DE102017222005A1 - Electric motor for a vehicle component of a motor vehicle, vehicle component and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (3) für eine Fahrzeugkomponente (2) eines Kraftfahrzeugs (1), insbesondere einen Verdichter, mit einer stationären Einheit (4) aufweisend einen Stator (8) zur Magnetfelderzeugung, und mit einer rotierenden Einheit (5) aufweisend einen gegenüber dem Stator (8) drehbar gelagerten Rotor (9) und eine mit dem Rotor (9) verbundene Rotorwelle (10) zum Bereitstellen einer Antriebsbewegung für die Fahrzeugkomponente (2), wobei der Elektromotor (3) eine Bremseinrichtung (6) mit einer mechanischen und/oder pyrotechnischen Bremseinheit (12, 20) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, zum Verhindern einer Spannungserzeugung durch den Elektromotor (3) nach einem kritischen Ereignis des Kraftfahrzeugs (1) die rotierende Einheit (5) abzubremsen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Fahrzeugkomponente (2) sowie ein Kraftfahrzeug (1). The invention relates to an electric motor (3) for a vehicle component (2) of a motor vehicle (1), in particular a compressor, comprising a stationary unit (4) having a stator (8) for magnetic field generation and having a rotating unit (5) A rotor (9) rotatably mounted relative to the stator (8) and a rotor shaft (10) connected to the rotor (9) for providing a driving movement for the vehicle component (2), the electric motor (3) comprising a braking device (6) with a mechanical drive and / or pyrotechnic brake unit (12, 20), which is designed to brake the rotating unit (5) in order to prevent voltage generation by the electric motor (3) after a critical event of the motor vehicle (1). The invention also relates to a vehicle component (2) and a motor vehicle (1).
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für eine Fahrzeugkomponente eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für einen Verdichter, mit einer stationären Einheit aufweisend einen Stator zur Magnetfelderzeugung, und einer rotierenden Einheit aufweisend einen gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor und eine mit dem Rotor verbundene Rotorwelle zum Bereitstellen einer Antriebsbewegung für die Fahrzeugkomponente. Die Erfindung betrifft außerdem eine Fahrzeugkomponente sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to an electric motor for a vehicle component of a motor vehicle, in particular for a compressor, having a stationary unit comprising a stator for magnetic field generation, and a rotating unit having a stator rotatably mounted relative to the stator and a rotor shaft connected to the rotor for providing a drive movement for the vehicle component. The invention also relates to a vehicle component and a motor vehicle.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Elektromotoren bzw. elektrische Maschinen, welche zum Antreiben von Fahrzeugkomponenten dienen. Eine solche Fahrzeugkomponente kann beispielsweise ein Verdichter in Form von einem Brennstoffzellenkompressor für Brennstoffzellenfahrzeuge oder ein Verdichter für zumindest teilweise verbrennungsmotorisch angetriebene Kraftfahrzeuge sein. Des Weiteren sind Elektromotoren bzw. Traktions-E-Maschinen von Interesse, welche ein für den Fahrzeugantrieb des Kraftfahrzeugs benötigtes Drehmoment erzeugen. Insbesondere bei kritischen Ereignissen des Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs, ist es notwendig, dass der Elektromotor schnellstmöglich abgebremst bzw. abgeschaltet wird. So soll verhindert werden, dass der Elektromotor nach dem kritischen Ereignis des Kraftfahrzeugs elektrische Spannungen erzeugt, welche Personen oder sicherheitsrelevante Systeme gefährden könnten. Insbesondere soll die Einspeisung von elektrischer Energie in ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs, beispielsweise in ein Hochvoltbordnetz und/oder ein Niedervoltbordnetz, verhindert werden. Zum Abbremsen von elektrischen Maschinen ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einen aktiven Kurzschluss bzw. AKS zu erzeugen. Dazu werden Anschlussleitungen des Elektromotors kurzgeschlossen. Die Zeitdauer, nach welcher der Elektromotor abgebremst ist, ist beim aktiven Kurzschluss