DE102020130785A1 - Kühleinrichtung und Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs - Google Patents

Kühleinrichtung und Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Es ist eine Kühleinrichtung (10) zum Kühlen einer elektrischen Maschine (12) vorgesehen mit einem Gehäuse (22) zur Aufnahme eines Stators (14) und eines Rotors (16) der elektrischen Maschine (12), einem zu einem Innenraum des Gehäuses (22) führenden Zulaufkanal (20) zur Zuführung eines Kühlmediums, einem von dem Innenraum des Gehäuses (22) wegführenden Ablaufkanal (26), einem in dem Ablaufkanal (26) vorgesehen ersten Temperatursensor (28) zur Messung der Ablauftemperatur des Kühlmediums, einem mit dem Zulaufkanal (20) und mit dem Ablaufkanal (26) verbundenen Förderorgan (18) und einer Auswerteeinheit zur Berechnung einer Durchschnittstemperatur des Stators (14) auf Basis eines thermischen Berechnungsmodells, wobei das thermische Berechnungsmodell ausschließlich außerhalb des Gehäuses gemessene Messwerte berücksichtigt und bei der Berechnung einer Durchschnittstemperatur des Stators (14) die Ablauftemperatur des Kühlmediums, einen von dem Förderorgan (18) geförderten Volumenstrom des Kühlmediums und einen Lastpunkt der elektrischen Maschine (12) berücksichtigt. Durch die globale thermische Betrachtung der elektrischen Maschine (12) ist eine kostengünstige und präzise Kühlung einer elektrischen Maschine (12) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs ermöglicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung und ein Verfahren, mit deren Hilfe eine elektrische Maschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs gekühlt werden kann.
  • Aus US 2009/0284202 A1 ist eine Kühleinrichtung zur Kühlung einer zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen elektrischen Maschine bekannt, bei der innerhalb eines Stators der elektrischen Maschine und in einem Ablaufkanal für von dem den Stators kommenden Kühlöl jeweils ein Temperatursensor vorgesehen ist, aufgrund deren Messwerte mit einem thermischen Modell eine Temperatur eines Stators der elektrischen Maschine abgeschätzt werden kann.
  • Es besteht ein ständiges Bedürfnis bei geringen Herstellungskosten die Präzision einer Kühlung für eine elektrische Maschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs zu verbessern.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine kostengünstige und präzise Kühlung einer elektrischen Maschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs ermöglichen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zum Kühlen einer elektrischen Maschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse zur Aufnahme eines Stators und eines Rotors der elektrischen Maschine, einem zu einem Innenraum des Gehäuses führenden Zulaufkanal zur Zuführung eines zur direkten Kühlung des Stators und/oder des Rotors vorgesehenen Kühlmediums, einem von dem Innenraum des Gehäuses wegführenden Ablaufkanal zur Abfuhr des Kühlmediums, einem in dem Ablaufkanal vorgesehen ersten Temperatursensor zur Messung der Ablauftemperatur des Kühlmediums, einem mit dem Zulaufkanal und mit dem Ablaufkanal verbundenen Förderorgan zur Förderung des Kühlmediums durch das Gehäuse und einer Auswerteeinheit zur Berechnung einer Durchschnittstemperatur des Stators auf Basis eines thermischen Berechnungsmodells, wobei das thermische Berechnungsmodell ausschließlich außerhalb des Gehäuses gemessene Messwerte berücksichtigt und bei der Berechnung einer Durchschnittstemperatur des Stators die Ablauftemperatur des Kühlmediums, einen von dem Förderorgan geförderten Volumenstrom des Kühlmediums und einen Lastpunkt der elektrischen Maschine berücksichtigt.
