DE102017124471A1

DE102017124471A1 - Elektromotor für einen elektrischen oder hybriden Fahrzeugantrieb

Info

Publication number: DE102017124471A1
Application number: DE102017124471.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Janssen; Hans-Peter Lahey
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2017-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor insbesondere für einen elektrischen oder hybriden Fahrzeugantrieb. Der Elektromotor (1) umfasst einen Rotor (2) und einen Stator (3), wobei der Rotor (2) mit einer Welle (4) des Fahrzeugantriebs verbindbar ist, der Rotor (2) mindestens zwei Permanentmagnete (5, 5a, 5b) aufweist, die Permanentmagnete (5, 5a, 5b) jeweils von einer Tasche (6a, 6b) des Rotors (2) aufgenommen sind, ein zwischen Permanentmagnet (5, 5a, 5b) und Tasche (6) gebildeter Freiraum teilweise mit Vergussmasse zwecks Befestigung des Permanentmagneten (5, 5a, 5b) gefüllt ist, und ein Teil des Freiraums einen Kühlkanal (7) bildet zwecks Kühlung des jeweiligen Permanentmagneten (5, 5a, 5b) mit einem Kühlmittel.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für einen elektrischen oder hybriden Fahrzeugantrieb.
Die US2009/0121562A1 offenbart eine Kühlvorrichtung, um einen Elektromotor für einen hybriden Fahrzeugantrieb zu kühlen.
Der erfindungsgemäße Elektromotor umfasst einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor mit einer Welle eines Antriebs verbindbar ist, wobei im Rotor zumindest ein Kühlkanal vorgesehen ist, der parallel zu einer Drehachse des Rotors verläuft.
Unter „parallel“ ist im Sinne der Erfindung nicht nur ein rein parallel Verlauf zu verstehen, sondern auch ein Verlauf, der lediglich einen parallelen Anteil hat. In diesem Sinne würde beispielsweise ein Verlauf eines Kühlkanals mit einem radialen Anteil und einem parallelen Anteil unter die Erfindung fallen.
Vorteil des parallelen Verlaufs des Kühlkanals ist es, dass eine Kühlung im Inneren des Rotors ermöglicht wird, ein durch den Kühlkanal strömendes Kühlmittel aber nicht ein für den Betrieb des Rotors erzeugtes Magnetfeld zu stark beeinträchtigt.
Ist der Rotor mittels eines Blechpaketes aufgebaut, was bevorzugt ist, so kann ein derartiger Kühlkanal durch eine geeignete Maßnahme, beispielsweise durch eine Bohrung oder durch in den Blechen vorgesehene Aussparungen, realisiert werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform Elektromotor sieht vor, dass der Rotor zusätzlich mindestens zwei Permanentmagnete aufweist, die Permanentmagnete jeweils von einer Tasche des Rotors aufgenommen sind, ein zwischen Permanentmagnet und Tasche gebildeter Freiraum teilweise mit Vergussmasse zwecks Befestigung des Permanentmagneten gefüllt ist, und ein Teil des Freiraums einen Kühlkanal bildet zwecks Kühlung des jeweiligen Permanentmagneten mit einem Kühlmittel.
Erfindungsgemäß ist es damit möglich, Kühlmittel in unmittelbarer Nähe der Permanentmagneten zu führen, wodurch eine effektive Kühlung der temperaturempfindlichen Permanentmagneten möglich ist. Damit ist es möglich, den Elektromotor bei Bedingungen zu betreiben, bei denen ein erhöhtes Maß an Wärme erzeugt wird, beispielsweise bei hoher Leistung.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Elektromotor um einen sogenannten „nasslaufenden“ Elektromotor, d.h., der Elektromotor läuft in einem Fluid, vorzugsweise Öl. Das Fluid kann zur Kühlung des Elektromotors verwendet werden.
Vorzugsweise ist der Elektromotor ein Motor für einen elektrischen oder hybriden Fahrzeugantrieb, ohne aber auf diese Anwendung beschränkt zu sein.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Elektromotors werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
1 schematisch einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor,
2 eine Aufsicht auf einen Rotor des Elektromotors.
Die 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor 1. Da der Elektromotor 1 symmetrisch aufgebaut ist, wird nur eine Hälfte des Elektromotors 1 gezeigt.
Der Elektromotor 1 ist ein Elektromotor für einen elektrischen oder hybriden Fahrzeugantrieb. Der Elektromotor 1 umfasst einen Rotor 2 und einen den Rotor 2 umgebenden Stator 3. Des Weiteren umfasst der Elektromotor 1 einen Rotorträger 9. Der Rotor 2 ist auf dem Rotorträger 9 befestigt. Der Rotorträger 9 ist über Lager 11 mit einer Welle 4 des Fahrzeugantriebs verbunden.