jedoch, gemessen an den zeitlichen Abläufen währen eines Unfalls, sehr lang und kann beispielsweise bis zu 1 s betragen. Die in einem Unfall benötigten Abschaltgeschwindigkeiten müssen aber üblicherweise kleiner als 50ms, z.B. 15ms sein. Ein Abbremsen durch einen aktiven Kurzschluss kann also im Falle eines Unfalls zu langsam sein, um eine Einspeisung von Energie in das Bordnetz zu verhindern.In the present case, the interest is directed to electric motors or electrical machines which serve to drive vehicle components. Such a vehicle component may be, for example, a compressor in the form of a fuel cell compressor for fuel cell vehicles or a compressor for at least partially combustion engine driven vehicles. Furthermore, electric motors or traction electric motors are of interest, which generate a torque required for the vehicle drive of the motor vehicle. Particularly in the case of critical events of the motor vehicle, for example in the case of an accident of the motor vehicle, it is necessary for the electric motor to be braked or switched off as quickly as possible. This is intended to prevent the electric motor from generating electrical voltages after the critical event of the motor vehicle which could jeopardize persons or safety-relevant systems. In particular, the supply of electrical energy in an electrical system of the motor vehicle, for example, in a high-voltage vehicle electrical system and / or a low-voltage electrical system should be prevented. For braking electrical machines, it is known from the prior art to produce an active short circuit or AKS. For this purpose connection cables of the electric motor are short-circuited. The duration of time after which the electric motor is braked, however, is very long in the case of an active short circuit, measured in terms of the time during an accident, and can be, for example, up to 1 s. However, the turn-off speeds required in an accident usually need to be less than 50 ms, e.g. Be 15ms. Braking due to an active short circuit can therefore be too slow in the event of an accident to prevent energy from being fed into the vehicle electrical system.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, wie ein Elektromotor einer Fahrzeugkomponente eines Kraftfahrzeugs bei einem kritischen Ereignis des Kraftfahrzeugs besonders schnell und einfach abgeschaltet werden kann.It is an object of the present invention to provide a solution, as an electric motor of a vehicle component of a motor vehicle can be switched off particularly quickly and easily in a critical event of the motor vehicle.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Elektromotor, eine Fahrzeugkomponente sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.This object is achieved by an electric motor, a vehicle component and a motor vehicle with the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures.
Ein erfindungsgemäßer Elektromotor für eine Fahrzeugkomponente eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für einen Verdichter, weist eine stationäre Einheit mit einem Stator zur Magnetfelderzeugung und eine rotierende Einheit mit einem gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor und mit einer mit dem Rotor verbundenen Rotorwelle zum Bereitstellen einer Antriebsbewegung für die Fahrzeugkomponente auf. Darüber hinaus weist der Elektromotor eine Bremseinrichtung mit einer mechanischen und/oder pyrotechnischen Bremseinheit auf, welche dazu ausgelegt ist, zum Verhindern einer Spannungserzeugung durch den Elektromotor nach einem kritischen Ereignis des Kraftfahrzeugs die rotierende Einheit abzubremsen.An inventive electric motor for a vehicle component of a motor vehicle, in particular for a compressor, has a stationary unit with a stator for magnetic field generation and a rotating unit with a rotor rotatably mounted relative to the stator and with a rotor shaft connected to the rotor for providing a drive movement for the vehicle component on. In addition, the electric motor has a braking device with a mechanical and / or pyrotechnic brake unit, which is designed to brake the rotating unit to prevent voltage generation by the electric motor after a critical event of the motor vehicle.