  • Von einem Pulswechselrichter gespeiste elektrische Maschinen für Traktionsantriebe eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs sollen hohe Anforderungen an die Drehmomentgenauigkeit erfüllen, wobei gleichzeitig der Bedarf an sehr hohen Dauerleistungsdichten wächst. Wenn die elektrische Maschine beispielsweise als permanenterregt Synchronmaschine ausgestaltet ist, weist der Rotor Permanentmagnete auf, die mit von dem Stator ausgebildeten Elektromagneten zusammenwirken können. Hierzu kann der Stator Eisenkerne aufweisen, die von stromdurchflossenen Leitern umwickelt sind. Jedoch nimmt die Flussdichte der Permanentmagneten mit steigender Temperatur ab, so dass die Drehmomenttreue der elektrischen Maschine auch von der Temperatur des Rotors abhängt. Um eine möglichst gute Drehmomenttreue der elektrischen Maschine zu erreichen, sollte die Temperatur des Rotors möglichst genau bekannt sein. Aus der Temperatur des Rotors kann eine Veränderung der Flussdichte der Permanentmagneten bei dem Betrieb der elektrischen Maschine berücksichtigt werden, indem beispielsweise bei einer ansteigenden Temperatur des Rotors zur Erreichung eines bestimmten von der elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellenden Drehmoments die den Elektromagneten zugeführte Stromstärke erhöht wird. Hierzu ist es grundsätzlich möglich einen Temperatursensor innerhalb des Stators, insbesondere möglichst nah innerhalb einer Statorwicklung vorzusehen, um möglich nah am Rotor die Temperatur des Stators zu messen, aus der auf die Temperatur des Rotors geschlossen werden kann.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das Messen der Temperatur möglichst nah am Rotor innerhalb des Stators jedoch nur einen unbefriedigenden Gewinn an Präzision bezüglich der Temperaturmessung ermöglicht. Es wurde erkannt, dass nicht vermeidbare Fertigungstoleranzen und/oder Montagetoleranzen zu Lagetoleranzen des Temperatursensors bezüglich des Orts der Temperaturmessung führen, dessen Ungenauigkeiten aufgrund eines verwendeten thermischen Berechnungsmodells zur Abschätzung der Rotortemperatur sich sogar verstärken können. Obwohl möglichst nah am Rotor eine Temperurmessung erfolgt, ist dadurch nicht unbedingt eine Erhöhung der Präzision der Temperaturmessung verbunden oder die Präzision der Temperurmessung ist sogar verschlechtert. Zudem ist es kostenintensiv einen Temperatursensor innerhalb einer Statorwicklung des Stators vorzusehen. Gleichzeitig ist es bei einem technischen Defekt des in der Statorwicklung vorgesehen Temperatursensor nur schwer möglich den Temperatursensor auszutauschen, wodurch hohe Wartungs- und Reparaturkosten zu erwarten sind.
  • Anstatt im Inneren der elektrischen Maschine Messungen durchzuführen, werden bei der Erfindung bewusst nur Messungen außerhalb der elektrischen Maschine, also außerhalb des Gehäuses der elektrischen Maschine, vorgenommen. Es wurde erkannt, dass ein Temperaturverlauf innerhalb der elektrischen Maschine aufgrund von Wärmeleitungseffekten nur einen geringen Einfluss auf die durchschnittliche Flussdichte hat. Dadurch ist es möglich ohne signifikante Beeinträchtigungen der Präzision die Temperatur im Stator nicht lokal, sondern als Durchschnittstemperatur zu berücksichtigen. Dies kann in einer kostengünstigen Weise dadurch erfolgen, dass innerhalb des Gehäuses der elektrischen Maschine gar keine Messung erfolgt, sondern die Durchschnittstemperatur über die thermischen Kenngrößen des zu Kühlung der elektrischen Maschine verwendeten Kühlmediums, insbesondere Kühlöl, zu bestimmen. Aus dem Wärmeinhalt des Kühlmediums vor und nach dem Gehäuse kann bei einem bekannten Volumenstrom des Kühlmediums auf den aufgenommenen Wärmestrom und dadurch auf die Durchschnittstemperatur des Stators und indirekt auf die Durchschnittstemperatur des Rotors mit Hilfe des thermischen Berechnungsmodells geschlossen werden. Hierbei ist es grundsätzlich möglich bei einem im Kreis geförderten Kühlmedium aus der Ablauftemperatur des Kühlmediums die Temperatur am Zulauf zum Gehäuse sehr genau abzuschätzen. Um den Aufwand und die