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Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zur Kühlung einer elektrischen Maschine. Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine und ein Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine.
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Es sind viele Anwendungsfälle bekannt, in denen ein relativ kompakter und leichtbauender Elektromotor zumindest kurzfristig sehr hohe Leistungen bereitstellen soll. Ein Beispiel hierfür sind elektronische Antriebsmotoren im Motorsport. In diesen Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, den Rotor zu kühlen, um die Leistungsfähigkeit des Elektromotors zu erhöhen. Hierfür sind im Stand der Technik mehrere Ansätze bekannt. So ist es möglich, über eine Hohlwelle des Rotors Flüssigkeit zum Kühlen des Rotors zuzuführen oder den Rotor mit Kühlmittel anzusprühen, um ihn über einen Luftspalt zu kühlen. Da in diesen Fällen jedoch Kühlmittel durch oder zumindest zu den rotierenden Teilen der elektrischen Maschine geführt werden muss, sind entsprechende Kühlungen technisch sehr aufwändig.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine bzw. eine Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine anzugeben, die eine leistungsfähige Rotorkühlung mit geringem technischen Aufwand ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühleinrichtung zur Kühlung einer elektrischen Maschine gelöst, die einen Gasspeicher für komprimiertes Wärmetransportgas, ein mit einer Öffnung eines Gehäuses der elektrischen Maschine verbindbares Verbindungselement, durch das nach dem Verbinden das Wärmetransportgas von dem Gasspeicher in einen den Rotor der elektrischen Maschine aufnehmenden Innenraum des Gehäuses führbar ist, eine Sperrvorrichtung, durch die das Verbindungselement in einem geschlossenen Zustand der Sperrvorrichtung versperrbar ist, und eine Steuereinrichtung, durch die die Sperrvorrichtung in Abhängigkeit eines über eine Sensorschnittstelle von einem elektromaschinenseitigen Sensor zuführbaren Sensorsignals und/oder zeitabhängig zum Öffnen der Sperrvorrichtung ansteuerbar, ist umfasst.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Kühlung eines Rotors dadurch realisiert beziehungsweise verbessert werden kann, dass der Rotor von einer Atmosphäre aus Wärmetransportgas umgeben wird, das einen besseren Wärmetransport ermöglicht als Umgebungsluft. Das Wärmetransportgas kann beispielsweise Helium sein oder eine hohen Heliumanteil umfassen. Das Umgeben von rotierenden Teilen in Festplatten und Schwungmassenspeichern zur Reduzierung von aerodynamischen Verlusten ist im Stand der Technik bekannt. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass durch eine entsprechende Atmosphäre auch der Wärmetransport von dem Rotor über die Atmosphäre aus Wärmetransportgas zu den feststehenden Teilen der elektrischen Maschine, die mit relativ geringem Aufwand gekühlt werden können, verbessert werden kann.
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Problematisch an der Kühlung des Rotors der elektrischen Maschine mit einem Wärmetransportgas ist es, das typischerweise wenigstens eine Rotorwelle des Rotors aus dem Gehäuse der elektrischen Maschine geführt werden soll. Entsprechende Wellendurchführungen können zwar, wie später noch genauer erläutert werden wird, weitgehend abgedichtet werden, so dass nur ein sehr begrenzter Gasaustausch zwischen der Umgebung und dem Innenraum des Gehäuses auftritt. Insbesondere bei einer Nutzung von sehr kleinmoleküligen Transportgasen, beispielsweise von Helium, ist ein Entweichen des Wärmetransportgases aus dem Gehäuse über längere Zeiträume jedoch kaum vermeidbar.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Veränderung der Atmosphäre in dem Innenraum durch ein Entweichen des Wärmetransportgases dadurch kompensiert werden kann, dass zusätzliches Wärmetransportgas über das Verbindungselement aus dem Gasspeicher in den Innenraum geführt wird.
