-
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Messen einer Temperatur eines Kühlmediums in einem Elektromotor.
-
Für einen einwandfreien Betrieb eines Elektromotors ist es erforderlich, die Temperatur seines Rotors zu bestimmen. So kann der Bauteilschutz, insbesondere hinsichtlich von Magneten des Elektromotors, nur dann gewährleistet werden, wenn die Temperatur des Rotors möglichst präzise bestimmt wird. Auch wird die Temperatur des Rotors als eine Eingangsgröße für eine Stromregelung eines Pulswechselrichters des Elektromotors benötigt.
-
Bei Elektromotoren mit flüssigkeitsgekühlten Rotoren bzw. Rotoren, die mit einem Kühlmedium gekühlt werden, stellt die Flüssigkühlung bzw. das Kühlmedium dabei einen zusätzlichen Parameter dar, der bei der Bestimmung der Rotortemperatur berücksichtigt werden muss.
-
Um diesem Parameter Rechnung zu tragen ist es bekannt, die Temperatur des Rotors passiv anhand eines Rotortemperaturmodells zu ermitteln. Eine derartige Berechnung einer Temperatur eines Rotors in einem Elektromotor anhand eines Rotortemperaturmodells ist beispielsweise aus der
DE 10 2012 202 938 A1 bekannt.
-
Doch bereits bei Rotoren ohne Flüssigkühlung stellt die passive Ermittlung der Temperatur eine Herausforderung dar. Bei flüssiggekühlten Rotoren ist die Ungenauigkeit der mittels des Rotortemperaturmodells berechneten Temperaturen meist noch höher. Demgegenüber ist es wünschenswert, die Temperatur eines flüssiggekühlten Rotors möglichst präzise ermitteln zu können.
-
Demnach ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor mit einem mittels eines Kühlmediums gekühlten Rotor bereitzustellen, der eine möglichst präzise und dennoch einfache Bestimmung der Temperatur des Rotors ermöglicht sowie vorteilhafterweise dennoch kostengünstig herstellbar ist.
-
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche, insbesondere durch einen Elektromotor nach Anspruch 1, ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 sowie ein Verfahren nach Anspruch 10, gelöst. Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor offenbart sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
-
Gemäß einem ersten Aspekt löst die Erfindung die Aufgabe durch einen Elektromotor für ein Kraftfahrzeug, wobei der Elektromotor einen Rotor, ein den Rotor zumindest teilweise umgebendes Gehäuse, eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Rotors mittels eines Kühlmediums und einen Temperatursensor aufweist, wobei der Rotor zumindest einen Kühlkanal aufweist und die Kühlvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Kühlkanal mit dem Kühlmedium zu versorgen, und wobei der Temperatursensor beabstandet von dem Rotor an dem Gehäuse angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Temperatur des aus dem zumindest einen Kühlkanal des Rotors austretenden Kühlmediums zu messen.
-
Demnach ist ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Kühlmediums nach Austritt aus dem Rotor vorgesehen, der an dem Gehäuse des Elektromotors angeordnet ist.
-
Das Kühlmedium kann insbesondere eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise ein Öl, sein. Die Kühlvorrichtung kann entsprechend eine Pumpe für das Kühlmedium, insbesondere eine Ölpumpe, aufweisen. Das Kühlmedium kann dazu eingerichtet sein, Bleche und Magnete bzw. eine Rotorwicklung des Elektromotors zu kühlen.
-
In einer Wuchtscheibe des Rotors können eine oder mehrere Öffnungen eingebracht sein, die auf Wickelköpfe des Elektromotors gerichtet sein können. Diese Öffnung oder diese Öffnungen können fluidtechnisch mit dem zumindest einen Kühlkanal verbunden sein, um das Kühlmedium auf die Wickelköpfe zu spritzen und diese dadurch zu kühlen.
-
Der zumindest eine Kühlkanal kann insbesondere in einem Blechpaket des Rotors ausgebildet sein. Das Blechpaket kann um eine Welle des Rotors herum angeordnet sein.
-
Insbesondere kann der Temperatursensor derart angeordnet und dazu eingerichtet sein, die Temperatur des aus dem zumindest einen Kühlkanal des Rotors austretenden Kühlmediums direkt zu messen. Mit direkter Messung ist dabei gemeint, dass das austretende Kühlmedium ohne Umwege, etwa über eine Auffangwanne, von dem Temperatursensor gemessen wird.