Der Elektromotor ist insbesondere als ein Hochvoltelektromotor zum Antreiben einer Fahrzeugkomponente in Form von einem Verdichter bzw. Kompressor des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Der Elektromotor kann jedoch auch als eine elektrische Antriebsmaschine bzw. eine Traktionsmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Die elektrische Maschine weist die im Kraftfahrzeug ortsfest gelagerte stationäre Einheit mit dem Stator sowie die bezüglich der stationären Einheit drehbar gelagerte rotierende Einheit mit dem Rotor auf. Der Stator kann beispielsweise eine hohlzylinderförmige Form aufweisen, wobei der Rotor in dem zylinderförmigen Hohlraum des Stators drehbar gelagert ist. In radialer Richtung wird der Rotor also von dem Stator umgeben, wobei eine Längsachse des Stators einer Rotationsachse des Rotors entspricht. Der Elektromotor kann beispielsweise eine permanenterregte oder eine stromerregte Synchronmaschine sein. Im Falle einer permanenterregten Synchronmaschine weist der Rotor einen Dauermagneten zur Erregung auf. Im Falle einer stromerregten Synchronmaschine weist der Rotor eine bestrombare Erregerwicklung zur Erregung auf. Der Rotor ist mit einer Rotorwelle verbunden, welche sich beispielsweise gemeinsam mit dem Rotor drehen kann und an zumindest einem axialen Ende des Stators über den Stator hinausragt. Die Rotorwelle kann die Drehbewegung des Rotors in die Antriebsbewegung für die Fahrzeugkomponente umsetzen und auf diese übertragen.The electric motor is designed in particular as a high-voltage electric motor for driving a vehicle component in the form of a compressor or compressor of the motor vehicle. However, the electric motor may also be designed as an electric drive machine or a traction machine for driving the motor vehicle. The electric machine has the stationarily mounted in the motor vehicle stationary unit with the stator and with respect to the stationary unit rotatably mounted rotary unit with the rotor. The stator may for example have a hollow cylindrical shape, wherein the rotor is rotatably mounted in the cylindrical cavity of the stator. In the radial direction, therefore, the rotor is surrounded by the stator, wherein a longitudinal axis of the stator corresponds to an axis of rotation of the rotor. The electric motor may be, for example, a permanent-magnet or a current-excited synchronous machine. In the case of a permanent magnet synchronous machine, the rotor has a permanent magnet for excitation. In the case of a current-excited synchronous machine, the rotor has an energizable exciter winding for excitation. The rotor is connected to a rotor shaft which, for example, can rotate together with the rotor and projects beyond the stator at at least one axial end of the stator. The rotor shaft can convert the rotational movement of the rotor into the drive movement for the vehicle component and transmitted thereto.
Um nun zu verhindern, dass der Elektromotor nach einem kritischen Ereignis weiterhin in Betrieb ist und durch die sich trotz des kritischen Ereignisses weiterdrehende rotierende Einheit ungewollt Spannung erzeugt wird, soll die rotierende Einheit im Falle des kritischen Ereignisses abgebremst werden. Ein solches kritisches Ereignis kann beispielsweise ein Unfall des Kraftfahrzeugs in Form von einer Kollision des Kraftfahrzeugs oder in Form von einem Überschlag des Kraftfahrzeugs sein. Um den Elektromotor dabei schnellstmöglich abzubremsen, weist dieser die Bremseinrichtung mit der mechanischen und/oder pyrotechnischen Bremseinheit auf. Die Bremseinheit wird insbesondere mechanisch und/oder pyrotechnisch zum Bereitstellen einer Bremskraft betätigt, welche auf die rotierende Einheit wirkt und diese abbremst. Die pyrotechnische Bremseinheit kann beispielsweise eine Treibladung zum Speichern von Bremsenergie aufweisen. Die Treibladung kann die Bremsenergie durch Erzeugen eines Gasdrucks freisetzen, welcher zum Abbremsen der rotierenden Einheit genutzt wird. Die mechanische Bremseinheit kann beispielsweise eine gespannte Feder zum Speichern der Bremsenergie aufweisen, wobei die Bremsenergie durch Entspannen der Feder frei wird. Die Feder kann beim Entspannen beispielsweise ein Bremselement bewegen, welches nach dem kritischen Ereignis von einer Ruheposition in eine Bremsposition bewegt wird und die rotierende Einheit beispielsweise durch Reibung oder Formschluss zwischen dem Bremselement und der rotierenden Einheit abbremst.In order to prevent the electric motor from continuing to operate after a critical event and unwanted voltage being generated by the rotating unit that continues to revolve despite the critical event, the rotating unit should be braked in the event of a critical event. Such a critical event may be, for example Accident of the motor vehicle in the form of a collision of the motor vehicle or in the form of a rollover of the motor vehicle. In order to decelerate the electric motor as quickly as possible, this has the braking device with the mechanical and / or pyrotechnic brake unit. The brake unit is actuated in particular mechanically and / or pyrotechnically for providing a braking force which acts on the rotating unit and brakes it. The pyrotechnic brake unit may, for example, have a propellant charge for storing braking energy. The propellant may release the braking energy by generating a gas pressure which is used to decelerate the rotating unit. The mechanical brake unit may, for example, have a tensioned spring for storing the braking energy, wherein the braking energy is released by relaxing the spring. For example, when relaxing, the spring can move a braking element, which after the critical event is moved from a rest position to a braking position and brakes the rotating unit, for example by friction or positive engagement between the braking element and the rotating unit.