Herstellungskosten weiter zu senken, ist zudem vorgesehen den Lastpunkt der elektrischen Maschine zu berücksichtigen. Über den beim Betrieb des Kraftfahrzeugs in der Motorsteuerung sowieso bekannten Lastpunkt der elektrischen Maschine kann der in den Stator eingeleitete thermische Energieeintrag in dem thermischen Berechnungsmodell bestimmt werden, so dass das thermische Berechnungsmodell aus der Ablauftemperatur des Kühlmediums und dessen Volumenstrom auf den an das Kühlmedium übertragenen Wärmestrom und den an den Stator und/oder an den Rotor übertragenen Wärmestrom schlussfolgern kann, der von der Durchschnittstemperatur des Stators abhängt und dadurch von dem thermischen Berechnungsmodell berechnet werden kann. Die in der Auswerteeinheit mit Hilfe des thermischen Berechnungsmodell berechnete Temperatur des Stators kann für eine Temperaturregelung der elektrischen Maschine, insbesondere der Permanentmagneten des Rotors, und/oder zur Regelung einer in der elektrischen Maschine abgeforderten Leistung zur Erreichung eines bestimmten Drehmoments und/oder einer bestimmten Drehzahl am Ausgang des Rotors verwendet werden. Durch die globale thermische Betrachtung der elektrischen Maschine mit Durchschnittswerten, die über Messungen außerhalb der elektrischen Maschine bestimmt werden können, kann im Vergleich zu einer toleranzbehafteten Messung innerhalb der elektrischen Maschine kostengünstig eine überraschend präzise Temperaturbestimmung innerhalb der elektrischen Maschine erfolgen, so dass eine kostengünstige und präzise Kühlung einer elektrischen Maschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
  • Insbesondere beinhaltet der von dem thermischen Berechnungsmodell berücksichtigte Lastpunkt der elektrischen Maschine eine gemessene Drehzahl des Rotors und eine Stromstärke eines an dem Stator anliegenden Phasenstroms. Die Drehzahl des Rotors wird als Eingangsgröße für ein nachgeschaltetes Getriebe zur Erreichung einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in der Regel sowieso gemessen. Die Stromstärke des den Elektromagneten des Stators zugeführten elektrischen Stroms ist ein Maß für die von einer Motorsteuerung abgeforderte Motorleistung und von der Motorsteuerung in der Regel explizit vorgegeben. Diese Kennzahlen für den Lastpunkt der elektrischen Maschine können daher ohne zusätzlichen Messaufwand leicht für das thermische Berechnungsmodell verwendet werden.
  • Vorzugsweise ist ein mit dem Zulaufkanal und dem Ablaufkanal verbundener Wärmetauscher zur Abfuhr von Wärme des Kühlmediums an ein, insbesondere zur Kühlung eines mit der elektrischen Maschine gekoppelten Pulswechselrichters vorgesehen, Kühlfluid vorgesehen, wobei ein zweiter Temperatursensor zur Messung der Kühlfluidtemperatur, insbesondere unmittelbar vor oder unmittelbar nach dem Wärmetauscher, vorgesehen ist und das thermische Berechnungsmodell die Kühlfluidtemperatur berücksichtigt. Grundsätzlich ist es möglich, dass das Kühlmedium aus dem Gehäuse der elektrischen Maschine passiv, insbesondere luftgekühlt, beispielsweise in einem Frontkühler des Kraftfahrzeugs, gekühlt wird. Bei einer aktiven Kühlung des Kühlmediums mit einem separaten Kühlfluid in dem Wärmetauscher ist es möglich die aktuelle Temperatur des Kühlfluids zu messen, wodurch der zwischen dem Kühlmedium der elektrischen Maschine und dem separaten Kühlfluid ausgetauschte Wärmestrom bestimmt werden kann. Hierbei wird berücksichtigt, dass für das separate Kühlfluid in der Regel sowieso eine Temperatur und/oder ein Volumenstrom bekannt ist und/oder separat gemessen wird, so dass diese Daten in dem thermischen Berechnungsmodell für eine noch bessere Präzision kostengünstig mitberücksichtigt werden können, innbesondere um den Wärmeinhalt des Kühlmediums am Zulauf der elektrischen Maschine präzise bestimmen zu können. Das in dem Wärmetauscher verwendete zu dem Kühlmedium der elektrischen Maschine separate Kühlfluid kann insbesondere Teil eines im Kraftfahrzeug sowieso vorgesehenen Kühlkreislaufs, beispielsweise zur Kühlung eines Getriebes und/oder zur Kühlung des Pulswechselrichters, sein.