-
Es kann zwar vorgesehen sein, dass eine Auffangvorrichtung vorgesehen wird, die das Kühlmedium zu dem Temperatursensor führt, dies soll jedoch lediglich die direkte Zuführung des Kühlmediums zu dem Temperatursensor sicherstellen. Wenn das austretende Kühlmedium nicht direkt gemessen wird, sondern etwa erst in einer Auffangwanne, dann kann seine Temperatur keinen so präzisen Rückschluss auf die Temperatur des Rotors erlauben, wie es wünschenswert ist.
-
Es kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor derart eingerichtet ist, dass das aus dem zumindest einen Kühlkanal austretende Kühlmedium, insbesondere unmittelbar, den Temperatursensor oder eine zu dem Temperatursensor führende Auffangvorrichtung anspritzt.
-
Insbesondere kann also zwischen dem Temperatursensor oder der Auffangvorrichtung nur ein Luftabstand zu dem Rotor an der Austrittsstelle des Kühlmediums bestehen. Eine Verfälschung der Temperaturmessung an dem Temperatursensor infolge des Luftabstands ist dabei nicht vorhanden oder nur marginal.
-
Die Auffangvorrichtung kann beispielsweise trichterförmig ausgebildet sein. Die Auffangvorrichtung kann um den Temperatursensor herum angeordnet sein und insbesondere größer als eine Messfläche des Temperatursensors dimensioniert sein. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das aus dem rotierenden Rotor spritzende Kühlmedium sicher zu dem Temperatursensor gelangt und demnach auch gemessen wird.
-
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor derart eingerichtet ist, dass das Kühlmedium aus zumindest einer Öffnung einer Wuchtscheibe des Rotors, die fluidtechnisch mit dem zumindest einen Kühlkanal verbunden ist, aus dem zumindest einen Kühlkanal austritt.
-
Die Wuchtscheibe kann an einem Ende eines Ankers bzw. Blechpakets, das um eine Welle des Rotors angeordnet ist, angeordnet sein. Es können insbesondere auch mehrere Öffnungen in der Wuchtscheibe ausgebildet sein. Dadurch kann eine definierte Menge des Kühlmediums auf den Temperatursensor gerichtet werden.
-
Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor eine Auffangwanne aufweist oder das Gehäuse zumindest bereichsweise als eine Auffangwanne geformt ist, die derart unterhalb des Temperatursensors angeordnet ist, dass das den Temperatursensor oder die Auffangvorrichtung anspritzende Kühlmedium in der Auffangwanne gesammelt werden kann, und wobei die Kühlvorrichtung fluidtechnisch mit der Auffangwanne verbunden ist.
-
Dementsprechend kann vorteilhafterweise das zur Messung der Temperatur des Rotors bzw. des diesen kühlenden Kühlmediums an die Kühlvorrichtung zur Wiederverwendung zurückgeführt werden. Dazu kann zwischen der Kühlvorrichtung und der Auffangwanne eine Rückführleitung angeordnet sein. Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise eine Kompressionskältemaschine oder eine Luftkühlung aufweisen, die das warme und in der Auffangwanne aufgefangene Kühlmedium vor dem erneuten Zuführen in den zumindest einen Kühlkanal kühlt.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Temperatursensor mittels eines thermisch entkoppelnden Elements, das insbesondere zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht, von dem Gehäuse thermisch entkoppelt ist.
-
Das thermisch entkoppelnde Element kann aus einem Kunststoff oder einem anderen bevorzugt thermisch isolierenden Material bestehen. Das thermisch entkoppelnde Element kann ein Befestigungselement sein, mittels dem der Temperatursensor an dem Gehäuse befestigt ist. Dadurch wird der Einfluss der Temperatur des Gehäuses auf die Messungen des Temperatursensors reduziert, sodass möglichst präzise Messungen ermöglicht werden.
-
Auch kann vorgesehen sein, dass der Temperatursensor ein NTC-Thermistor ist oder einen solchen aufweist. Es hat sich gezeigt, dass dieser besonders vorteilhaft in der Anwendung zur Messung der Temperatur des austretenden Kühlmediums ist.