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Dieses „Auffrischen“ der Wärmetransportgasatmosphäre in dem Innenraum kann zeitabhängig erfolgen. Beispielsweise kann jeweils nach einem vorgegebenen Zeitintervall die Sperrvorrichtung für ein weiteres vorgegebenes Zeitintervall geöffnet werden, womit eine definierte Gasmenge des Wärmetransportgases in den Innenraum einströmt. Die Zeitintervalle können hierbei von weiteren Parametern, beispielsweise von einem Fülldruck des Gasspeichers, abhängen. Alternativ ist es möglich, die Atmosphäre im Innenraum des Gehäuses durch wenigstens einen elektromaschinenseitigen Sensor zu überwachen. Beispielsweise kann direkt die Konzentration des Wärmetransportgases oder die Konzentration von wenigstens einem Fremdgas überwacht werden und die Ansteuerung der Sperrvorrichtung kann in Abhängigkeit der erfassten Konzentration oder Konzentrationen erfolgen. Beispielsweise kann die Konzentration von Sauerstoff oder einem anderen Fremdgas über im Stand der Technik bekannte Sensoren gemessen werden. Mit einer abnehmenden Konzentration des Wärmetransportgases steigt die Konzentration entsprechender Fremdgas, wobei insbesondere Gase berücksichtigt werden können, die in der die Elektromaschine umgebenden Luft auftreten, beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlendioxid.
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Das Gehäuse der Elektromaschine kann den Rotor und einen Stator der Elektromaschine aufnehmen. Durch die erfindungsgemäße Kühleinrichtung soll insbesondere der Rotor gekühlt werden. Die Kühlung des Rotors erfolgt einerseits, wie vorangehend erläutert, dadurch, dass durch die erfindungsgemäße Kühleinrichtung eine gut wärmeleitende Gasatmosphäre aus Wärmetransportgas um den Rotor herum gebildet wird. Die Kühlung durch diese Gasatmosphäre kann weiter verbessert werden, wenn das Wärmetransportgas, wie später erläutert, gezielt umgewälzt und/oder gekühlt wird. Eine ergänzende Kühlung des Rotors ist möglich, wenn das Wärmetransportgas in dem Gasspeicher unter Druck gespeichert ist. Bei einem Einströmen des Wärmetransportgases in den Innenraum entspannt sich das Wärmetransportgas, wodurch seine Temperatur gesenkt wird, hierdurch kann eine weitere Kühlung des Rotors erfolgen.
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Der Gasspeicher der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung kann mit Wärmetransportgas befüllt sein, wobei das Wärmetransportgas Helium ist oder wobei der Stoffmengenanteil von Helium an dem Wärmetransportgas wenigstens 50% ist. Vorzugsweise kann der Stoffmengenanteil von Helium an dem Wärmetransportgas wenigstens 60, 70, 80 oder 90% sein. Hohe Konzentrationen von Helium im Innenraum der elektrischen Maschine ermöglichen einen besonders effizienten Wärmetransport von dem Rotor zu feststehenden Komponenten der elektrischen Maschine, die mit geringem technischem Aufwand gut kühlbar sind.
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In dem Gasspeicher kann das Wärmetransportgas mit einem Druck von wenigstens 10 bar speicherbar sein. Insbesondere kann der Gasspeicher derart ausgebildet sein, dass das Wärmetransportgas mit einem Druck von wenigstens 50, 100 oder 200 bar speicherbar ist. Ein hoher Fülldruck des Gasspeichers ermöglicht einerseits die Bevorratung von großen Mengen des Wärmetransportgases bei geringem Bauraumbedarf, andererseits kann, wie vorangehend erläutert, durch eine Entspannung des Wärmetransportgases bei einem Einströmen in dem Innenraum ein zusätzlicher Kühleffekt erreicht werden.
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Die Sperrvorrichtung kann ein steuerbares Ventil sein oder umfassen. Insbesondere kann die Sperrvorrichtung ein durch die Steuereinrichtung steuerbares Magnetventil sein oder umfassen. Dies ermöglicht eine Steuerung der Wärmetransportgaszufuhr mit geringem technischem Aufwand.