Durch die pyrotechnische und/oder mechanische Bremseinheit ist die Bremseinrichtung insbesondere dazu ausgelegt, den Elektromotor schneller abzuschalten, als es durch einen aktiven Kurzschluss möglich ist. Beispielsweise kann die Bremseinrichtung den Elektromotor in weniger als 15 ms abschalten, während hingegen der Elektromotor bei einem aktiven Kurzschluss erst nach 1 s abgeschaltet ist. Durch das Abbremsen der rotierenden Einheit, also durch das Abschalten des Elektromotors, kann verhindert werden, dass der Elektromotor nach dem kritischen Ereignis Energie in Form von einer elektrischen Spannung erzeugt, welche für eine Hochvoltsicherheit relevant ist und bei Einspeisung in ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs Personen gefährden könnte. Eine mit einem erfindungsgemäßen Elektromotor ausgestattete Fahrzeugkomponente ist also besonders sicher gestaltet.By the pyrotechnic and / or mechanical brake unit, the braking device is designed in particular to turn off the electric motor faster than is possible by an active short circuit. For example, the braking device can switch off the electric motor in less than 15 ms, whereas, in the case of an active short circuit, the electric motor is switched off only after 1 s. By braking the rotating unit, so by switching off the electric motor, it can be prevented that the electric motor generates energy in the form of an electrical voltage after the critical event, which is relevant for high-voltage safety and endanger people when fed into an electrical system of the motor vehicle could. An equipped with an electric motor according to the invention vehicle component is therefore designed very safe.
Vorzugsweise weist die Bremseinrichtung eine Steuereinheit auf, welche dazu ausgelegt ist, anhand von Sensordaten einer fahrzeugseitigen Sensoreinheit das kritische Ereignis zu erkennen und die Bremseinheit zum Abbremsen der rotierenden Einheit anzusteuern. Die pyrotechnische und/oder mechanische Bremseinheit ist also von der Steuereinheit ansteuerbar. Die Steuereinheit kann beispielswiese in ein Airbagsteuergerät integriert sein, welches Airbags des Kraftfahrzeugs im Falle des kritischen Ereignisses zum Fahrzeuginsassenschutz auslösen kann. Die Sensoreinheit kann beispielsweise Beschleunigungssensoren zum Erfassen einer Kollision des Kraftfahrzeugs und Drehratensensoren zum Erfassen eines Überschlags des Kraftfahrzeugs aufweisen. Solche Sensoren können im Zusammenhang mit der Airbagauslösung bereits im Kraftfahrzeug vorhanden sein. Sobald durch Steuereinheit anhand der Sensordaten der Sensoreinheit das kritische Ereignis des Kraftfahrzeugs erkannt wurde, kann die Steuereinheit die pyrotechnische Bremseinheit und/oder die mechanische Bremseinheit zum Abbremsen der rotierenden Einheit ansteuern. Beispielsweise kann die Steuereinheit ein Steuersignal zum Entzünden der Treibladung bereitstellen und/oder die Feder zum Bewegen des Bremselementes von der Ruheposition in die Bremsposition entspannen.Preferably, the braking device has a control unit which is designed to detect the critical event based on sensor data of a vehicle-side sensor unit and to control the brake unit for braking the rotating unit. The pyrotechnic and / or mechanical brake unit is thus controlled by the control unit. For example, the control unit can be integrated into an airbag control unit which can trigger airbags of the motor vehicle in the event of the critical event for vehicle occupant protection. The sensor unit may include, for example, acceleration sensors for detecting a collision of the motor vehicle and yaw rate sensors for detecting a rollover of the motor vehicle. Such sensors may already be present in the motor vehicle in connection with the deployment of the airbag. As soon as the critical event of the motor vehicle has been detected by the control unit on the basis of the sensor data of the sensor unit, the control unit can control the pyrotechnic brake unit and / or the mechanical brake unit for braking the rotating unit. For example, the control unit may provide a control signal for igniting the propellant charge and / or relaxing the spring for moving the brake element from the rest position to the braking position.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Bremseinrichtung dazu ausgelegt, zum Abbremsen der rotierenden Einheit eine Bremskraft auf die mit dem Rotor gekoppelte Rotorwelle auszuüben. Durch Abbremsen der Rotorwelle wird auch der Rotor abgebremst. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Rotorwelle an zumindest einem axialen Ende aus dem Stator herausgeführt ist und daher leichter zugänglich ist als der von dem Stator umschlossene Rotor. Durch das Ausüben der Bremskraft auf die Rotorwelle kann die rotierende Einheit somit auf besonders einfache Weise abgebremst werden.In a development of the invention, the braking device is designed to exert a braking force on the rotor shaft coupled to the rotor for braking the rotating unit. By braking the rotor shaft and the rotor is braked. This embodiment is based on the finding that the rotor shaft is led out of the stator at at least one axial end and is therefore more easily accessible than the rotor enclosed by the stator. By applying the braking force to the rotor shaft, the rotating unit can thus be braked in a particularly simple manner.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die stationäre Einheit ein Wellenlager zum Lagern der Rotorwelle aufweist und die pyrotechnische Bremseinheit zum Abbremsen der Rotorwelle dazu ausgelegt ist, das Wellenlager plastisch zu verformen und auf die Rotorwelle zu pressen. Das Wellenlager ist insbesondere als eine Lagerschale ausgebildet, welche die Rotorwelle zumindest bereichsweise umgibt und in welchem die Rotorwelle drehbar gelagert ist. Das Wellenlager wird dabei durch die pyrotechnische Bremseinheit derart verformt, dass das Wellenlager nach der Verformung an der Rotorwelle anliegt. Durch die Reibung zwischen der Rotorwelle und dem Wellenlager werden die Rotorwelle und damit der Rotor abgebremst. Auch das Wellenlager ist außerhalb des Stators angeordnet und somit leicht zugänglich. Somit kann die pyrotechnische Bremseinheit ohne großen Aufwand an dem Wellenlager angeordnet werden.It proves to be advantageous if the stationary unit has a shaft bearing for supporting the rotor shaft and the pyrotechnic brake unit is designed to decelerate the rotor shaft to plastically deform the shaft bearing and press it onto the rotor shaft. The shaft bearing is in particular formed as a bearing shell, which surrounds the rotor shaft at least partially and in which the rotor shaft is rotatably mounted. The shaft bearing is deformed by the pyrotechnic brake unit such that the shaft bearing rests after the deformation of the rotor shaft. Due to the friction between the rotor shaft and the shaft bearing, the rotor shaft and thus the rotor are braked. Also, the shaft bearing is located outside the stator and thus easily accessible. Thus, the pyrotechnic brake unit can be arranged without great effort on the shaft bearing.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die pyrotechnische Bremseinheit ein das Wellenlager umgebendes Luftkissen und einen pyrotechnischen Gasgenerator aufweist, wobei der pyrotechnische Gasgenerator dazu ausgebildet ist, das Luftkissen zum plastischen Verformen des Wellenlagers mit Gas zu befüllen. Das Luftkissen kann beispielsweise ringförmig ausgebildet sein und das Wellenlager umschließen bzw. umgeben. Solange kein kritisches Ereignis auftritt, ist das Luftkissen unbefüllt und das Wellenlager ist unverformt, sodass sich der Rotor mit der Rotorwelle bestimmungsgemäß bewegen kann. Die Treibladung ist in diesem Fall als der pyrotechnische Gasgenerator ausgebildet, welcher beispielsweise eine Anzündeeinheit und einen Treibstoff, beispielsweise einen Festtreibstoff, aufweist. Die Anzündeeinheit kann bei Auftreten des kritischen Ereignisses beispielsweise durch einen Stromimpuls der Steuereinheit aktiviert werden, welche daraufhin den Treibstoff entzündet. Das dabei schlagartig entstehende Gas wird in das Luftkissen geleitet, sodass das Luftkissen schlagartig befüllt bzw. aufgeblasen wird. Durch das Befüllen des Luftkissens wird das Wellenlager verformt und auf die Rotorwelle gepresst, sodass diese abgebremst wird. Eine derartig ausgebildete pyrotechnische Bremseinheit kann besonders einfach in den Elektromotor integriert werden, insbesondere ohne dass der Elektromotor aufwändig umgestaltet werden muss.It can be provided that the pyrotechnic brake unit comprises an air cushion surrounding the shaft bearing and a pyrotechnic gas generator, wherein the pyrotechnic gas generator is adapted to fill the air cushion for plastic deformation of the shaft bearing with gas. The air cushion may be, for example, annular and enclose or surround the shaft bearing. As long as no critical event occurs, the air cushion is unfilled and the shaft bearing is undeformed, so that the rotor can move with the rotor shaft as intended. The propellant charge is formed in this case as the pyrotechnic gas generator, which has, for example, a Anzündeeinheit and a fuel, for example, a solid propellant. The ignition unit can be activated when the critical event occurs, for example, by a current pulse of the control unit, which then ignites the fuel. The resulting gas is released into the air cushion, so that the air cushion is filled or inflated abruptly. By filling the air cushion, the shaft bearing is deformed and pressed onto the rotor shaft, so that it is braked. Such a pyrotechnic brake unit designed in this way can be integrated into the electric motor in a particularly simple manner, in particular without the electric motor having to be extensively reconfigured.