-
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor derart eingerichtet ist, dass das Kühlmedium durch zumindest eine Öffnung einer Wuchtscheibe des Rotors in den zumindest einen Kühlkanal eingespritzt wird und/oder das Kühlmedium durch eine Welle des Rotors in den zumindest einen Kühlkanal zugeführt wird.
-
Durch beide Varianten wird das Kühlmedium zuverlässig dem zumindest einen Kühlkanal im Rotor zugeführt. Dabei kann der Rotor auch mehrere Kühlkanäle aufweisen, wobei nur aus einem oder einigen der mehreren Kühlkanäle Kühlmedium austritt, das von dem Temperatursensor gemessen wird. Ferner kann die Wuchtscheibe des Rotors mehrere Öffnungen aufweisen. Die eine Öffnung oder mehrere Öffnungen sind mit dem zumindest einen Kühlkanal fluidtechnisch verbunden.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs erwähnte Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
-
Demgemäß weist das Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung dieselben Vorteile wie der Elektromotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf und kann entsprechend die voranstehend beschriebenen Merkmale des Elektromotors aufweisen.
-
Das Kraftfahrzeug kann insbesondere ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb und Traktionsbatterie sein. Der Elektromotor kann also insbesondere Teil des Elektroantriebs des Kraftfahrzeugs sein. Das Kraftfahrzeug kann einen oder mehrere Elektromotoren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweisen.
-
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die eingangs erwähnte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Messen einer Temperatur eines aus zumindest einem Kühlkanal eines Rotors austretenden Kühlmediums in einem Elektromotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei die Temperatur des aus dem zumindest einen Kühlkanal austretenden Kühlmediums mittels des Temperatursensors direkt gemessen wird.
-
Demgemäß weist das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung dieselben Vorteile wie der Elektromotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf und kann entsprechend die voranstehend beschriebenen Merkmale des Elektromotors aufweisen.
-
Es kann vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner die Schritte aufweist: Versorgen des zumindest einen Kühlkanals mit dem Kühlmedium aus der Kühlvorrichtung, und, insbesondere unmittelbares, Anspritzen des Temperatursensors oder einer zu dem Temperatursensor führenden Auffangvorrichtung mit dem aus dem zumindest einen Kühlkanal austretenden Kühlmediums.
-
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
-
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Elektromotors nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Querschnittsansicht;
- 2 eine schematische Darstellung des Kühlmedienstroms in dem Elektromotor der 1; und
- 3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit dem Elektromotor aus den 1 und 2.
-
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt einen Elektromotor 1 für ein Kraftfahrzeug 40 (siehe 3). 1 zeigt dabei nur die obere Hälfte des Elektromotors 1 entlang einer Drehachse 5 einer Welle 11 des Elektromotors 1 in einer schematischen Darstellung. Die untere Hälfte des Elektromotors 1 kann bis auf die Kühlvorrichtung 3 und den Temperatursensor 30 symmetrisch zu der oberen Hälfte ausgeführt sein.
-
Der Elektromotor 1 ist vorliegend Teil eines Elektroantriebs des Kraftfahrzeugs 40, das insoweit als ein Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Der Elektromotor 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das den Rotor 10 umgibt. Das Gehäuse 2 umgibt zudem auch den Stator 20, der um den Rotor 10 herum drehfest an dem Gehäuse 2 angeordnet ist.
-
Der Rotor 10 ist mit einer sich um die Drehachse 5 drehenden Welle 11 ausgestattet. Ferner verfügt der Rotor 10 über ein Blechpaket 12, das um die Welle 11 herum angeordnet ist. An jeder der Längsendseiten des Blechpakets 12 ist jeweils eine Wuchtscheibe 14, 15 angeordnet.
-
In dem Blechpaket 12 ist ein Kühlkanal 13 zur Führung eines Kühlmediums 4 ausgebildet. Alternativ können mehrere Kühlkanäle 13 in dem Blechpaket 12 ausgebildet werden, um die Kühlung des Rotors 10 bzw. des Blechpakets 12 zu vergleichmäßigen.
