DE102018121348A1

DE102018121348A1 - Elektromotor mit variabler Innenkühlung des Stators

Info

Publication number: DE102018121348A1
Application number: DE102018121348.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Janssen; Hans-Peter Lahey
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2018-10-25
Also published as: CN110875661A; DE102019122788A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (1) für einen elektrischen oder hybriden Fahrzeugantrieb, der Elektromotor (1) aufweisend einen Stator (2), ein Kühlmittel und einen Rotor (3) mit einer Drehachse (4), zumindest einem Kühlkanal (5; 104; 304), wobei der Kühlkanal (5; 104; 304) das Kühlmittel von dem Rotor (3) in Richtung des Stators (2) leitet, und einem ersten Steuerelement (6; 101; 304), das relativ zu der Drehachse (4) zwischen einer ersten Position des ersten Steuerelementes (6; 101; 304) und einer zweiten gegenüber der ersten Position in Bezug zu der Drehachse (4) radial äußeren Position des ersten Steuerelementes (6; 101; 304) beweglich ist und mithilfe einer auf das erste Steuerelement (6; 101; 304) wirkenden Zentrifugalkraft in Richtung der zweiten Position zum Steuern eines Massenstroms des Kühlmittels durch den Kühlkanal (5; 104; 304) antreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromotor für einen elektrischen oder hybriden Fahrzeugantrieb, wobei der Elektromotor einen Rotor, einen Stator und zumindest einen Kühlkanal aufweist.
Ein derartiger Elektromotor ist aus der DE 10 2017 124 471 A1 bekannt. Der darin beschriebene Elektromotor umfasst eine offene Innenkühlung des Stators. Hierbei wird das in dem Rotor eingeführte Kühlmittel aufgrund der Rotation des Rotors vom Rotor auf die Wickelköpfe des Stators geschleudert. Der Rotor funktioniert bei der offenen Innenkühlung wie eine Pumpe, wobei ein Massenstrom des auf den Stator geschleuderten Kühlmittels stark von der Drehzahl abhängig ist. Jedoch ist ein Kühlbedarf des Stators im Allgemeinen nicht allein von der Drehzahl abhängt. Vorteilhaft wäre es, einem stark drehzahlabhängigen Effekt der offenen Innenkühlung entgegen zu wirken.
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektromotor mit einer offenen Innenkühlung des Stators bereitzustellen, bei welchem ein drehzahlabhängiger Effekt der offenen Innenkühlung reduziert wird.
Diese Aufgabe wird mit einem Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Elektromotors sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Elektromotor für einen elektrischen oder hybriden Fahrzeugantrieb vorgeschlagen. Der Elektromotor weist einen Stator, ein Kühlmittel, einen Rotor mit einer Drehachse, zumindest einem Kühlkanal, wobei der Kühlkanal das Kühlmittel von dem Rotor in Richtung des Stators leitet, und einem ersten Steuerelement auf. Das erste Steuerelement ist relativ zu der Drehachse zwischen einer ersten Position des ersten Steuerelementes und einer zweiten gegenüber der ersten Position in Bezug zu der Drehachse radial äußeren Position des ersten Steuerelementes beweglich. Erfindungsgemäß ist das erste Steuerelement mithilfe einer auf das erste Steuerelement wirkenden Zentrifugalkraft in Richtung der zweiten Position zum Steuern eines Massenstroms des Kühlmittels durch den Kühlkanal antreibbar.
Der vorgeschlagene Elektromotor ist für den Fahrzeugantrieb geeignet, d.h. dass der Elektromotor bevorzugt eine Nennleistung in einem Bereich von etwa 5kW bis 1000kW hat. Des Weiteren umfasst der Elektromotor eine offene Innenkühlung des Stators, bei welcher das in dem Rotor eingeführte Kühlmittel aufgrund einer Rotation des Rotors vom Rotor auf den Stator, bevorzugt auf zumindest einen Wickelkopf des Stators, geschleudert wird.
Mit der Zentrifugalkraft ist eine Scheinkraft gemeint, die radial von einer Drehachse des Rotors weggerichtet auf das erste Steuerelement wirkt, wenn sich das erste Steuerelement um die Drehachse bewegt. Die Zentrifugalkraft F_z kann wie folgt berechnet werden: $F_{Z} = (ω^{2} \cdot r) \cdot m,$
wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Rotors, r ein Abstand eines Schwerpunktes des ersten Steuerelementes von der Drehachse, m die Masse des ersten Steuerelementes und das Produkt aus dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit und dem Abstand des Schwerpunktes die Zentripetalbeschleunigung des ersten Steuerelementes ist.
Mithilfe der Zentrifugalkraft antreibbar bedeutet insbesondere, dass das erste Steuerelement in Richtung der zweiten Position ohne einen elektrischen Antrieb antreibbar ist. Denkbar ist, dass eine Bewegung des ersten Steuerelementes in Richtung der zweiten Position durch ein Einwirken einer weiteren Kraft, wie beispielsweise einer auf das erste Steuerelement wirkenden Gewichtskraft, unterstützt wird. Jedoch beruht der Kern der Erfindung darauf, die Zentrifugalkraft zum Umschalten des ersten Steuerelementes von der ersten zur zweiten Position zu nutzen. Die Zentrifugalkraft entsteht durch eine Rotation des Rotors bei einer konstanten oder veränderlichen Winkelgeschwindigkeit des Rotors. Die Zentrifugalkraft erhöht sich mit zunehmender Drehzahl des Rotors.
Der Massenstrom des Kühlmittels wird durch Moleküle des Kühlmittels, die jeweils eine Masse aufweisen und durch den Kühlkanal strömen, ausgebildet. Mit einem Steuern des Massenstroms ist ein Steuern zumindest einer Zustandsgröße des Massenstroms, wie beispielsweise eine Menge, eine Richtung, eine Temperatur, ein Druck des Massenstroms und/oder eine Austrittsgeschwindigkeit aus dem Kühlkanal und/oder ein Volumenstrom des Massenstroms in dem Kühlkanal, gemeint. Demnach kann das Steuern des Massenstroms ein Drosseln, Reduzieren, Blockieren und/oder Umlenken des Massenstromes umfassen.
Die meisten Anwendungen der Erfindungen sehen vor, dass die Menge des Massenstroms des Kühlmittels durch den Kühlkanal mithilfe einer Veränderung einer Lage des ersten Steuerelementes relativ zu der Drehachse steuerbar ist. Ohne dem ersten Steuerelement würde der Massenstrom durch den Kühlkanal bei zunehmender Drehzahl aufgrund einer drehzahlabhängigen Pumpwirkung des Rotors ansteigen. Dem kann jedoch entgegengewirkt werden, indem das erste Steuerelement aufgrund einer Bewegung des ersten Steuerelementes von der ersten Position in Richtung der zweiten Position die Menge des Massenstroms in dem Kühlkanal steuert, bevorzugt reduziert, noch bevorzugter drosselt oder blockiert.