Alternativ oder zusätzlich kann die pyrotechnische Bremseinheit einen pyrotechnischen Gasgenerator aufweisen, welcher dazu ausgelegt ist, zum Abbremsen der Rotorwelle ein mit der Rotorwelle gekoppeltes Laufrad der als Verdichter ausgestalteten Fahrzeugkomponente strömungstechnisch abzubremsen. Die Rotorwelle ist also hier mit dem Laufrad gekoppelt und überträgt die Drehbewegung des Rotors auf das Laufrad. Beispielsweise kann das durch den Gasgenerator nach dem kritischen Ereignis erzeugte Gas in Schaufeln des Laufrads geleitet werden. Das Gas weist dabei eine Strömungsrichtung entgegen einer Drehrichtung des Laufrades auf, sodass das Laufrad, die mit dem Laufrad gekoppelte Rotorwelle und der mit der Rotorwelle gekoppelte Rotor durch das den Schaufeln entgegenströmende Gas abgebremst werden.Alternatively or additionally, the pyrotechnic brake unit may comprise a pyrotechnic gas generator which is designed to decelerate fluidically for braking the rotor shaft an impeller of the vehicle component configured as a compressor coupled to the rotor shaft. The rotor shaft is thus coupled here with the impeller and transmits the rotational movement of the rotor to the impeller. For example, the gas generated by the inflator after the critical event may be directed in vanes of the impeller. In this case, the gas has a flow direction counter to a direction of rotation of the impeller, so that the impeller, the rotor shaft coupled to the impeller and the rotor coupled to the rotor shaft are decelerated by the gas flowing counter to the blades.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Bremseinrichtung zumindest ein kolbenförmiges Bremselement aufweist, welches ortsfest an einer der beiden Einheiten angeordnet und dort verriegelt ist und welches zum Abbremsen der rotierenden Einheit mit einem pyrotechnischen Entriegelungselement der pyrotechnischen Bremseinheit und/oder mit einem mechanischen Entriegelungselement der mechanischen Bremseinheit entriegelbar ist, wobei das Bremselement im entriegelten Zustand in mechanischem Kontakt mit der jeweils anderen Einheit steht. Insbesondere weist das mechanische Entriegelungselement eine mechanische Feder, welche mit dem Bremselement gekoppelt ist, auf. Alternativ oder zusätzlich weist das pyrotechnische Entriegelungselement einen pyrotechnischen Gasgenerator sowie ein Zylinderrohr zum Aufnehmen des Bremselementes auf.It can also be provided that the braking device has at least one piston-shaped brake element, which is fixedly arranged on one of the two units and locked there and which for braking the rotating unit with a pyrotechnic unlocking the pyrotechnic brake unit and / or with a mechanical unlocking the mechanical brake unit can be unlocked, wherein the brake member is in the unlocked state in mechanical contact with the other unit. In particular, the mechanical unlocking element has a mechanical spring which is coupled to the brake element. Alternatively or additionally, the pyrotechnic unlocking element has a pyrotechnic gas generator and a cylinder tube for receiving the brake element.