  • Besonders bevorzugt weist der Stator, insbesondere in Eisenkerne vorgesehene, von dem Zulaufkanal zu dem Ablaufkanal verlaufende und gegenüber dem Rotor abgedichtete Kühlkanäle auf. Das Kühlmedium wird dadurch nur durch den Stator geleitet und gelangt nicht in Kontakt mit dem Rotor. Die Möglichkeit eines über das Kühlmedium verursachten Kurzschlusses und/oder ein Abbremsen des Rotors durch eine viskose Reibung des Kühlmediums ist dadurch vermieden. Zudem kann das thermische Berechnungsmodell davon ausgehen, dass eine Änderung der Wärmemenge des Kühlmediums vollständig auf einen Wärmeaustausch mit dem Stator basiert, so dass die Durchschnittstemperatur des Stators sehr genau bestimmt werden kann. Dadurch ist es nicht erforderlich eine Aufteilung der mit dem Kühlmedium ausgetauschten Wärmeströme des Stators und des Rotors in dem thermischen Berechnungsmodell zu berücksichtigten, da ein vollständiger Wärmeaustausch des Kühlmediums nur mit dem Stator angenommen werden kann.
  • Insbesondere weist der Rotor eine Rotorwelle mit einem Rotorkühlkanal zur Kühlung des Rotors mit einem weiteren Kühlfluid, insbesondere Getriebeöl, auf, wobei insbesondere ein dritter Temperatursensor zur Messung der Rotorkühlfluidtemperatur vorgesehen ist. Dadurch kann auch der Rotor mit dem zur Kühlung des Stators vorgesehenen Kühlmedium separaten weiteren Kühlfluid gekühlt werden. Die Rotorwelle kann hierzu beispielsweise als Hohlwelle ausgeführt sei, so dass das weitere Kühlfluid die Rotorwelle, insbesondere zumindest über einen Großteil der gesamten Längserstreckung der Rotorwelle durchströmen kann, um die an der Rotorwelle angebrachten und thermisch mit der Rotorwelle gekoppelten Permanentmagneten zu kühlen. Hierzu kann insbesondere ein sowieso vorgesehener Kühlkreislauf im Kraftfahrzeug zusätzlich für die Kühlung des Rotors verwendet werden, beispielsweise ein zur Kühlung eines Getriebes und/oder zur Kühlung eines Pulswechselrichters vorgesehene Kühlkreislauf. Mit Hilfe der gemessenen Rotorkühlfluidtemperatur und dem in der Regel sowieso bekannten Volumenstrom des weiteren Kühlfluids kann der Wärmestrom zwischen dem Rotor und dem weiteren Kühlfluid in dem thermischen Berechnungsmodell berücksichtigt werden und dessen Einfluss bei der Bestimmung der Durchschnittstemperatur des Stators und/oder bei der Bestimmung der Durchschnittstemperatur des Rotors berücksichtigt werden.
  • Vorzugsweise sind die Kühlkanäle zu dem Rotorkühlkanal zum Durchleiten desselben Kühlmediums in Reihe geschaltet. Dies ermöglicht es für die Kühlung des Stators und für die Kühlung des Rotors dasselbe Kühlmedium zu verwenden, das zuerst den Stator und dann den Rotor oder umgekehrt durchströmt. Der apparative Aufwand für die Kühlung der elektrischen Maschine kann dadurch geringgehalten werden.