Der Gedanke der Erfindung kann jedoch auch eine seltene Variante umfassen, bei welcher eine Richtung des Massenstroms aufgrund der Bewegung des ersten Steuerelementes von der ersten zur zweiten Position steuerbar ist. Beispielsweise kann die Bewegung des ersten Steuerelementes ein Umlenken des Massenstroms bewirken, sodass der Massenstrom in der ersten Position des ersten Steuerelementes auf einen ersten Bereich des Stators und in der zweiten Position des ersten Steuerelementes auf einen zweiten Bereich des Stators trifft. Dadurch ist es möglich, unterschiedliche Bereiche des Stators, die sich je nach Lastzustand des Elektromotors unterschiedlich stark erhitzen, in Abhängigkeit der Drehzahl variabel zu kühlen. Dies kann dann sinnvoll sein, wenn einzelne Wicklungen des Stators bei ausgewählten Drehzahlen ab- oder zuschaltbar sind.
Im Folgenden soll angenommen werden, dass das erste Steuerelement die erste Position bei einer ersten Drehzahl des Rotors und die zweite Position bei einer zweiten Drehzahl des Rotors einnimmt, wobei die zweite Drehzahl höher als die erste ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform gibt das erste Steuerelement in der ersten Position einen ersten Abfluss zum Abfließen des Kühlmittels aus dem Rotor frei und verschließt den ersten Abfluss in der zweiten Position.
Die Menge des Massenstroms, messbar in Liter pro Minute, kann durch die Bewegung des ersten Steuerelementes in Richtung der zweiten Position entsprechend folgender weiterer Möglichkeiten gesteuert werden.
Gemäß einer ersten Alternative bildet das erste Steuerelement in der ersten Position zusammen mit zumindest einer Begrenzung des Kühlkanals einen ersten effektiven Strömungsquerschnitt des Kühlkanals und in der zweiten Position zusammen mit der Begrenzung oder einer weiteren Begrenzung einen zweiten zum ersten unterschiedlichen effektiven Strömungsquerschnitt des Kühlkanals aus. Möglich ist, dass das erste Steuerelement eine Strömung des Kühlmittels durch den Kühlkanal in der ersten Position freigibt und in der zweiten Position blockiert. In diesem Fall hat der zweite effektive Strömungsquerschnitt einen Wert von Null. Die Begrenzung und/oder die weitere Begrenzung kann eine Innenfläche oder eine Kante des Kühlkanals sein.
Generell ist vorgesehen, dass, wenn sich das erste Steuerelement in der zweiten Position befindet, der Massenstrom in dem Kühlkanal behindert ist und dadurch ein geringerer Massenstrom des Kühlmittels aus dem ersten Abfluss im Vergleich zu einer Situation, bei der sich das erste Steuerelement in der ersten Position befindet, fließt. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das erste Steuerelement zumindest teilweise seitlich zu dem Kühlkanal verschiebbar ist und in der zweiten Position weiter in den Kühlkanal hineinragt als in der ersten Position.
Bevorzugt tritt das Kühlmittel aus dem ersten Abfluss aus, wenn das erste Steuerelement sich in der ersten Position befindet, und wird durch die Zentrifugalkraft in Richtung des Stators geschleudert. Möglich ist, dass der Kühlkanal in Form eines Zulaufes für das Kühlmittel zu zumindest zwei einzelnen Abflüssen ausgebildet ist, wobei das Kühlmittel aus den zwei Abflüssen hin zu dem Stator geschleudert wird. In den meisten Anwendungen der Erfindung leitet der Kühlkanal das Kühlmittel von der Drehachse weg in Richtung des Stators.
Eine spezielle Ausgestaltung kann jedoch vorsehen, dass ein weiterer Kühlkanal des Rotors einen weiteren Massenstrom des Kühlmittels stärker in eine Richtung aus dem Rotor, beispielsweise zurück in einen Sumpf des Elektromotors, leitet, wenn sich das erste Steuerelement in der zweiten Position befindet, und dadurch die Menge des Massenstroms in dem Kühlkanal reduziert wird. Bei dieser Ausgestaltung zweigt der weitere Kühlkanal von dem Kühlkanal ab. Dies kann den Vorteil haben, dass sich das erste Steuerelement nicht in dem Kühlkanal befinden muss. Dies ermöglicht es, den Kühlkanal einfacher auszulegen, insbesondere eine Strömung in dem Kühlkanal bei verschiedenen Betriebsbedingungen des Rotors einfacher zu simulieren. Bei dieser speziellen Ausgestaltung drosselt das erste Steuerelement bevorzugt in der ersten Position den weiteren Massenstrom in dem weiteren Kühlkanal und erniedrigt eine Drosselwirkung des weiteren Massenstroms in der zweiten Position.
Der Kühlkanal weist bevorzugt einen runden Querschnitt auf. Im Rahmen der Erfindung umfasst der Begriff Kühlkanal jedoch jeden möglichen Raum zum Führen des Kühlmittels. Der effektive Strömungsquerschnitt ist jedem Fall senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels in dem Kühlkanal ausgerichtet.
Dadurch, dass mithilfe der Zentrifugalkraft der Massenstrom durch den Kühlkanal gesteuert werden kann und die Zentrifugalkraft von der Drehzahl des Rotors abhängt, ist es möglich einen drehzahlabhängigen Effekt der offenen Innenkühlung zu reduzieren. Dies wird vorteilhaft dadurch realisiert, dass aufgrund der Bewegung des ersten Steuerelementes bei zunehmender Drehzahl eine erhöhte Drosselung des Massenstroms, der aus dem Rotor in Richtung des Stators strömt, vorgesehen ist.
Dies ermöglicht es, den Kühlkanal größer auszulegen, um eine stärkere Kühlung des Stators bei geringeren Drehzahlen des Rotors zu erzielen. Dadurch, dass der Kühlkanal bei größeren Drehzahlen gedrosselt ist, kann vermieden werden, dass bei hohen Drehzahlen zu viel Kühlmittel durch den Rotor gepumpt wird. In der Folge kann eine Verlustleistung des Elektromotors reduziert und auch eine Saugdrosselung vermieden werden. Dadurch ist das Kühlmittel gleichmäßiger in dem Rotor verteilt, was ein Risiko einer Entstehung einer Unwucht des Rotors verringert.
Vorteilhafterweise weist der Rotor zumindest ein Rückhaltesystem für das erste Steuerelement auf. Das Rückhaltesystem beaufschlagt das erste Steuerelement mit einer Gegenkraft, die der Zentrifugalkraft entgegenwirkt.