Der Rotor 2 weist mindestens zwei Permanentmagnete 5 auf, in diesem Ausführungsbeispiel sechzehn Permanentmagnete. Jeweils ein Permanentmagnet 5 ist einer Tasche 6 des Rotors 2 aufgenommen, siehe auch 2, hier beispielhaft Permanentmagnete 5a, 5b und Taschen 6a, 6b. Ein zwischen Permanentmagnet 5 und Tasche 6 gebildeter Freiraum, der vorteilhaft für die Vermeidung von Materialspannung ist, ist teilweise mit Vergussmasse, beispielsweise Harz, befüllt, um einen Permanentmagneten 5 zu befestigen. Der Stator 3 umfasst Wicklungen 12 aus beispielsweise Kupferdraht, um ein sich veränderndes Magnetfeld für den Antrieb des Rotors 2 zu erzeugen.
Erfindungsgemäß bildet ein Teil des zwischen einem Permanentmagneten 5 und einer Tasche 6 gebildeten Freiraums einen Kühlkanal 7 aus zwecks Kühlung des jeweiligen Permanentmagneten 5 mit einem Kühlmittel. Bevorzugt ist der Elektromotor nasslaufend, so dass ein vorhandenes Fluid, bevorzugt Öl, als Kühlmittel verwendet werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel verläuft der Kühlkanal 7, bei sechzehn Taschen also sechzehn Kühlkanäle 17, von einer Oberseite 15 des Rotors 2 zu einer Unterseite 16 des Rotors 2. Bevorzugt ist der Verlauf achsparallel zu einer Mittelachse 13, um die sich der Rotor 2 dreht, hier definiert durch die Welle 4. Grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, dass der Kühlkanal 7 gegenüber der Mittelachse 13 geneigt ist. Zweck ist, dass eine bei Drehung erzeugte Zentrifugalkraft zu einem Fluss des Kühlmittels durch die Kühlkanäle 7 führt, in der 1 dargestellt durch Pfeile 14. Der Kühlkanal 7 erstreckt sich vorteilhafterweise entlang der gesamten Länge eines Permanentmagneten 5, um eine möglichst effektive Kühlung zu erreichen. Alternativ ist es ebenfalls möglich, den Kühlkanal 7 nur abschnittsweise auszubilden.
Ein Kühlkanal 7 lässt sich beispielsweise dadurch erzeugen, dass ein Teil der sich in der Tasche 7 befindenden Vergussmasse entfernt wird, oder beim Vergießen ein Platzhalter vorgesehen ist, der verhindert, dass der für den Kühlkanal vorgesehene Teil der Tasche mit Vergussmasse befüllt wird.
Der Rotor 2 weist mindestens ein Einleitelement 8 auf, so dass Kühlmittel in die Kühlkanäle 7 eingeleitet wird. Vorzugsweise ist das Einleitelement 8 derart ausgebildet, dass für eine erste Anzahl von Permanentmagneten 5a Kühlmittel von der Unterseite und für eine zweite Anzahl von Permanentmagneten 5b Kühlmittel von der Oberseite 15 des Rotors 2 in den jeweiligen Kühlkanal 7 eingeleitet wird. Dies reduziert eine möglicherweise nachteilhafte inhomogene Temperaturverteilung. Bevorzugt ist, dass bei jeweils benachbarten Permanentmagneten 5 abwechselnd Kühlmittel einmal von der Oberseite 15 und einmal von der Unterseite 16 des Rotors 2 in die jeweilige Tasche 7 eingeleitet wird. Damit lässt sich die Homogenität einer Temperaturverteilung weiter verbessern. Dabei ist es vorteilhaft, eine gerade Anzahl von Permanentmagneten vorzusehen, wie auch in diesem Ausführungsbeispiel. Das Einleitelement 8 ist vorteilhafterweise durch ein entsprechende Kanäle ausbildendes Blech ausgebildet.
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Elektromotor einen Rotorträger 9 auf. Um auf den Rotorträger 9 gelangendes Öl über das Einleitelement 8 den Kühlkanälen 7 zuzuführen, sind im Rotorträger 9 geeignete Zuführkanäle ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind auf der der Mittelachse 4 zugewandten Seite des Rotorträgers 9 Nuten ausgebildet, die einen durch eine Zentrifugalkraft bewirkten Ölfluss auf die Oberseite oder Unterseite des Rotors 2 leiten.
Im Betrieb des Elektromotors 1 wird durch die Zentrifugalkraft Öl von der Welle 4 auf die der Welle 4 zugewandte Seite des Rotorträgers 9 geschleudert. Über die Zuführkanäle wird das Öl, getrieben durch die Zentrifugalkraft, an die Ober- oder Unterseite des Rotors 2 geleitet, hier durch geeignete Sperren/Kanäle für benachbarte Taschen 7 abwechselnd einmal an die Oberseite und einmal an die Unterseite. Über das Einleitelement 8 wird das Öl in die Kühlmittelkanäle 7 entsprechend abwechselnd einmal von der Unterseite und von der Oberseite in die Taschen 7 eingeleitet. Nach dem Austritt des Öls auf der jeweils gegenüberliegenden Seite des Rotors 2 wird das Öl durch die Zentrifugalkraft auf den Stator 3 geschleudert, wodurch auch der Stator 3 gekühlt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009/0121562 A1 [0002]