  • Besonders bevorzugt ist das thermische Berechnungsmodell hergerichtet eine Durchschnittstemperatur des Rotors abzuschätzen, wobei insbesondere das thermische Berechnungsmodell zusätzlich die Rotorkühlfluidtemperatur und/oder einen Volumenstrom des weiteren Kühlfluids berücksichtigt. Wenn der Rotor der elektrischen Maschine nicht aktiv gekühlt wird, kann es ausreichend sein für eine Temperaturregelung der elektrischen Maschine ausschließlich auf die Durchschnittstemperatur des Stators abzustellen. Aus der Durchschnittstemperatur des Stators kann aufgrund der Kenntnis des konstruktiven Aufbaus der elektrischen Maschine und/oder empirisch ermittelter Relationen zwischen der Durchschnittstemperatur des Stators und der Durchschnittstemperatur des Rotors auf die Durchschnittstemperatur des Rotors geschlussfolgert werden. In der Regel wird die Durchschnittstemperatur des Rotors der Durchschnittstemperatur des Stators hinreichend genau folgen, um eine ausreichend präzise Drehmomenttreue der elektrischen Maschine erreichen zu können. Die Verknüpfung der Durchschnittstemperatur des Rotors mit der Durchschnittstemperatur des Stators kann linear abgeschätzt werden und/oder über empirisch ermittelte Relationen hinterlegt sein. Wenn der Rotor zusätzlich aktiv gekühlt wird, kann das thermische Berechnungsmodell zusätzlich oder alternativ die Rotorkühlfluidtemperatur und/oder den Volumenstrom des weiteren Kühlfluids berücksichtigen, um die Durchschnittstemperatur des Rotors hinreichend genau abschätzen oder berechnen zu können.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere mit Hilfe einer Kühleinrichtung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, bei dem in einem thermischen Berechnungsmodell zur Berechnung einer Durchschnittstemperatur eines Stators der elektrischen Maschine ausschließlich außerhalb eines Gehäuses zur Aufnahme des Stators und eines Rotors der elektrischen Maschine gemessene Messwerte verwendet werden, wobei bei der Berechnung einer Durchschnittstemperatur des Stators als Messwerte eine in einem von dem Gehäuse kommenden Ablaufkanal gemessene Ablauftemperatur eines Kühlmediums, ein von einem Förderorgan geförderter Volumenstrom des Kühlmediums und ein Lastpunkt der elektrischen Maschine berücksichtigt werden. Das Verfahren kann insbesondere wie vorstehend anhand der Kühleinrichtung erläutert aus- und weitergebildet sein. Durch die globale thermische Betrachtung der elektrischen Maschine mit Durchschnittswerten, die über Messungen außerhalb der elektrischen Maschine bestimmt werden können, kann im Vergleich zu einer toleranzbehafteten Messung innerhalb der elektrischen Maschine kostengünstig eine überraschend präzise Temperaturbestimmung innerhalb der elektrischen Maschine erfolgen, so dass eine kostengünstige und präzise Kühlung einer elektrischen Maschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
  • Insbesondere werden bei der Berechnung der Durchschnittstemperatur des Stators als Messwerte jeweils eine Temperatur und ein Volumenstrom sämtlicher mit dem Kühlmedium in einem Wärmeaustausch stehender Fluide weiterer Kühlvorrichtung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt. Ein zusätzlich zu dem Wärmeaustausch zwischen dem Stator und dem Kühlmedium stattfindender Wärmeaustausch mit einem anderen Fluid kann dadurch berücksichtigt werden. Dadurch können insbesondere die thermischen Zustandsgrößen des Kühlmediums am Zulauf der elektrischen Maschine hinreichend präzise von dem thermischen Berechnungsmodell bestimmt werden.
  • Vorzugsweise wird die Ablauftemperatur des Kühlmediums als Führungsgröße für eine Temperaturregelung der elektrischen Maschine verwendet. Da die durchschnittliche Temperatur der Permanentmagneten im Stator der elektrischen Maschine aufgrund des thermischen Berechnungsmodells hinreichend präzise aus der Ablauftemperatur des Kühlmediums berechnet werden kann, ist es möglich die direkt gemessene Ablauftemperatur des Kühlmediums als Führungsgröße für die Temperaturregelung der elektrischen Maschine zu verwenden, ohne erst eine Rotortemperatur zu berechnen und den berechneten Wert als Führungsgröße zu verwenden. Die Temperaturregelung kann dadurch schneller und robuster erfolgen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
    • 1: eine schematische Prinzipdarstellung einer Kühleinrichtung.