In einer sehr einfachen Ausgestaltung ist das Rückhaltesystem in Form einer Reibpaarung ausgebildet, wobei eine Gleitfläche, an der das erste Steuerelement entlanggleiten kann, und zumindest eine Fläche des ersten Steuerelementes, die bei der Bewegung des ersten Steuerelementes an der Gleitfläche entlanggleitet, die Reibpaarung ausbilden.
Die durch die Reibpaarung erzeugte Gegenkraft kann beispielsweise so groß sein, dass bei der ersten Drehzahl des Rotors das erste Steuerelement in der ersten Position gehalten wird. Entsprechend ist bei der zweiten Drehzahl des Rotors die Gegenkraft der Reibpaarung geringer als die Zentrifugalkraft, so dass sich das erste Steuerelement von der ersten Position in die zweite Position bewegen kann.
Der Nachteil dieser einfachen Ausgestaltung ist, dass sich das erste Steuerelement während eines laufenden Betriebes des Elektromotors nicht mehr von der zweiten Position in die erste Position zurückbewegen kann. Daher kann diese sehr einfache Ausgestaltung sehr beschränkt, beispielsweise für einen Notbetrieb, Verwendung finden. Eine Rückführung des ersten Steuerelementes zurück zur ersten Position kann jedoch bei stehendem Rotor und in einer Position des Rotors erfolgen, bei welcher eine auf das erste Steuerelement wirkende Gewichtskraft zumindest teilweise in Richtung der ersten Position des ersten Steuerelementes wirkt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Rotor zumindest eine erste Feder zum Verschieben des ersten Steuerelementes in eine Richtung von der zweiten zu der ersten Position aufweist. Die erste Feder bildet in diesem Fall das Rückhaltesystem. Das erste Steuerelement ist bei dieser Ausführungsform mechanisch mit der ersten Feder gekoppelt, so dass die erste Feder das erste Steuerelement in der zweiten Position des ersten Steuerelementes mit einer Federkraft beaufschlagt, die zumindest teilweise in eine Richtung der ersten Position des ersten Steuerelementes gerichtet ist.
Um dies im Detail zu realisieren, ist das erste Steuerelement vorzugsweise in Form einer Kugel ausgebildet, die an einem ersten Ende der Feder aufgenommen ist. Diese Variante der Erfindung ermöglicht es durch eine angepasste Federkennlinie, die zweite Drehzahl, bei der das erste Steuerelement die zweite Position erreicht, bei einer Auslegung des Rotors frei auszuwählen. Möglich ist zwar auch, die zweite Drehzahl über eine Masse des ersten Steuerelementes festzulegen, jedoch müsste hierfür entweder ein Material des ersten Steuerelementes oder zumindest eine Dimension des ersten Steuerelementes und damit in vielen Fällen auch eine Dimension des Kühlkanals neu ausgelegt werden. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn mehrere Kühlkanäle zur Kühlung des Stators verwendet werden sollen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Rotor ein zweites Steuerelement aufweist, das eine dritte Position bei der ersten oder einer dritten Drehzahl des Rotors und eine vierte gegenüber der dritten Position radial äußeren Position bei einer vierten Drehzahl des Rotors einnimmt. Das zweite Steuerelement ist zwischen der dritten und vierten Position relativ zu der Drehachse beweglich und mithilfe einer auf das zweite Steuerelement wirkenden Zentrifugalkraft in Richtung der vierten Position antreibbar. Weiterhin gibt das zweite Steuerelement in der dritten Position einen zweiten Abfluss des Rotors zum Abfließen des Kühlmittels aus dem Rotor frei. In der vierten Position blockiert das zweite Steuerelement den zweiten Abfluss, wobei die vierte Drehzahl höher als die dritte und die zweite Drehzahl ist.
Durch die Verwendung des zweiten Steuerelementes ist es möglich, einen Drosseleffekt zur Drosselung eines Gesamtmassenstroms des Kühlmittels von dem Rotor zu dem Stator zum einen bei der zweiten Drehzahl und zum anderen bei der vierten Drehzahl zu erhöhen. In vorteilhafter Weise ist das zweite Steuerelement in einem zweiten Kühlkanal des Rotors angeordnet, der das Kühlmittel innerhalb des Rotors von der Drehachse weg in eine Richtung zum Stator leitet. Bei dieser Variante ergibt sich der Gesamtmassenstrom aus einer Summe aus dem Massenstrom und einem zweiten Massenstrom der durch den zweiten Kühlkanal und den zweiten Abfluss zu dem Stator gelangt. Prinzipiell ist es auch denkbar, dass das zweite Steuerelement in dem Kühlkanal, wo sich vorzugsweise auch das erste Steuerelement befindet, angeordnet ist.
Dadurch, dass der Drosseleffekt bei zwei verschiedenen Drehzahlen des Rotors unterschiedlich stark ist, kann eine stufenförmige Regelung des Gesamtmassenstroms in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors realisiert werden. Die Drosselung des Gesamtmassenstroms erfolgt bevorzugt derart, dass der aus dem Rotor strömende Gesamtmassenstrom annähernd konstant über der Drehzahl ist. Dies kann vorteilhaft mit einer Vielzahl von weiteren Steuerelementen und weiteren Kühlkanälen, in dem sich jeweils zumindest eines der weiteren Steuerelemente befindet, erzielt werden.
Je höher eine Anzahl der weiteren Steuerelemente ist, desto glatter kann ein Verlauf einer Menge des Gesamtmassenstromes über der Drehzahl des Rotors sein. Ein glatter Verlauf ist wünschenswert, um einen möglichst drehzahlunabhängigen Effekt der offenen Innenkühlung des Stators zu erzielen. Dies kann gerade bei einer besonders hohen Drehzahlspreizung des Elektromotors von Vorteil sein. Übliche Bereiche von Drehzahlen von Elektromotoren für den elektrischen oder hybriden Fahrzeugantrieb können zwischen Null und 16.000 Umdrehungen pro Minute liegen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das zweite Steuerelement den zweiten Massenstrom in dem zweiten Kühlkanal in der vierten Position stärker drosselt als bei einer Situation, in der sich das zweite Steuerelement in der dritten Position befindet. Bei dieser Variante blockiert das zweite Steuerelement in der vierten Position den zweiten Abfluss nicht vollständig.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Steuerelement zwischen der ersten und zweiten Position in einem Abschnitt des Kühlkanals geführt, wobei der Kühlkanal in dem Abschnitt einen über einer Länge des Kühlkanals veränderlichen Querschnitt hat.