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Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung kann eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen, über die ein Hochlastsignal empfangbar ist, das eine momentane oder voraussichtliche zukünftige hohe Belastung der zu kühlenden elektrischen Maschine anzeigt, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Sperrvorrichtung bei Empfang des Hochlastsignals zum Öffnen der Sperrvorrichtung anzusteuern. Das beschriebene Vorgehen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Wärmetransportgas in dem Wärmespeicher unter hohem Druck von beispielsweise wenigstens 10 bar gespeichert ist. Wie bereits erläutert, wird in diesem Fall das in den Innenraum einströmende Wärmetransportgas durch die Drucksenkung gekühlt. Durch ein gezieltes Öffnen der Sperrvorrichtung kann somit die Temperatur im Innenraum der elektrischen Maschine und somit die Rotortemperatur gesenkt werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine starke Erwärmung des Rotors aufritt oder erwartet wird. Durch das Hochlastsignal kann somit die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine kurzzeitig weiter erhöht werden.
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Ein entsprechendes Hochlastsignal kann von der elektrischen Maschine beziehungsweise einer Steuereinrichtung der elektrischen Maschine bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein solches Hochlastsignal dann gegeben werden, wenn bestimmte bereitgestellte Leistungen, Drehmomente oder Drehzahlen überschritten werden oder für ein vorgegebenes Zeitintervall überschritten werden. Ein entsprechendes Hochlastsignal kann auch von einer externen Steuereinrichtung, beispielsweise einer Steuereinrichtung eines Kraftfahrzeugs, das die elektrische Maschine als Antriebsmotor nutzt, bereitgestellt werden. Ein Hochlastsignal kann in diesem Fall bei bestimmten fahrdynamischen Anforderungen oder auf eine entsprechende Bedieneingabe eines Fahrers des Kraftfahrzeugs hin gegeben werden.
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Neben der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Rotor, einem Stator und einem den Rotor und den Stator in seinem Innenraum aufnehmenden Gehäuse, wobei die elektrische Maschine eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung aufweist, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist, die mit dem Verbindungselement der Kühleinrichtung verbunden ist. Der Innenraum der elektrischen Maschine ist über die Öffnung mit Wärmetransportgas befüllbar, wodurch der Rotor von einer Atmosphäre aus dem Wärmetransportgas umgebbar ist.
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Die elektrische Maschine kann wenigstens einen Sensor umfassen, der die Konzentration des Wärmetransportgases und/oder wenigstens eines weiteren Gases im Innenraum als Messwert erfasst, wobei die Sperrvorrichtung durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit des Messwertes ansteuerbar ist, um die Sperrvorrichtung zu öffnen. Die Steuerung kann insbesondere in Abhängigkeit eines Grenzwertvergleichs erfolgen. Die Sperrvorrichtung kann dann geöffnet werden, wenn die Konzentration des Wärmetransportgases einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet und/oder wenn die Konzentration eines Fremdgases, beispielsweise eines Gases, das in der Umgebungsluft enthalten ist, einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Eine digitale Steuerung der Sperrvorrichtung, bei der diese entweder geöffnet oder geschlossen wird, ist technisch besonders einfach realisierbar. Alternativ wäre es jedoch auch möglich, einen Öffnungsgrad der Sperrvorrichtung kontinuierlich zu steuern. Beispielsweise kann eine Look-Up-Tabelle oder ein mathematischer Zusammenhang zwischen den Messwerten des Sensors und dem Öffnungsgrad vorgegeben sein.