  • Die in 1 dargestellte Kühleinrichtung 10 kann zur Temperierung einer elektrischen Maschine 12 zum Antrieb eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs verwendet werden. Die elektrische Maschine 12 weist einen Elektromagneten aufweisenden Stator 14 und einen Permanentmagneten aufweisenden relativ drehbaren Rotor 16 auf, der magnetisch mit dem Stator 14 zusammenwirkt. Die Kühleinrichtung 10 weist ein aus einem Vorratsbehälter 16 gespeistes Kühlmedium auf, das von einem als Ölpumpe ausgestalteten Förderorgan 18 über einen Zulaufkanal 20 in ein Gehäuse 22 der elektrischen Maschine 12 gefördert wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Kühlmedium über gegenüber dem Rotor 16 abgedichtete Kühlkanäle 24 durch die gesamte axiale Erstreckung des Stators 14 gefördert und über einen Ablaufkanal 26 aus dem Gehäuse 22 abgeleitet. Im Wesentlichen unmittelbar an der Außenseite des Gehäuses 22 wird mit einem ersten Temperatursensor 28 eine Ablauftemperatur des Kühlmediums gemessen. Zudem kann über die Förderleistung des Förderorgans 18 der Volumenstrom des Kühlmediums ermittelt werden. Da auch der Lastpunkt der elektrischen Maschine 12, insbesondere eine Drehzahl des Rotors 16 und eine Stromstärke eines an dem Stator 14 anliegenden Phasenstroms, bekannt sind, kann aus diesen Daten mit Hilfe eines thermischen Berechnungsmodells in einer Auswerteeinheit eine Durchschnittstemperatur des Stators 14 und/oder des Rotors 16 abgeschätzt werden, ohne dass hierzu eine Messgröße innerhalb des Gehäuses 22 der elektrischen Maschine 12 ermittelt werden müsste.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann das erwärmte Kühlmedium, insbesondere stromabwärts zum Förderorgan 18, in einem Wärmetauscher 30 mit Hilfe eines aus einem anderen Kühlkreislauf stammenden separaten Kühlfluids gekühlt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann dieses Kühlfluid zur Kühlung eines zum Betrieb der elektrischen Maschine vorgesehenen Pulswechselrichters 32 vorgesehen sein. Insbesondere ist ein zweiter Temperatursensor zur Messung der Kühlfluidtemperatur, insbesondere unmittelbar vor oder unmittelbar nach dem Wärmetauscher 30, vorgesehen, so dass auch die von dem zweiten Temperatursensor gemessene Kühlfluidtemperatur von dem thermischen Berechnungsmodell berücksichtigt werden kann.
  • Die elektrische Maschine 12 ist mit einem Getriebe 34 des Kraftfahrzeugs gekoppelt, wobei das Getriebe 34 einen Getriebekühlkreislauf 36 aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das in dem Getriebekühlkreislauf 36 verwendete weitere Kühlfluid, insbesondere Getriebeöl, zusätzlich zur Kühlung des Rotors 16 der elektrischen Maschine 12 verwendet, indem das weitere Kühlfluid von einer Getriebeölpumpe 38 des Getriebekühlkreislaufs 36 durch einen insbesondere koaxial zur Drehachse des als Hohlwelle ausgestalteten Rotor16 verlaufenden Rotorkühlkanal 40 gepumpt wird. Insbesondere ist ein dritter Temperatursensor zur Messung der Rotorkühlfluidtemperatur, insbesondere unmittelbar vor oder unmittelbar nach dem Rotorkühlkanal 40, vorgesehen, so dass auch die von dem dritten Temperatursensor gemessene Rotorkühlfluidtemperatur von dem thermischen Berechnungsmodell berücksichtigt werden kann.