Der veränderliche Querschnitt kann vorteilhaft als Funktion eines Federhubes der ersten Feder beschrieben werden. Die Funktion ist vorteilhaft an einen Kühlbedarf des Stators und einer Pumpwirkung des Rotors jeweils in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors angepasst. Vorteilhaft ist die Funktion des Federhubes derart ausgelegt, dass sich der Gesamtmassenstrom möglichst gleichmäßig, insbesondere nahezu konstant, bei einer veränderlichen Drehzahl des Rotors verhält.
In diesem Zusammenhang aber auch unabhängig davon hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Kühlkanal zumindest eine Kante aufweist, entlang welcher das erste Steuerelement geführt ist. Diese Variante hat den Vorteil, dass das erste Steuerelement zuverlässiger innerhalb des Kühlkanals geführt werden kann. Eine Kugel, die durch die erste Feder aufgenommen ist, kann möglicherweise bei ungünstigen Strömungsbedingungen einen Kontakt zur ersten Feder verlieren und den gewünschten Drosseleffekt beeinträchtigen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Steuerelement mit einem dritten Steuerelement des Rotors mechanisch gekoppelt ist. Dies bedeutet, dass zumindest eine Bewegung des ersten Steuerelementes in eine erste Richtung eine Bewegung des dritten Steuerelementes bewirkt. Bei dieser Ausführungsform bildet das dritte Steuerelement in der ersten Position des ersten Steuerelementes zusammen mit zumindest einer Begrenzung des Kühlkanals einen ersten effektiven Strömungsquerschnitt des Kühlkanals aus. In der zweiten Position des ersten Steuerelementes bildet das dritte Steuerelement zusammen zumindest mit der Begrenzung oder einer weiteren Begrenzung des Kühlkanals einen zum ersten effektiven Strömungsquerschnitt unterschiedlich großen zweiten effektiven Strömungsquerschnitt des Kühlkanals aus.
Diese Ausführungsform ermöglicht es, das erste Steuerelement in einen annähernd trockenen Raum des Rotors zu verlegen, so dass die Zentrifugalkraft und auch eine Rückstellkraft, die durch das Rückhaltesystem bewirkt wird, nicht von Strömungseffekten des Kühlmittels beeinflusst werden. Dadurch kann die drehzahlabhängige Drosselung des Gesamtmassenstroms des Kühlmittels zum einen besser simuliert und zum anderen zuverlässiger umgesetzt werden.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Ausgestaltungsform, bei welcher der Rotor ein Thermoelement aufweist und eine durch die Zentrifugalkraft angetriebene Bewegung des ersten Steuerelementes mithilfe des Thermoelementes auslösbar ist.
Diese Ausgestaltungsform ermöglicht es, zusätzlich den Gesamtmassenstrom in Abhängigkeit von einer Temperatur des Rotors zu steuern. Dies kann für eine Realisierung eines Notbetriebes, wenn der Rotor zu heiß wird, nützlich sein. Dadurch, dass der Elektromotor in den meisten Fällen einen geschlossenen Kühlkreislauf des Kühlmittels bereitstellt, der zumindest durch den Rotor und den Stator verläuft, kann bei dieser Ausgestaltungsform der Notbetrieb auch dann bereitgestellt werden, wenn der Stator zu heiß wird.
Eine weitere Ausgestaltung kann vorsehen, dass der Rotor einen Magneten aufweist und eine von dem Magneten auf das erste Steuerelement ausgeübte Kraft mithilfe eines Stromes in einer Wicklung des Stators steuerbar ist. Weiterhin ist eine durch die Zentrifugalkraft angetriebene Bewegung des ersten Steuerelementes mithilfe einer Veränderung einer Stärke des Stromes auslösbar. Die Stärke des Stromes ist bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise nur kurzzeitig höher als eine maximale Stärke des Stromes zur Erzeugung eines Drehmomentes des Elektromotors während eines Normalbetriebes des Elektromotors ohne das erfindungsgemäße erste Steuerelement.
Wird nur kurzzeitig ein zum Normalbetrieb vergleichsweise hoher Strom durch die Wicklung des Stators geleitet, können eine Änderung des Drehmomentes und eine Gefahr einer Überhitzung der Wicklung sehr gering sein. Der Veränderung des Drehmomentes kann unter Umständen auch mit Hilfe einer Bremse für eine Rotorwelle des Elektromotors entgegengewirkt werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der Elektromotor ein zerlegbares Bauteil mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil auf, wobei der erste Teil zumindest das erste Steuerelement und der zweite Teil zumindest das zweite Steuerelement umfasst.
Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht, dass der erste und der zweite Teil aus einem Bausatz ausgewählt werden können, der sich aus mehreren unterschiedlichen Teilen zusammensetzt, wobei jedes Teil zumindest ein weiteres Steuerelement aufweist, das bei einer jeweils unterschiedlichen Abschaltdrehzahl des Rotors eine entsprechende zweite Position einnimmt. Die weiteren Steuerelemente haben bei diesem Ausführungsbeispiel bis auf die unterschiedlichen Abschaltdrehzahlen die gleiche Funktionsweise wie das erste Steuerelement und das zweite Steuerelement. Mit Hilfe des Bausatzes kann der Gesamtmassenstrom in Abhängigkeit von der Drehzahl an einen Kühlbedarf des Elektromotors, insbesondere des Stators, sehr einfach angepasst werden. Hierzu wird die Seitenwand aus ausgewählten Teilen des Bausatzes zusammengesetzt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Figuren. Dabei bezeichnet ein mehrfach verwendetes Bezugszeichen dieselbe Komponente. Die Figuren zeigen schematisch oder in einer Schnittansicht in:

1 einen Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator,
2 eine erste seitliche Abdeckung des Rotors aus 1 bei einer ersten Drehzahl des Rotors, 2a einen Querschnitt eines Kühlkanals der Abdeckung aus 2,
3 die erste seitliche Abdeckung aus 2 bei einer zweiten Drehzahl des Rotors,
4 die erste seitliche Abdeckung aus 2 bei einer vierten Drehzahl des Rotors,
5 einen Verlauf eines Gesamtvolumenstromes von dem Rotor zu dem Stator für den Elektromotor aus 1 bei veränderlicher Drehzahl des Rotors,
6 eine weitere Variante der Abdeckung aus 2 bei einer ersten Drehzahl des Rotors,
7 die Abdeckung aus 6 bei einer zweiten Drehzahl des Rotors,
8 eine weitere Variante der Abdeckung aus 2,
9 eine weitere Variante der Abdeckung aus 2 bei einer ersten Drehzahl des Rotors,
10 die Abdeckung aus 9 bei einer zweiten Drehzahl des Rotors.

