Versorgungsanschluss aufweist, der mit einem elektrischen Anschluss des Traktionsmotors verbunden ist. Hierbei ist der Traktionsmotor eingerichtet, auch als Generator betrieben zu werden und ist insbesondere ausgestaltet, um eine Bewegung, die auf den Rotor übertragen wird, in elektrische Leistung umzuwandeln, welche am elektrischen Anschluss abgegeben werden kann. Diese Ausgestaltung kann in Form von Leistungselektronik vorgesehen sein, die nicht nur Strom in Richtung Traktionsmotor sondern auch Strom, der von dem Traktionsmotor kommt, steuert.
-
Weiterhin kann die Unterdruckquelle als eine mechanische Vakuumpumpe ausgebildet sein. Diese weist eine Antriebswelle auf, welche bewegungsübertragend mit einem Abtrieb des Antriebsstrangs oder mit dem Rotor des Traktionsmotors oder mit einer anderen Antriebskomponente verbunden ist, welche wiederum bewegungsübertragend mit dem Abtrieb verbunden ist.
-
Schließlich kann als Unterdruckquelle eine Anzapfung des Ansaugtrakts eines Verbrennungsmotors innerhalb des Antriebsstrangs oder der Ansaugtrakt selbst als Unterdruckquelle verwendet werden. Zudem kann als Unterdruckquelle der Ansaugtrakt eines Druckluftkompressors des Fahrzeugs, in dem der Antriebsstrang vorgesehen ist, oder der Ansaugtrakt eine Aufladevorrichtung des Verbrennungsmotors des Antriebsstrangs verwendet werden. Zwischen den jeweiligen Ansaugtrakt und den Traktionsmotor bzw. dem Bereich um den Rotor herum kann eine Leitung vorgesehen sein, die vorzugsweise mit einem steuerbaren Ventil ausgestattet ist.
-
Schließlich kann der Traktionsmotor ein steuerbares Ventil aufweisen, welches den Rotor fluidtechnisch mit der Umgebung des Traktionsmotors verbindet. Dadurch kann das Anlegen des Unterdrucks beendet werden oder der Unterdruck kann verringert werden, insbesondere um einen höheren Druck für das Kühlmedium des Rotors bzw. des Traktionsmotors zu ermöglichen. Das steuerbare Ventil wird insbesondere dann geöffnet, wenn im Inneren des Traktionsmotors eine hohe Temperatur herrscht (die über einen vorgegebenen Schwellwert liegt), oder wenn der Traktionsmotor selbst Verlustwärme erzeugt, da er Traktionsleistung für den Antrieb erzeugt.
-
Als Unterdruck wird hierbei ein Druck unterhalb des Atmosphärendrucks (unter Standardbedingungen) bezeichnet. Insbesondere beträgt der Unterdruck mindestens 10 hPa, 30 hPa, 50 hPa oder auf mindestens 100, 200 oder 400 hPa. Vorzugsweise beträgt der Unterdruck nicht mehr als 500, 200, 100, 50 hPa oder 20 hPa. Es kann vorgesehen sein, dass der Unterdruck nicht mehr als 15, 10, 5 oder 2 hPa beträgt.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnung
-
Die 1 zeigt beispielhaft ein Fahrzeug, das gemäß der hier dargestellten Vorgehensweise ausgestaltet ist.
-
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
-
Die 1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem elektrischen Traktionsmotor 20, der einen Rotor 22 und einen Stator 24, der den Rotor umgibt, umfasst. Eine Antriebswelle 26 ist mit dem Rotor 22 verbunden und führt aus dem Traktionsmotor 20 heraus, um Traktionsleistung an den Abtrieb 30 (in Form von Rädern) zu übertragen. Abhängig vom Betriebsmodus wird auch vom Abtrieb eine Bewegung an die Antriebswelle 26 des Traktionsmotors 20 übertragen, so dass dadurch auch der Rotor 22 mitgedreht wird und wie hierin beschrieben Verwirbelungsverluste erzeugt.
-
Der Traktionsmotor 20 weist ein Gehäuse 21 auf. Dieses umschließt das Innere des Traktionsmotors 20 und insbesondere den Rotor 22 (sowie auch den Stator 24). Das Gehäuse ist (bis auf ventilgesteuerte Durchgänge) vollständig geschlossen. Der Traktionsmotor 28 weist ferner einen elektrischen Versorgungsanschluss 28 auf, welcher elektrisch mit dem Stator bzw. mit dem Rotor verbunden ist. Der Versorgungsanschluss dient zur Stromversorgung des Traktionsmotors und kann ferner zur Abgabe von elektrischer Leistung dienen, die von dem Traktionsmotor im Generatormodus erzeugt wird.
-
Um die Schleppverluste bei Übertragung von Bewegung von dem Abtrieb 30 an den Traktionsmotor 20 zu verringern, wird über ein Durchgang 23 Unterdruck einer Vakuumquelle 40 angelegt bzw. erzeugt. Zwischen der Vakuumpumpe 40 und dem Durchgang 23, der durch das Gehäuse 21 hindurch in das Innere des Traktionsmotors 20 führt, ist ein Ventil 52 vorgesehen. Darüber hinaus ist die Vakuumpumpe 40 über ein weiteres Ventil 54 mit einem Bremskraftverstärker 50 verbunden, welcher wie durch die waagerechten Doppelpfeile dargestellt auf den Antrieb 30 wirkt. Zur besseren Übersicht sind die Bremsvorrichtungen nicht dargestellt, die sich zwischen dem Bremskraftverstärker 50 und dem Abtrieb 30 befinden.