Das kolbenförmige Bremselement bzw. der Bremskolben befindet sich im verriegelten Zustand in der Ruheposition und lässt dabei eine Relativbewegung zwischen der rotierenden Einheit und der stationären Einheit zu. Im entriegelten Zustand befindet sich der Bremskolben in der Bremsposition und blockiert dabei die Relativbewegung zwischen der rotierenden Einheit und der stationären Einheit. Beispielsweise kann das Bremselement Teil der rotierenden Einheit sein und an der Rotorwelle angeordnet sein. In der Bremsposition wird das Bremselement gegen die stationäre Einheit, beispielsweise gegen das Wellenlager, gedrückt. Auch kann das Bremselement Teil der stationären Einheit sein und beispielsweise an dem Wellenlager angeordnet sein. In der Bremsposition wird das Bremselement gegen die rotierende Einheit, beispielsweise gegen die Rotorwelle, gedrückt. In der Bremsposition befindet sich das Bremselement also in radialer Richtung zwischen der stationären Einheit und der rotierenden Einheit.The piston-shaped brake element or the brake piston is in the locked state in the rest position and thereby allows a relative movement between the rotating unit and the stationary unit. In the unlocked state, the brake piston is in the braking position, blocking the relative movement between the rotating unit and the stationary unit. For example, the brake element may be part of the rotating unit and arranged on the rotor shaft. In the braking position, the braking element is pressed against the stationary unit, for example against the shaft bearing. Also, the braking element may be part of the stationary unit and be arranged for example on the shaft bearing. In the braking position, the braking element is pressed against the rotating unit, for example against the rotor shaft. In the braking position, the brake element is thus in the radial direction between the stationary unit and the rotating unit.
Beispielsweise kann die Einheit, mit welcher das Bremselement im entriegelten Zustand in mechanischem Kontakt steht, zumindest einen mit dem Bremselement korrespondierenden Stopper aufweisen. Ein solcher Stopper kann beispielsweise eine Vertiefung sein, in welcher das kolbenförmige Bremselement in der Bremsposition angeordnet wird, sodass durch diesen Formschluss die Relativbewegung zwischen der rotierenden und der stationären Einheit blockiert wird. Auch kann der Stopper eine Erhöhung sein, gegen welche das kolbenförmige Bremselement in der Bremsposition schlägt und durch welche die Relativbewegung zwischen der rotierenden und der stationären Einheit verhindert wird.For example, the unit with which the brake element is in mechanical contact in the unlocked state, at least one stopper corresponding to the brake element. Such a stopper may for example be a recess in which the piston-shaped brake element is arranged in the braking position, so that the positive movement between the rotating and the stationary unit is blocked by this positive engagement. Also, the stopper may be an elevation against which the piston-shaped brake element strikes in the braking position and by which the relative movement between the rotating and the stationary unit is prevented.
Das mechanische Entriegelungselement weist insbesondere die mechanische Feder auf, mit welcher das Bremselement gekoppelt ist. Im verriegelten Zustand des Bremselementes ist die mechanische Feder gespannt. Durch einen elektrischen Impuls kann die Feder entspannt werden und dadurch das mit der Feder gekoppelte Bremselement von der Ruheposition in die Bremsposition überführt werden. Auch kann das Bremselement mittels des pyrotechnischen Entriegelungselementes entriegelt werden. Das pyrotechnische Entriegelungselement in Form von einem pyrotechnischen Aktuator kann dabei den pyrotechnischen Gasgenerator und das Zylinderrohr umfassen, in welchem das kolbenförmige Bremselement in der Ruheposition angeordnet ist. Bei dem kritischen Ereignis kann der Gasgenerator Gas erzeugen, durch welches der in dem Zylinderrohr angeordnete Bremskolben schlagartig aus dem Zylinderrohr geschoben wird und somit von der Ruheposition in die Bremsposition überführt wird.The mechanical unlocking element has in particular the mechanical spring, with which the brake element is coupled. In the locked state of the brake element, the mechanical spring is tensioned. By an electrical pulse, the spring can be relaxed and thereby the spring coupled to the brake element can be transferred from the rest position to the braking position. Also, the brake element can be unlocked by means of the pyrotechnic unlocking element. The pyrotechnic unlocking element in the form of a pyrotechnic actuator may comprise the pyrotechnic gas generator and the cylinder tube, in which the piston-shaped brake element is arranged in the rest position. In the critical event, the gas generator can generate gas, through which the brake piston arranged in the cylinder tube is abruptly pushed out of the cylinder tube and thus transferred from the rest position to the braking position.