1 zeigt einen Elektromotor 1 für einen elektrischen oder hybriden Fahrzeugantrieb. Der Elektromotor 1 weist einen Stator 2, ein Kühlmittel und einen Rotor 3 mit einer Drehachse 4, zumindest einem ersten Kühlkanal 5 und einem ersten Steuerelement 6 auf. Der erste Kühlkanal 5 leitet das Kühlmittel von dem Rotor 3 in Richtung des Stators 2, wenn der Rotor 3 rotiert. Durch eine Rotation des Rotors 3 wird das Kühlmittel in dem ersten Kühlkanal 5 in eine radial nach außen zeigende Richtung 9 weg von der Drehachse 4 über einen ersten Abfluss 7 in Richtung einer Innenfläche 10 des Stators 2 geschleudert. Vorteilhafterweise sind der Rotor 3 und der Stator 2 von einem in 1 nicht gezeigten Gehäuse umgeben, welches das Kühlmittel auffängt und in einen in 1 nicht gezeigten Sumpf des Elektromotors 1 zurückführt.
Der Rotor 3 hat vorzugsweise eine erste seitliche Abdeckung 11, in der der erste Kühlkanal 5 verläuft und die fest in Bezug zu einem Permanentmagnet 17 des Rotors 3 angeordnet ist, und eine zweite seitliche Abdeckung 14. Die erste und die zweite Abdeckung 11, 14 rotieren stets mit einer Drehzahl des Rotors 3. Die zweite seitliche Abdeckung 14 ist bevorzugt symmetrisch zu der ersten seitlichen Abdeckung 11 bezogen auf eine in 1 gezeigte Symmetrielinie 15, was den Vorteil hat, dass das Kühlmittel im gesamten Rotor 3 gleich verteilt werden kann, um Unwuchten des Rotors 3 zu vermeiden. Das erste Steuerelement 6 ist relativ zu der Drehachse 4 zwischen einer ersten Position und einer zweiten gegenüber der ersten Position in Bezug zu der Drehachse 4 radial äußeren Position beweglich. Das erste Steuerelement 6 ist mit Hilfe einer auf das erste Steuerelement 6 wirkenden Zentrifugalkraft in Richtung der zweiten Position zum Steuern eines Massenstroms des Kühlmittels durch den ersten Kühlkanal 5 antreibbar.
2 zeigt eine Schnittansicht der ersten Abdeckung 11 durch den Schnitt A-A in 1 bei einer ersten Drehzahl des Rotors 3. Im Vergleich zu 2 nimmt der Rotor 3 in 1 eine andere Drehzahl ein. 2 zeigt das erste Steuerelement 6 in der ersten Position. Das erste Steuerelement 6 nimmt die erste Position bei der ersten Drehzahl des Rotors 3 und die zweite Position bei einer zweiten Drehzahl des Rotors 3 ein, wobei die zweite Drehzahl höher als die erste Drehzahl ist. In 3 ist die erste Abdeckung 11 in einem Zustand gezeigt, bei welchem der Rotor 3 und die erste Abdeckung 11 mit der zweiten Drehzahl rotieren. Im Betrieb des Elektromotors 1 wird das Kühlmittel in einen Kanal einer Rotorwelle 13 gepumpt, von wo es mithilfe der Rotation des Rotors 3 in einen Kühlmittelzulauf 16 des Rotors 3 und von dort in den Kühlkanal 5 gelangt. Bevorzug ist zwischen dem Kühlmittelzulauf 16 und dem Kühlkanal und bevorzugt weiteren Kühlkanälen des Rotors 3 ein Sammelraum 20 angeordnet.
In der ersten Position gibt das erste Steuerelement 6, welches in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in Form einer Kugel ausgeführt ist, den ersten Abfluss 7 zum Abfließen des Kühlmittels aus dem Rotor 3, insbesondere aus der ersten seitlichen Abdeckung 11, frei. In der zweiten, in 3 dargestellten, Position des ersten Steuerelementes 6 verschließt das erste Steuerelement 6 den ersten Abfluss 7. Dies kann dadurch realisiert sein, dass das erste Steuerelement 6 eine erste Feder 8 des Rotors 3 zusammenpresst und das erste Steuerelement 6 und/oder die erste Feder 8 an zumindest einer Kante des ersten Abflusses 7 anliegen.
Die erste Feder 8 ist zum Verschieben des ersten Steuerelementes 6 in eine Richtung von der zweiten Position zu der ersten Position geeignet. Eine Kennlinie der ersten Feder 8 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass bei der ersten Drehzahl des Rotors 3 die erste Feder 8 das erste Steuerelement 6 in der ersten Position des Steuerelementes 6 entgegen einer auf das erste Steuerelement 6 radial nach außen wirkenden Zentrifugalkraft halten kann. Erhöht sich die Drehzahl des Rotors 3, so nimmt die auf das erste Steuerelement 6 wirkende Zentrifugalkraft zu, so dass das erste Steuerelement 6 radial nach außen bewegt wird. Die Federkennlinie ist bevorzugt derart ausgelegt, dass die durch eine Verschiebung des ersten Steuerelementes 6 von der ersten Position hin zur zweiten Position erhöhte Federkraft der ersten Feder 8 geringer als eine auf das erste Steuerelement 6 wirkende Zentrifugalkraft bei der zweiten Drehzahl ist.
1 zeigt weiterhin eine Kante 12 des ersten Kühlkanals 5, entlang welcher das erste Steuerelement 6 geführt ist. Insbesondere führt die Kante 12 das erste Steuerelement 6, wie in 2a gezeigt, beabstandet von einer äußeren Innenwand 19 des ersten Kühlkanals 5, so dass das Kühlmittel in der ersten Position des ersten Steuerelementes 6 an dem ersten Steuerelement 6 vorbeifließen kann und gleichzeitig das erste Steuerelement 6 nicht aus einer Mittellage in Bezug zu der äußeren Innenwand verrutschen kann. Vorzugsweise weist der erste Kühlkanal 5 vier Kanten auf, wobei die vier Kanten paarweise gegenüber voneinander angeordnet sind und das erste Steuerelement 6 in zumindest zwei verschiedenen Richtungen in einem Querschnitt des ersten Kühlkanals 5 abstützen, wie der Querschnitt B-B aus 2 gemäß 2a zeigt.
Bei dem in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Rotor 3 ein zweites Steuerelement 21, das relativ zu der Drehachse 4 zwischen einer dritten Position des zweiten Steuerelementes 21 und einer vierten gegenüber der dritten Position radial äußeren Position des zweiten Steuerelementes 21 beweglich ist. Das zweite Steuerelement 21 ist mit Hilfe einer auf das zweite Steuerelement 21 wirkenden Zentrifugalkraft in Richtung der vierten Position antreibbar und in einem zweiten Kühlkanal 24 des Rotors 3 geführt. 3 zeigt das zweite Steuerelement 21 in der dritten Position und 4 das zweite Steuerelement 21 in der vierten Position.