  • Der Getriebekühlkreislauf 36 kann zusätzlich einen weiteren Wärmetauscher 42 aufweisen, mit dessen Hilfe ein Wärmeaustausch mit dem Kühlfluid des Pulswechselrichters 32 und/oder mit dem Kühlmedium der zur Kühlung des Stators 14 vorgesehenen Kühleinrichtung 10 erfolgen kann. Mit Hilfe eines Stellventils 44 kann je nach Bedarf und Betriebssituation die Funktion des weiteren Wärmetauschers 42 zugeschaltet oder abgeschaltet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2009/0284202 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Kühleinrichtung zum Kühlen einer elektrischen Maschine (12) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (22) zur Aufnahme eines Stators (14) und eines Rotors (16) der elektrischen Maschine (12), einem zu einem Innenraum des Gehäuses (22) führenden Zulaufkanal (20) zur Zuführung eines zur direkten Kühlung des Stators (14) und/oder des Rotors (16) vorgesehenen Kühlmediums, einem von dem Innenraum des Gehäuses (22) wegführenden Ablaufkanal (26) zur Abfuhr des Kühlmediums, einem in dem Ablaufkanal (26) vorgesehen ersten Temperatursensor (28) zur Messung der Ablauftemperatur des Kühlmediums, einem mit dem Zulaufkanal (20) und mit dem Ablaufkanal (26) verbundenen Förderorgan (18) zur Förderung des Kühlmediums durch das Gehäuse (22) und einer Auswerteeinheit zur Berechnung einer Durchschnittstemperatur des Stators (14) auf Basis eines thermischen Berechnungsmodells, wobei das thermische Berechnungsmodell ausschließlich außerhalb des Gehäuses gemessene Messwerte berücksichtigt und bei der Berechnung einer Durchschnittstemperatur des Stators (14) die Ablauftemperatur des Kühlmediums, einen von dem Förderorgan (18) geförderten Volumenstrom des Kühlmediums und einen Lastpunkt der elektrischen Maschine (12) berücksichtigt.
  2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der von dem thermischen Berechnungsmodell berücksichtigte Lastpunkt der elektrischen Maschine (12) eine gemessene Drehzahl des Rotors (16) und eine Stromstärke eines an dem Stator (14) anliegenden Phasenstrom beinhaltet.
  3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Zulaufkanal (20) und dem Ablaufkanal (26) verbundener Wärmetauscher (30) zur Abfuhr von Wärme des Kühlmediums an ein, insbesondere zur Kühlung eines mit der elektrischen Maschine (12) gekoppelten Pulswechselrichters (32) vorgesehen, Kühlfluid vorgesehen ist, wobei ein zweiter Temperatursensor zur Messung der Kühlfluidtemperatur, insbesondere unmittelbar vor oder unmittelbar nach dem Wärmetauscher (30), vorgesehen ist und das thermische Berechnungsmodell die Kühlfluidtemperatur berücksichtigt.
  4. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (14), insbesondere in Eisenkerne vorgesehene, von dem Zulaufkanal (20) zu dem Ablaufkanal (26) verlaufende und gegenüber dem Rotor (16) abgedichtete Kühlkanäle (24) aufweist.
  5. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) eine Rotorwelle mit einem Rotorkühlkanal (40) zur Kühlung des Rotors mit einem weiteren Kühlfluid, insbesondere Getriebeöl, aufweist, wobei insbesondere ein dritter Temperatursensor zur Messung der Rotorkühlfluidtemperatur vorgesehen ist.
  6. Kühleinrichtung nach der Kombination aus Anspruch 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (24) zu dem Rotorkühlkanal (40) zum Durchleiten desselben Kühlmediums in Reihe geschaltet sind.
  7. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Berechnungsmodell hergerichtet ist eine Durchschnittstemperatur des Rotors (16) abzuschätzen, wobei insbesondere das thermische Berechnungsmodell zusätzlich die Rotorkühlfluidtemperatur und/oder einen Volumenstrom des weiteren Kühlfluids berücksichtigt.
  8. Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine (12) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere mit Hilfe einer Kühleinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem in einem thermischen Berechnungsmodell zur Berechnung einer Durchschnittstemperatur eines Stators (14) der elektrischen Maschine (12) ausschließlich außerhalb eines Gehäuses (22) zur Aufnahme des Stators (14) und eines Rotors (16) der elektrischen Maschine (12) gemessene Messwerte verwendet werden, wobei bei der Berechnung der Durchschnittstemperatur des Stators (14) als Messwerte eine in einem von dem Gehäuse kommenden Ablaufkanal (26) gemessene Ablauftemperatur eines Kühlmediums, ein von einem Förderorgan (18) geförderter Volumenstrom des Kühlmediums und ein Lastpunkt der elektrischen Maschine (12) berücksichtigt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem bei der Berechnung der Durchschnittstemperatur des Stators (14) als Messwerte jeweils eine Temperatur und ein Volumenstrom sämtlicher mit dem Kühlmedium in einem Wärmeaustausch stehender Fluide weiterer Kühlvorrichtung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Ablauftemperatur des Kühlmediums als Führungsgröße für eine Temperaturregelung der elektrischen Maschine (12) verwendet wird.
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