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Die Sperrvorrichtung kann durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit eines momentanen Betriebsparameters und/oder eines extern vorgegebenen Sollbetriebsparameters der elektrischen Maschine ansteuerbar sein, wobei der Betriebsparameter und/oder der Sollbetriebsparameter eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment und/oder eine bereitgestellte oder aufgenommene Leistung der elektrischen Maschine betreffen. Drehmomente beziehungsweise Drehzahlen können beispielsweise als Ist- oder Sollwerte durch eine Vektorregelung der elektrischen Maschine bereitgestellt werden. Die genannten Betriebsparameter beziehungsweise Sollparameter beeinflussen die Wärmeentwicklung am Rotor der elektrischen Maschine. Demnach kann die Sperrvorrichtung in Abhängigkeit dieser Größen angesteuert werden. Dies kann derart erfolgen, dass eine Look-Up-Tabelle zur Bestimmung eines Öffnungsgrades in Abhängigkeit des Parameters beziehungsweise Sollparameters genutzt wird. Alternativ kann ein Grenzwertvergleich genutzt werden, wobei die Sperrvorrichtung insbesondere bei Überschreiten eines Grenzwertes durch wenigstens einen Betriebsparameter und/oder Sollbetriebsparameter geöffnet wird. Alternativ oder ergänzend können Zeitintervalle bei einer zeitabhängigen Ansteuerung der Sperrvorrichtung in Abhängigkeit des Betriebsparameters bzw. Sollbetriebsparameter angepasst werden.
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Das Gehäuse der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine kann eine Gasabführöffnung aufweisen, über die Restgas, das bei einer Zuführung von Wärmetransportgas über das Verbindungselement verdrängt wird, aus dem Innenraum abführbar ist, wobei die Gasabführöffnung durch ein Überdruckventil oder durch eine weitere durch die Steuereinrichtung steuerbare Sperrvorrichtung verschlossen ist. Die weitere Sperrvorrichtung kann ein steuerbares Ventil, insbesondere ein Magnetventil, sein. Die Steuerung der weiteren Sperrvorrichtung kann gemeinsam mit der Sperrvorrichtung erfolgen. Hierbei kann die Steuerung parallel erfolgen oder es kann ein fest vorgegebener Zeitverssatz zwischen dem Senden von Steuersignalen an die Sperrvorrichtung und an die weitere Sperrvorrichtung vorgesehen sein.
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Obwohl in der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ein Nachfüllen von Wärmetransportgas in den Innenraum möglich ist, ist es dennoch vorteilhaft, den Gasaustausch zwischen dem Innenraum und der Umgebung der elektrischen Maschine möglichst weitgehend zu beschränken, um einen hohen Verbrauch von Wärmetransportgas zu vermeiden. Wird wenigstens eine mit dem Rotor bewegungsgekoppelte Welle aus dem Gehäuse herausgeführt, kann das Gehäuse daher eine an der Welle anliegende Radialwellendichtung aufweisen. Ergänzend oder alternativ kann an wenigstens einer Fügekante des Gehäuses, an der mehrere Gehäusekomponenten oder mehre Abschnitte einer Gehäusekomponente aneinander gefügt sind, ein Dichtelement vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Gummi- oder Elastomerstreifen an der Innenseite und/oder der Außenseite der Fügekante entlanggeführt sein. Es ist auch möglich ein Dichtelement zu nutzen, das sich deutlich über die Fügekante hinauserstreckt. Beispielsweise kann das Gehäuse der elektrischen Maschine zumindest abschnittsweise von einer Dichthülle, beispielsweise aus Gummi oder einem Elastomer, umschlossen sein. Eine entsprechende Dichthülle kann einteilig mit einer Radialwellendichtung ausgebildet sein.
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Um den Wärmetransport vom Rotor weg weiter zu verbessern, kann die elektrische Maschine eine Umwälzeinrichtung zur Umwälzung des Wärmetransportgases in dem Gehäuse aufweisen. Die Umwälzeinrichtung kann wenigstens einen Ventilator umfassen. Ergänzend oder alternativ können Vorsprünge beziehungsweise Flügel an dem Rotor vorgesehen sein, die als Umwälzeinrichtung wirken.