-
Symbolhaft ist ferner ein Verbrennungsmotor 60 dargestellt, dessen Ansaugtrakt mit dem Bremskraftverstärker 50 verbunden ist. Diese Verbindung kann ebenso durch einen Ventil gesteuert sein. Weiterhin ist durch die strichpunktierte Linie dargestellt, dass der Ansaugtrakt 60 als Vakuumquelle dienen kann, die Unterdruck an den Durchgang 23 liefern kann. Die Verbindung zwischen dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors 60 und dem Durchgang 23 kann auch über eine Verbindung laufen, die den Ansaugtrakt 23 mit der Vakuumpumpe 40 und/oder mit dem Bremskraftverstärker 50 verbindet. Die Verbindung zwischen Ansaugtrakt und Durchgang 23 ist vorzugsweise mit einem steuerbaren Ventil versehen, das aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 1 nicht dargestellt ist.
-
Alternative Unterdruckquellen sind gestrichelt dargestellt, wobei eine Vakuumpumpe 42 als eine elektrische Vakuumpumpe ausgestaltet sein kann, die mit dem elektrischen Anschluss 28 des Traktionsmotors 20 verbunden ist, um mit elektrischer Leistung versorgt zu werden, welche der Traktionsmotor 20 als Generator erzeugt. Hierzu kann die elektrische Vakuumpumpe 42 einen Anschluss 43 aufweisen, welcher mit dem elektrischen Anschluss 28 des Traktionsmotors verbunden ist. Da der Anschluss 43 der elektrischen Vakuumpumpe 42 nur zur Versorgung der Vakuumpumpe mit elektrischer Leistung dient, kann der Anschluss 43 auch als Versorgungsanschluss bezeichnet werden. Als alternative Quelle für Versorgungsleistung kann ein Bordnetz 80 vorgesehen sein, das ebenso mit dem Versorgungsanschluss der elektrischen Vakuumpumpe 42 verbunden sein kann. Hierbei kann die elektrische Vakuumpumpe 42 alternativ oder in Kombination das Bordnetz 80 und den elektrischen Anschluss 28 des Traktionsmotors 20 verwenden.
-
Als eine weitere Alternative zur Ausgestaltung der Unterdruckquelle ist eine (optionale) mechanische Vakuumpumpe 44 dargestellt, welche eine Antriebsquelle 45 aufweist. Diese ist mit der Antriebswelle 26 des Traktionsmotors 22 verbunden, vorzugsweise über eine (optionale) Kupplung 46, mit der die mechanische Vakuumpumpe 44 von dem Traktionsmotor 20 bzw. von dessen Antriebsquelle 26 gesteuert abgekoppelt werden kann. An der Stelle der Kupplung 46 kann zudem ein Getriebe vorgesehen sein. Sowohl die elektrische Vakuumpumpe 42 als auch die mechanische Vakuumpumpe 44 sind mit dem Durchgang 23 und somit mit dem Inneren des Traktionsmotors 20 verbunden, um an dem dort vorliegenden Motor ein Unterdruck anzulegen.
-
Somit kann an dem Rotor 22 (vorzugsweise über den Durchgang 23) der Unterdruck von folgenden Komponenten angelegt werden (in beliebiger Kombination oder auch einzeln):
- – von einer elektrischen Vakuumpumpe 40, die ferner einen Bremskraftverstärker 50 mit Unterdruck versorgt;
- – von einem Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors 60, der ggf. ebenso Unterdruck für den Bremskraftverstärker 50 erzeugt;
- – von einer elektrischen Vakuumpumpe 42, welche insbesondere von dem Traktionsmotor oder auch von einem Bordnetz 80 elektrisch angetrieben wird, oder auch
- – von einer mechanischen Vakuumpumpe 44, welche von der Antriebswelle 26 angetrieben wird (oder auch von dem Abtrieb 30) von den Komponenten des Antriebsstrangs angetrieben wird, welche mit dem Abtrieb verbunden sind, oder von einem Elektromotor angetrieben wird.
-
Schließlich sei bemerkt, dass die dargestellten und die nicht dargestellten, hier beschriebenen Ventile gesteuert werden können mittels einer Steuereinheit, die der besseren Übersicht wegen in 1 nicht dargestellt ist. Eine derartige Steuereinheit umfasst einen Eingang, über den ein Signal eingegeben werden kann, welches im Betriebszustand des Traktionsmotors und/oder des Verbrennungsmotors (aktiv oder nicht aktiv) erfassen kann, und über den ferner vorzugsweise die Temperatur innerhalb des Traktionsmotors 20 erfasst werden kann, beispielsweise mittels eines Temperatursensor in dem Traktionsmotor 20.
-
Die Temperatur kann mittels eines thermischen Elektromotormodells des Traktionsmotors 20 ermittelt werden, wobei das Elektromotormodell vorliegt, etwa in der Steuereinheit vorliegt, beispielsweise in einem Programm der Steuereinheit. Dieses thermische Modell würde andere ohnehin vorhandene Messgrößen aus dem System wie Spannungen und Ströme wiederverwenden, sodass ein eigener Temperatursensor auch eingespart werden könnte. Ferner ist auch eine Temperaturbestimmung durch eine Kombination aus einer Messung und aus eine Berechnung über ein Modell denkbar, sodass z.B. auch der Temperaturverlauf der thermisch kritischsten Teile (meist der Rotor) vorausberechnet werden könnte, um den optimalen Zeitpunkt für die Erzeugung des Unterdrucks bzw. für das Anlegen des Unterdrucks zu finden.