Das zweite Steuerelement 21 gibt in der dritten Position einen zweiten Abfluss 22 des Rotors 3 zum Abfließen des Kühlmittels aus dem Rotor 3 frei. In der vierten Position blockiert das zweite Steuerelement 21 den zweiten Abfluss 22. Das zweite Steuerelement 21 nimmt die dritte Position bei einer dritten Drehzahl des Rotors 3 und die vierte Position bei einer vierten Drehzahl des Rotors 3 ein, wobei die vierte Drehzahl höher als die zweite und die dritte Drehzahl ist. Eine besondere Ausgestaltung des Rotors 3 kann vorsehen, dass der Rotor 3 ein Bauteil, wie beispielsweise die Abdeckung 11, aufweist, welches in ein erstes Teil und ein zweites Teil zerlegbar ist, wobei der erste Teil das erste Steuerelement 6 und der zweite Teil das zweite Steuerelement 21 aufweist.
Die in 2 gezeigte erste Abdeckung 11 hat zusätzlich ein drittes Steuerelement 31, einen dritten Abfluss 32, eine dritte Feder 33, einen dritten Kühlkanal 34, ein viertes Steuerelement 41, einen vierten Abfluss 42, eine vierte Feder 43, ein fünftes Steuerelement 51, einen fünften Abfluss 52, eine fünfte Feder 53, einen fünften Kühlkanal 54, ein sechstes Steuerelement 61, einen sechsten Abfluss 62, eine sechste Feder 63 und einen sechsten Kühlkanal 64. Vorzugsweise sind die Steuerelemente 6, 21, 31, 41, 51, 61 gleich ausgebildet, das heißt, sie weisen dieselbe Masse, dasselbe Material und gleiche äußere Abmaße auf. Ebenso sind bevorzugt die Kühlkanäle 5, 24, 34, 44, 54, 64 gleichartig, das heißt, sie weisen gleiche Abmessungen sowohl innen als auch außen auf.
Jedoch sind jeweilige Federkennlinien der Federn 6, 23, 33, 43, 53, 63 derart ausgelegt, dass diese alle unterschiedlich zueinander sind. Dadurch kann beispielsweise realisiert werden, dass die Abflüsse 7, 22, 32, 42, 52 und 62 jeweils bei unterschiedlichen Drehzahlen des Rotors 3 durch das entsprechende Steuerelement 6, 21, 31, 41, 51 beziehungsweise 61 blockiert werden. Dadurch werden jeweilige Massenströme in den Kühlkanälen 34, 5, 24, 44, 54 bei den entsprechenden unterschiedlichen Drehzahlen des Rotors 3, nämlich bei einer ersten Abschaltdrehzahl 81, zweiten Abschaltdrehzahl 82, dritten Abschaltdrehzahl 83, vierten Abschaltdrehzahl 84 beziehungsweise fünften Abschaltdrehzahl 85, gedrosselt bzw. blockiert.
Bei einer Rotation des Rotors 3 unterhalb der niedrigsten Abschaltdrehzahl wird Kühlmittel aus allen Kühlkanälen 5, 24, 34, 44, 54, 64 in Richtung des Stators 2 geschleudert. Ein Gesamtmassenstrom, der von dem Rotor 3 in Richtung des Stators 2 aufgrund der Fliehkraft geschleudert wird, ergibt sich aus einer Summe des Massenstromes aus dem ersten Kühlkanal 5, eines Massenstromes aus dem zweiten Kühlkanal 24, eines Massenstromes aus dem dritten Kühlkanal 34, eines Massenstromes aus dem vierten Kühlkanal 44, eines Massenstromes aus dem fünften Kühlkanal 54 und eines Massenstromes aus dem sechsten Kühlkanal 64. Der Gesamtmassenstrom lässt sich mithilfe der Dichte des Kühlmittels in einen Gesamtvolumenstrom umrechnen. Als Kühlmittel wird vorzugsweise Öl verwendet.
5 zeigt ein Diagramm mit verschiedenen Verläufen 71, 72, 73, 74, 75, 76 des Gesamtvolumenstromes für einen hypothetischen Fall, dass die Steuerelemente 6, 21, 31, 41, 51, 61 nicht mithilfe einer jeweiligen Zentrifugalkraft bewegt werden, sondern drehzahlunabhängig ihre Position relativ zu der Drehachse 4 behalten. In diesem Fall wird der Massenstrom in keinem der Kühlkanäle gesteuert.
Eine jeweilige Menge eines jeweiligen Volumenstromes ist entlang der Ordinatenachse in Litern pro Minute und eine jeweilige Drehzahl, bei der die entsprechende Menge des Gesamtvolumenstromes erreicht wird, in Umdrehungen pro Minute entlang der Abzissenachse angegeben. Die Verläufe 71, 72, 73, 74, 75 und 76 ergeben sich dadurch, dass mit zunehmender Nummerierung der Verläufe einer der Abflüsse 7, 22, 32, 42, 52, 62 zusätzlich geöffnet ist und die restlichen Abflüsse geschlossen sind und die Abflüsse 7, 22, 32, 42, 52, 62 ihren Zustand über der Drehzahl nicht verändern.
Dementsprechend ergibt sich ein erster Verlauf 71, wenn einer der Abflüsse 7, 22, 32, 42, 52, 62, ein zweiter Verlauf 72, wenn zwei der Abflüsse 7, 22, 32, 42, 52, 62, ein dritter Verlauf 73, wenn drei der Abflüsse 7, 22, 32, 42, 52, 62, ein vierter Verlauf 74, wenn vier der Abflüsse 7, 22, 32, 42, 52, 62, ein fünfter Verlauf 75, wenn fünf der Abflüsse 7, 22, 32, 42, 52, 62 und ein sechster Verlauf 76, wenn sechse der Abflüsse 7, 22, 32, 42, 52, 62 geöffnet sind.
Ein Verlauf 77 zeigt den Gesamtvolumenstrom vom Rotor 3 zum Stator 2, wenn erfindungsgemäß die Abflüsse 32, 7, 22, 42, 52, 62 nacheinander bei steigender Drehzahl des Rotors 3 aufgrund der jeweiligen auf das dritte Steuerelement 31, das erste Steuerelement 6, das zweite Steuerelement 21, das vierte Steuerelement 41, das fünfte Steuerelement 51 und das sechste Steuerelement 61 wirkenden Zentrifugalkraft blockiert werden. Der Verlauf 77 ist deutlich flacher als die einzelnen Verläufe 71, 72, 73, 74, 75 oder 76 ausgebildet. Dadurch kann ein Verhalten des Gesamtvolumenstroms vom Rotor 3 zum Stator 2 erzielt werden, das annähernd von der Drehzahl des Rotors 3 unabhängig ist.