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Das Wärmetransportgas kann in dem Innenraum gezielt gekühlt werden. Beispielsweise kann an der Außenseite des Stators innerhalb des Gehäuses eine Kühlvorrichtung zur Kühlung der elektrischen Maschine vorgesehen sein, wobei die Kühlvorrichtung wenigstens eine Gasdurchführung aufweist, durch die das Wärmetransportgas axial durch die Kühlvorrichtung führbar ist. Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise eine Wasser- oder Luftkühlung sein. Beispielsweise kann die Kühlvorrichtung eine mantelförmige Wasserkühlung für den Stator sein. Das Wärmetransportgas kann in dem Innenraum derart umgewälzt werden, dass kühles Wärmetransportgas von einer Seite des Rotors durch den Spalt zwischen Rotor und Stator und/oder durch Ausnehmungen im Rotor geführt wird, um den Stator zu kühlen. Von der anderen Seite des Rotors kann das durch den Rotor erwärmte Gas außenseitig an dem Stator vorbei durch die Kühlvorrichtung geführt werden. Die Gasdurchführung kann geradlinig durch die Kühlvorrichtung geführt sein, sie kann jedoch auch derart geführt sein, dass das Gas innerhalb der Kühlvorrichtung mehrfach umgelenkt wird.
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Wie bereits erläutert kann die erfindungsgemäße elektrische Maschine, die die erfindungsgemäße Kühleinrichtung umfasst, besonders vorteilhaft in Kraftfahrzeugen genutzt werden. In einem Kraftfahrzeug kann die erfindungsgemäße elektrische Maschine als Antriebsmaschine verwendet werden, die das Kraftfahrzeug anreibt. Daher betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine mit einem Rotor, einem Stator und einem den Rotor und den Stator in seinem Innenraum aufnehmenden Gehäuse, wobei der Innenraum über ein durch eine Sperrvorrichtung versperrbares Verbindungselement mit einem mit komprimiertem Wärmetransportgas gefüllten Gasspeicher verbunden ist, wobei die Sperrvorrichtung in Abhängigkeit eines von einem elektromaschinenseitigen Sensor zugeführten Sensorsignals und/oder zeitabhängig geöffnet wird, wodurch der Innenraum mit Wärmetransportgas befüllt wird, wodurch der Rotor von einer Atmosphäre aus dem Wärmetransportgas umgeben wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit den vorangehend zu der Kühleinrichtung und zu der elektrischen Maschine erläuterten Merkmalen weitergebildet werden.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Innenraum vorzugsweise mit Helium als Wärmetransportgas gefüllt werden oder der Stoffmengenanteil von Helium an dem Wärmetransportgas kann wenigstens 50% betragen.
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Die Steuerung der Sperrvorrichtung kann vorzugsweise derart erfolgen, dass eine Konzentration des Wärmetransportgases in dem Innenraum im Mittel über ein vorgegebenes Betrachtungsintervall im Wesentlichen konstant gehalten wird beziehungsweise oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts gehalten wird. Dies kann durch eine entsprechende Wahl von Intervallen einer zeitabhängigen Steuerung erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, die Konzentration des Wärmetransportgases oder die Konzentration von Fremdgasen, die bei einem Sinken der Konzentration des Wärmetransportgases steigt, zu überwachen und eine Steuerung in Abhängigkeit dieser Konzentration durchzuführen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, die eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung umfasst, wobei zur Kühlung der elektrischen Maschine das erfindungsgemäße Verfahren nutzbar ist.
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Die Figur zeigt eine elektrische Maschine 1, die eine Kühleinrichtung 2 zur Kühlung der elektrischen Maschine 1 aufweist. Die Kühleinrichtung 2 umfasst einen Gasspeicher 3 für komprimiertes Wärmetransportgas, in dem insbesondere komprimiertes Helium mit einem Druck von wenigstens 10 bar, vorzugsweise von wenigstens 50, 100 oder 200 bar speicherbar ist. Der Gasspeicher 3 ist über ein Verbindungselement 6 mit einer Öffnung 4 eines Gehäuses 5 der elektrischen Maschine 1 verbunden, in dem der Rotor 7 angeordnet ist. In dem Verbindungselement 6 ist eine Sperrvorrichtung 9, beispielsweise ein Magnetventil, angeordnet, die das Verbindungselement im geschlossenen Zustand der Sperrvorrichtung 9 versperrt. Durch eine Steuereinrichtung 10 ist die Sperrvorrichtung 9 ansteuerbar, um diese zu öffnen, womit Wärmetransportgas aus dem Gasspeicher 3 in den Innenraum 8 strömen kann, wodurch der Rotor 7 von einer Atmosphäre aus den Wärmetransportgas umgeben wird.