Claims

Elektromotor (1), wobei der Elektromotor einen Rotor (2) und einen Stator (3) aufweist, und der Rotor (2) mit einer Welle (4) eines Antriebs verbindbar ist, wobei im Rotor (2) zumindest ein Kühlkanal (7) vorgesehen ist, der parallel zu einer Drehachse (13) des Rotors (2) verläuft.
Elektromotor (1) nach Anspruch 1, wobei der Rotor (2) zusätzlich mindestens zwei Permanentmagnete (5, 5a, 5b) aufweist, die Permanentmagnete (5, 5a, 5b) jeweils von einer Tasche (6a, 6b) des Rotors (2) aufgenommen sind, ein zwischen Permanentmagnet (5, 5a, 5b) und Tasche gebildeter Freiraum teilweise mit Vergussmasse zwecks Befestigung des Permanentmagneten (5, 5a, 5b) gefüllt ist, und ein Teil des Freiraums einen Kühlkanal (7) bildet zwecks Kühlung des jeweiligen Permanentmagneten (5, 5a, 5b) mit einem Kühlmittel.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kühlkanal (7) von einer Oberseite (15) des Rotors (2) zu einer Unterseite (16) des Rotors (2) verläuft.
Elektromotor nach Anspruch 3, wobei der Rotor (2) zumindest ein Einleitelement (8) aufweist, so dass Kühlmittel für eine erste Anzahl von Permanentmagneten (5, 5a, 5b) von der Unterseite (16) und für eine zweite Anzahl von Permanentmagneten (5, 5a, 5b) von der Oberseite (15) des Rotors (2) in den Kühlkanal (7) eingeleitet wird.
Elektromotor nach Anspruch 4, wobei das mindestens eine Einleitelement (8) derart ausgebildet ist, dass bei benachbarten Permanentmagneten (5, 5a, 5b) abwechselnd Kühlmittel von der Oberseite (15) und von der Unterseite (16) des Rotors (2) in die jeweilige Tasche (6) eingeleitet wird.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend einen mit der Welle (4) verbindbaren Rotorträger (9), wobei der Rotor (2) auf dem Rotorträger (9) befestigt ist.
Elektromotor nach Anspruch 6, wobei der Rotorträger (9) ein oder mehrere Zuführkanäle (10) aufweist, mittels denen Kühlmittel an die Oberseite und/oder an die Unterseite des Rotors (2) geführt werden kann.