Je mehr Steuerelemente und Kühlkanäle, die jeweils analog wie das erste Steuerelement 6 und der erste Kühlkanal 5 ausgebildet sind, und Federn der Rotor 3 hat, umso weicher und bevorzugt flacher kann ein zu erzielender Verlauf des Gesamtvolumenstromes sein. Durch jeweilige frei wählbare Kennlinien der Federn kann ein beliebiger Verlauf des Gesamtvolumenstromes erzeugt werden. Sowohl ein über der Drehzahl nahezu konstanter wie auch ein absteigender Verlauf des Gesamtvolumenstromes ist möglich.
6 zeigt eine weitere erste Abdeckung 111, wie sie anstatt der in 1 gezeigten ersten seitlichen Abdeckung 11 seitlich an den Kühlmittelzulauf 16 und den Permanentmagnet 17 angebaut werden kann. Die weitere erste seitliche Abdeckung 111 hat einen Kühlkanal 104, ein erstes Steuerelement 101, einen ersten Abfluss 102, eine erste Feder 103 und eine konkave Stützfläche 105 innerhalb des Kühlkanals 104 zum Stützen des ersten Steuerelementes 101. Das erste Steuerelement 101 ist in Form einer Kugel ausgebildet, so dass sich die konkave Stützfläche 105 an das erste Steuerelement 101 anschmiegen kann.
Das erste Steuerelement 101 kann sich relativ zu der Drehachse 4 zwischen einer ersten Position des ersten Steuerelementes 101 und einer zweiten gegenüber der ersten Position in Bezug zu der Drehachse 4 radial äußeren Position des ersten Steuerelementes 101 bewegen. Das erste Steuerelement 101 ist mit Hilfe einer auf das erste Steuerelement 101 wirkenden Zentrifugalkraft in Richtung der zweiten Position zum Steuern eines Massenstroms des Kühlmittels durch den Kühlkanal 104 antreibbar. In der in 6 gezeigten ersten Position gibt das erste Steuerelement 101 bei einer ersten Drehzahl des Rotors 3 den ersten Abfluss 102 zum Abfließen des Kühlmittels aus dem Rotor 3 frei.
7 zeigt das erste Steuerelement 101 in der zweiten Position bei einer zweiten Drehzahl des Rotors 3, in der das erste Steuerelement 101 den ersten Abfluss 102 verschließt. Die zweite Drehzahl ist höher als die erste Drehzahl. Im Unterschied zu der ersten seitlichen Abdeckung 11 ist das erste Steuerelement 101 bei der weiteren ersten Abdeckung 111 zwischen der ersten und der zweiten Position in einem Abschnitt 106 des Kühlkanals 104 geführt, wobei der Kühlkanal in dem Abschnitt 106 einen über einer Länge des Kühlkanals 104 veränderlichen Querschnitt hat. Die weitere erste seitliche Abdeckung 111 hat jeweils fünf weitere Steuerelemente, Kühlkanäle und Abflüsse, die entsprechend wie das erste Steuerelement 101, der Kühlkanal 104 und der Abfluss 102 ausgebildet sind.
Die weiteren Steuerelemente sind jedoch mithilfe von Federkräften jeweiliger Federn gehalten, die bei gleicher Drehzahl des Rotors 3 alle unterschiedlich zueinander sind. Dadurch können wie im vorherigen Ausführungsbeispiel unterschiedliche Abschaltdrehzahlen für zumindest fünf der sechs Abflüsse der weiteren ersten seitlichen Abdeckung 111 erzielt werden. Damit kann ein Verlauf 78 des Gesamtvolumenstromes, der von dem Rotor 3 durch die Fliehkraft in Richtung des Stators 2 geschleudert wird, erzielt werden. Je nachdem, wie ein Verlauf des Querschnittes des Kühlkanals 104 über der Länge des Kühlkanals 104 ausgestaltet ist, kann ein gewünschter Verlauf des Gesamtvolumenstromes erzielt werden.
8 zeigt eine weitere erste seitliche Abdeckung 211. Die Abdeckung 211 weist die gleichen Komponenten wie die erste Abdeckung 11 auf. Zusätzlich hat die Abdeckung 211 einen Ausleger 201, der an einem Ende der ersten Feder 8 befestigt ist, einen magnetischen Haken 202, eine siebte Feder 203 und eine achte Feder 204. Der Ausleger 201 ist in der in 8 gezeigten Stellung des Hakens 202 in der radial äußeren Richtung 9 blockiert, wodurch ebenfalls das erste Steuerelement 6 in der Richtung 9 blockiert ist. Jeweilige Federkräfte der Federn 203, 204 sind derart ausgelegt, dass auch bei einer höchsten Drehzahl des Rotors 3 der Haken 202 sich nicht allein durch eine Zentrifugalkraft radial nach außen bewegen kann.
Wird jedoch eine Stromstärke in einer Wicklung 18 des Stators 2 kurzzeitig erhöht, bewirkt dies eine Bewegung des Hakens 202 zumindest teilweise in die Richtung 9, so dass der Ausleger 201 in der Richtung 9 freigegeben ist. Dadurch kann eine Bewegung des ersten Steuerelementes 6 mit Hilfe der Zentrifugalkraft ausgelöst werden. Eine weitere Möglichkeit kann vorsehen, dass der Haken 202 in Form eines Bimetalls ausgebildet ist, so dass der Haken 202 bei einer erhöhten Temperatur sich derart verbiegt, dass eine Bewegung des Auslegers 201 in die radial äußere Richtung 9 freigegeben ist. Bei dieser Variante kann der Haken 202 magnetisch oder nicht magnetisch sein.
9 zeigt eine weitere Variante einer seitlichen ersten Abdeckung 311, wie sie anstatt der Abdeckung 11 seitlich in Bezug zu dem Permanentmagnet 17 angebaut werden kann. Bei dieser Variante hat die Abdeckung 311 ein erstes Steuerelement 301, ein drittes Steuerelement 305, einen Kühlkanal 304, einen Abfluss 302 zum Abfließen des Kühlmittels aus dem Kühlkanal 304, eine erste Feder 303, eine zweite Feder 306 und ein Verbindungselement 307, z. B. einen Draht. 9 zeigt das erste Steuerelement 301 in einer ersten Position, in welcher das dritte Steuerelement 305 zusammen mit zumindest einer Begrenzung 308, wie beispielsweise einer Innenfläche des Kühlkanals 304, einen ersten effektiven Strömungsquerschnitt des Kühlkanals 304 ausbildet.