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Die Steuereinrichtung 10 erfasst über eine Sensorschnittstelle Messdaten eines elektromaschinenseitigen Sensors 12. Der Sensor ist ein Sauerstoffsensor, der die Sauerstoffkonzentration im Innenraum 8 der elektrischen Maschine 1 erfasst. Wird der Innenraum 8 mit Wärmetransportgas befüllt, so wird die Umgebungsluft, die unter anderem Sauerstoff enthält, aus dem Innenraum 8 verdrängt. Mit einem zunehmenden ausströmen von Wärmetransportgas aus dem Innenraum 8 aufgrund von Undichtigkeiten des Gehäuses 5 wird das entweichende Wärmetransportgas durch Umgebungsluft, unter anderem durch Sauerstoff, ersetzt. Eine steigende Sauerstoffkonzentration im Innenraum 8 deutet somit auf eine sinkende Konzentration des Wärmetransportgases hin. Demnach kann die Steuereinrichtung 10 die Sperrvorrichtung 9 ansteuern, um diese zu öffnen, wenn die Messwerte des Sensors 12 anzeigen, das eine Sauerstoffkonzentration einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Hierdurch kann neues Wärmetransportgas in den Innenraum 8 einströmen und die im Innenraum 8 vorhandene Umgebungsluft erneut verdrängen.
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Ergänzend oder alternativ können auch Konzentrationen andere Gase im Innenraum erfasst werden oder die Konzentration des Wärmetransportgases könnte direkt über einen Sensor erfasst werden, um in Abhängigkeit dieser Konzentrationen die Sperrvorrichtung 9 zu steuern. Es wäre auch möglich, einen einfacheren Aufbau der Elektromaschine 1 zu nutzen, bei der eine zeitabhängige Steuerung der Sperrvorrichtung erfolgt, so dass die Sperrvorrichtung 9 beispielsweise in fest vorgegebenen oder von weiteren Betriebsparametern der Elektromaschine 1 abhängigen Zeitintervallen zum Öffnen der Sperrvorrichtung 9 angesteuert wird.
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Das in den Innenraum 8 einströmende Wärmetransportgas bewirkt zum einen, dass sich die Konzentration des Wärmetransportgases im Innenraum erhöht, wodurch ein besserer Wärmeaustausch zwischen dem Rotor 7 und den feststehenden Komponenten der Elektromaschine 1 ermöglicht wird, wodurch die Kühlung des Rotors 7 verbessert werden kann. Zum anderen dehnt sich das Wärmetransportgas beim Einströmen in den Inneraum 8, in dem typischerweise ungefähr Umgebungsdruck herrscht, aus, wodurch es abgekühlt wird. Eine Zuführung von Wärmetransportgas führt somit auch zu einer Kühlung der Atmosphäre im Innenraum 8 auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur. Dies kann gezielt dazu genutzt werden, den Innenraum beziehungsweise den Rotor 7 in Hochlastsituationen weiter zu kühlen. Hierzu weist die Steuereinrichtung 10 eine Kommunikationsschnittstelle 13 auf, über die ein Hochlastsignal empfangbar ist. Ein entsprechendes Hochlastsignal kann beispielsweise von einer Steuereinrichtung eines Kraftfahrzeugs empfangen werden, in dem die Elektromaschine 1 genutzt wird. Dies kann beispielsweise in Abhängigkeit von Bedieneingaben eines Fahrers des Kraftfahrzeugs erfolgen. Bei einem Empfang des Hochlastsignals kann die Sperrvorrichtung 9 für ein vorgegebenes Zeitintervall geöffnet werden, um den Innenraum zu kühlen.