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Fahrzeugkomponente, insbesondere Verdichter, für ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Elektromotor oder einer vorteilhaften Ausführungsform davon. Der Verdichter ist insbesondere ein Brennstoffzellenverdichter zum Bereitstellen einer Luftversorgung einer Brennstoffzelle eines als Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs.The invention also relates to a vehicle component, in particular compressor, for a motor vehicle having an electric motor according to the invention or an advantageous embodiment thereof. The compressor is in particular a fuel cell compressor for providing an air supply to a fuel cell of a motor vehicle designed as a fuel cell vehicle.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine erfindungsgemäße Fahrzeugkomponente. Das Kraftfahrzeug kann als ein Brennstoffzellenfahrzeug oder als ein zumindest teilweise verbrennungsmotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug, beispielsweise als ein Hybridfahrzeug oder als ein rein verbrennungsmotorisches Fahrzeug, ausgebildet sein. A motor vehicle according to the invention comprises at least one vehicle component according to the invention. The motor vehicle may be designed as a fuel cell vehicle or as an at least partially internal combustion engine driven motor vehicle, for example as a hybrid vehicle or as a purely internal combustion engine vehicle.
Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Elektromotor vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Fahrzeugkomponente sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The embodiments presented with reference to the electric motor according to the invention and their advantages apply correspondingly to the vehicle component according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or in isolation.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to a preferred embodiment and with reference to the drawings.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; -
2 eine schematische Längsschnittdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromotors; -
3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Teils des Elektromotors mit einer ersten Ausführungsform einer Bremseinrichtung; -
4a ,4b eine schematische Querschnittsdarstellung eines Teils des Elektromotors mit einer zweiten Ausführungsform einer Bremseinrichtung; und -
5a ,5b eine schematische Querschnittsdarstellung eines Teils des Elektromotors mit einer dritten Ausführungsform einer Bremseinrichtung.
-
1 a schematic representation of an embodiment of a motor vehicle according to the invention; -
2 a schematic longitudinal sectional view of an embodiment of an electric motor according to the invention; -
3 a schematic cross-sectional view of a portion of the electric motor with a first embodiment of a braking device; -
4a .4b a schematic cross-sectional view of a portion of the electric motor with a second embodiment of a braking device; and -
5a .5b a schematic cross-sectional view of a portion of the electric motor with a third embodiment of a braking device.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Eine Ausführungsform des Elektromotors
Im Betrieb des Elektromotors
In
In
Zum Entriegeln des Bremselementes
Gemäß
Die mechanische Bremseinheit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 22
- Fahrzeugkomponentevehicle component
- 33
- Elektromotorelectric motor
- 44
- stationäre Einheitstationary unit
- 55
- rotierende Einheitrotating unit
- 66
- Bremseinrichtungbraking means
- 77
- Bordnetzboard network
- 88th
- Statorstator
- 99
- Rotorrotor
- 1010
- Rotorwellerotor shaft
- 1111
- Wellenlagershaft bearing
- 1212
- pyrotechnische Bremseinheitpyrotechnic brake unit
- 1313
- Luftkissenair cushion
- 1414
- Bremselementbraking element
- 1515
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- Zylinderrohrcylinder tube
- 1919
- Gasgeneratorinflator
- 2020
- mechanische Bremseinheitmechanical brake unit
- 2121
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- Federfeather
- LL
- Längsrichtunglongitudinal direction
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- DD
- Drehrichtungdirection of rotation
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
DE102019218086A1 (en) * | 2019-11-22 | 2021-05-27 | Zf Friedrichshafen Ag | Device for reducing a risk after an accident |
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DE102006007960A1 (en) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Volkswagen Ag | Controller preventing fire and electric shock after electric vehicle crashes, includes electronic switch with pyrotechnic device detonated when crash deceleration is detected |
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-
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- 2017-12-06 DE DE102017222005.8A patent/DE102017222005A1/en active Pending
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