10 zeigt das erste Steuerelement 301 in einer zweiten Position, bei welcher das dritte Steuerelement 305 zusammen mit der Begrenzung 308 einen zum ersten Strömungsquerschnitt unterschiedlich großen zweiten effektiven Strömungsquerschnitt des Kühlkanals 304 ausbildet. In der in 10 gezeigten Stellung des dritten Steuerelementes 305 ist der zweite effektive Strömungsquerschnitt gleich Null, da das dritte Steuerelement 305 den Kühlkanal 304 vollständig in Richtung des Abflusses 302 blockiert. Das erste Steuerelement 301 nimmt bei einer ersten Drehzahl des Rotors 3 die erste Position und bei einer zweiten Drehzahl des Rotors 3 die zweite Position ein, wobei die zweite Drehzahl höher als die erste ist.
Das Verbindungselement 307, die erste Feder 303 und die zweite Feder 306 bilden eine mechanische Kopplung zwischen dem ersten Steuerelement 301 und dem dritten Steuerelement 305 aus. Aufgrund der mechanischen Kopplung verschließt das dritte Steuerelement 305 den Kühlkanal 304, wenn das erste Steuerelement 301 sich in der zweiten Position befindet, und öffnet den Kühlkanal 304, wenn sich das erste Steuerelement 301 in der ersten Position befindet.
Die Abdeckung 311 weist vorzugsweise mehrere weitere erste und dritte Steuerelemente, Kühlkanäle, Abflüsse, erste Federn, zweite Federn und Verbindungselemente auf, die die gleiche Funktionsweise haben wie das erste Steuerelement 301, das dritte Steuerelement 305, der Kühlkanal 304, der Abfluss 302, die erste Feder 303, die zweite Feder 306 und das Verbindungselement 307, mit der Ausnahme, dass die jeweiligen weiteren dritten Steuerelemente bei gleichen Drehzahlen des Rotors 3 jeweilige Massenströme des Kühlmittels durch die entsprechenden weiteren Kühlkanäle unterschiedlich stark drosseln. Dies kann durch entsprechende Auslegungen jeweiliger Massen der weiteren ersten Steuerelemente und Federkennlinien der weiteren ersten und zweiten Federn erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017124471 A1 [0002]

Claims

Elektromotor (1) für einen elektrischen oder hybriden Fahrzeugantrieb, der Elektromotor (1) aufweisend einen Stator (2), ein Kühlmittel und einen Rotor (3) mit einer Drehachse (4), zumindest einem Kühlkanal (5; 104; 304), wobei der Kühlkanal (5; 104; 304) das Kühlmittel von dem Rotor (3) in Richtung des Stators (2) leitet, und einem ersten Steuerelement (6; 101; 304), das relativ zu der Drehachse (4) zwischen einer ersten Position des ersten Steuerelementes (6; 101; 304) und einer zweiten gegenüber der ersten Position in Bezug zu der Drehachse (4) radial äußeren Position des ersten Steuerelementes (6; 101; 304) beweglich ist und mithilfe einer auf das erste Steuerelement (6; 101; 304) wirkenden Zentrifugalkraft in Richtung der zweiten Position zum Steuern eines Massenstroms des Kühlmittels durch den Kühlkanal (5; 104; 304) antreibbar ist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement (6; 101; 304) die erste Position bei einer ersten Drehzahl des Rotors (3) und die zweite Position bei einer zweiten Drehzahl des Rotors (3) einnimmt und in der ersten Position einen ersten Abfluss (7; 102; 302) des Rotors (3) zum Abfließen des Kühlmittels aus dem Rotor (3) freigibt und in der zweiten Position den ersten Abfluss (7; 102; 302) verschließt, wobei die zweite Drehzahl höher als die erste Drehzahl ist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) zumindest eine erste Feder (8) zum Verschieben des ersten Steuerelementes (6; 101; 304) in eine Richtung von der zweiten Position zu der ersten Position aufweist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) ein zweites Steuerelement (21) aufweist, das eine dritte Position bei der ersten oder einer dritten Drehzahl des Rotors (3) und eine vierte gegenüber der dritten Position radial äußeren Position bei einer vierten Drehzahl des Rotors (3) einnimmt und zwischen der dritten und der vierten Position relativ zu der Drehachse (4) beweglich ist und mithilfe einer auf das zweite Steuerelement (21) wirkenden Zentrifugalkraft in Richtung der vierten Position antreibbar ist, und das zweite Steuerelement (21) in der dritten Position einen zweiten Abfluss (22) des Rotors (3) zum Abfließen des Kühlmittels aus dem Rotor (3) freigibt und in der vierten Position den zweiten Abfluss (22) blockiert, wobei die vierte Drehzahl höher als die dritte und die zweite Drehzahl ist.
Elektromotor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement (101) zwischen der ersten und zweiten Position in einem Abschnitt (106) des Kühlkanals (104) geführt ist und der Kühlkanal (104) in dem Abschnitt (106) einen über einer Länge des Kühlkanals (104) veränderlichen Querschnitt hat.
Elektromotor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (5) zumindest eine Kante (12) aufweist, entlang welcher das erste Steuerelement (6) geführt ist.
Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerelement (301) mit einem dritten Steuerelement (305) des Rotors (3) mechanisch gekoppelt ist und in der ersten Position des ersten Steuerelementes (301) das dritte Steuerelement (305) zusammen mit zumindest einer Begrenzung (308) des Kühlkanals (304) einen ersten effektiven Strömungsquerschnitt des Kühlkanals (304) ausbildet und in der zweiten Position des ersten Steuerelementes (301) zusammen zumindest mit der Begrenzung (308) oder einer weiteren Begrenzung des Kühlkanals (304) einen zum ersten effektiven Strömungsquerschnitt unterschiedlich großen zweiten effektiven Strömungsquerschnitt des Kühlkanals (304) ausbildet.
Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) ein Thermoelement aufweist und eine durch die Zentrifugalkraft angetriebene Bewegung des ersten Steuerelementes (6; 101; 304) mithilfe des Thermoelementes auslösbar ist.
Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) einen Magneten (202) aufweist und eine von dem Magneten (202) auf das erste Steuerelement (6) ausgeübte Kraft mithilfe eines Stromes in einer Wicklung des Stators (2) steuerbar ist und eine durch die Zentrifugalkraft angetriebene Bewegung des ersten Steuerelementes (6) mithilfe einer Veränderung einer Stärke des Stromes auslösbar ist.
Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) ein zerlegbares Bauteil (11) mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil aufweist und der erste Teil zumindest das erste Steuerelement (6) und der zweite Teil zumindest das zweite Steuerelement (21) aufweist.