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Die Steuereinrichtung 10 kann zudem dazu ausgebildet sein, die Sperrvorrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Elektromaschine, also beispielsweise von Drehzahlen, bereitgestellten Drehmomenten, bereitgestellten Leistungen oder Ähnlichem, zu steuern. Beispielsweise können Grenzwerte für die Messwerte des Sensors 12 angepasst werden oder Zeitintervalle zwischen Öffnungen der Sperrvorrichtungen 9 verkürzt oder verlängert werden.
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Um eine Verdrängung von Restgas bei einer Zuführung von Wärmetransportgas zu verbessern, weist das Gehäuse 5 zusätzlich eine Gasabführöffnung 15 auf, die durch eine weitere durch die Steuereinrichtung 10 steuerbare Sperrvorrichtung 16 verschließbar ist. Die weitere Sperrvorrichtung 16 wird gemeinsam mit der Sperrvorrichtung 9 gesteuert, wobei die Steuerung der weiteren Sperrvorrichtungen 16 derart erfolgt, dass sie geringfügig nach der Sperrvorrichtung 9 geöffnet und geringfügig vor der Sperrvorrichtung 9 geschlossen wird.
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Neben dem Rotor 7 umfasst das Gehäuse 5 den Stator 14 der elektrischen Maschine 1 sowie eine aus dem Gehäuse 5 geführte, mit dem Rotor 7 gekoppelte Welle 17. Zudem umfasst das Gehäuse 5 eine Kühlvorrichtung 21 zur Kühlung des Stators 14 sowie des Wärmetransportgases. Das Wärmetransportgas wird durch Umwälzeinrichtungen 23, beispielsweise Ventilatoren, umgewälzt, so dass es sich, wie durch die Pfeile 24 angezeigt, bewegt. Kühles Wärmetransportgas wird durch einen Spalt zwischen Rotor 7 und Stator 14 geführt, wonach das erwärmte Transportgas an der Außenseite 14 des Stators vorbei durch eine Gasdurchführung 22 der Kühleinrichtung 21 geführt wird. Die Kühleinrichtung 21 kann beispielsweise eine mantelförmige Wasserkühlung für den Stator 14 sein, die über nicht gezeigte Anschlüsse mit Kühlwasser versorgt wird.
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Durch das Vorsehen des Gasspeichers 3 ist es zwar möglich, bei Bedarf neues Wärmetransportgas in den Innenraum 8 einzufüllen, ein allzu starker Gasaustausch zwischen den Innenraum 8 und der Umgebung soll jedoch vermieden werden, um einen großen Verbrauch von Wärmetransportgas zu vermeiden. Daher ist der Innenraum 8 der Elektromaschine 1 durch mehrere Maßnahmen abgedichtet. Zum einen ist die aus dem Gehäuse 5 geführte Welle 17 gegenüber dem Gehäuse 5 über eine Radialwellendichtung 18 abgedichtet. Zum anderen weist das Gehäuse ein Dichtelement 19, nämlich eine Dichthülle auf, die das Gehäuse 5 derart zumindest teilweise umschließt, dass die Fügekanten 20 des Gehäuses, an denen mehrere Gehäusekomponenten zusammengesetzt sind, von dem Dichtelement 19 abgedichtet werden. Die Radialwellendichtung 18 und das Dichtelement 19 sind beispielsweise aus Gummi oder einem Elastomer gebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Kühleinrichtung
- 3
- Gasspeicher
- 4
- Öffnung
- 5
- Gehäuse
- 6
- Verbindungselement
- 7
- Rotor
- 8
- Innenraum
- 9
- Sperrvorrichtung
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Sensorschnittstelle
- 12
- Sensor
- 13
- Kommunikationsschnittstelle
- 14
- Stator
- 15
- Gasabführöffnung
- 16
- Sperrvorrichtung
- 17
- Welle
- 18
- Radialwellendichtung
- 19
- Dichtelement
- 20
- Fügekante
- 21
- Kühlvorrichtung
- 22
- Gasdurchführung
- 23
- Umwälzeinrichtung
- 24
- Pfeil