-
Der Rotor 10 weist ferner eine Kühlvorrichtung 3 auf, die das kalte Kühlmedium 4 an einer ersten Öffnung 16 der ersten Wuchtscheibe 14 der beiden Wuchtscheiben 14, 15 bereitstellt. Die Kühlvorrichtung 3 ist hier an dem Gehäuse 2 befestigt gezeigt, kann jedoch alternativ auch anderweitig in dem Elektromotor 1 angebracht sein.
-
Die Kühlvorrichtung 3 spritzt das Kühlmedium 4 auf die erste Wuchtscheibe 14 und in die erste Öffnung 16 hinein. Die erste Öffnung 16 der ersten Wuchtscheibe 14 ist fluidtechnisch mit dem Kühlkanal 13 verbunden, sodass das Kühlmedium 4 den Kühlkanal 13 durchströmt. Dadurch gelangt das Kühlmedium 4 zu der zweiten Wuchtscheibe 15 der beiden Wuchtscheiben 14, 15, die sich auf der anderen Längsendseite des Blechpakets 12 bzw. gegenüber von der ersten Wuchtscheibe 14 befindet.
-
In der zweiten Wuchtscheibe 15 ist eine zweite Öffnung 17 angeordnet. Aus dieser zweiten Öffnung 17 kann das Kühlmedium 4 nach seiner Erwärmung in dem Rotor 10 austreten. Es können mehrere zweite Öffnungen 17 in dem Rotor 10 eingebracht sein, aus denen das Kühlmedium 4 austreten kann.
-
Die zweite Öffnung 17 ist in Richtung auf eine Wandung des Gehäuses 2, insbesondere auf einen daran angebrachten Temperatursensor 30, ausgerichtet. Durch die zweite Öffnung 17 verlässt das Kühlmedium 4 den Rotor 10 und spritzt den Temperatursensor 30 unmittelbar an. Der Temperatursensor 30 kann so direkt die Temperatur des aus dem Rotor 10 austretenden Kühlmediums 4 messen. Dies erlaubt eine sehr hohe Präzision der Temperaturmessung und eine genaue Bestimmung der Rotortemperatur des Rotors 10.
-
Um den Temperatursensor 30 sicher zu treffen und um kein Kühlmedium 4 bei der Drehung des Rotors 10 in nicht erwünschte Bereiche des Elektromotors 1 zu spritzen, ist vorliegend eine trichterförmige Auffangvorrichtung 32 um den Temperatursensor 30 herum angeordnet. Die trichterförmige Auffangvorrichtung 32 fängt das auf den Temperatursensor 30 gerichtet aus der zweiten Öffnung 17 austretende Kühlmedium 4 auf und leitet es unmittelbar an den Temperatursensor 30 zur direkten Temperaturmessung weiter.
-
Der Temperatursensor 30 ist mittels eines thermisch entkoppelnden Elements 31 thermisch von dem Gehäuse 2 isoliert. Vorliegend ist das thermisch entkoppelnde Element 31 aus einem Kunststoff ausgebildet, um einerseits kostengünstig zu sein und andererseits eine gute thermische Isolation gegen das Gehäuse 2 bereitzustellen. Ferner ist das thermisch entkoppelnde Element 31 zugleich als ein Befestigungselement ausgebildet, mittels dem der Temperatursensor 30 an dem Gehäuse 2 befestigt ist.
-
Neben der zweiten Öffnung 17 können weitere radiale Öffnungen, die hier nicht gezeigt sind, und auf nicht gezeigte Wickelköpfe des Elektromotors 1 gerichtet sind, in der zweiten Wuchtscheibe 15 ausgebildet sein. Mittels derartiger radialer Öffnungen ist eine Kühlung mittels des Kühlmediums 4 auch der Wickelköpfe oder anderer Komponenten des Elektromotors 1 möglich. In jedem Falle genügt es bereits, einen nur geringfügigen Teil des Kühlmediums 4 von dem zumindest einen Kühlkanal 13 auf den Temperatursensor 30 auszurichten.
-
2 zeigt schematisch den Strom des Kühlmediums 4 durch den Elektromotor 1 bzw. durch seine Komponenten oder an seinen Komponenten entlang.
-
Zunächst tritt das mittels der Kühlvorrichtung 3 gekühlte Kühlmedium 4 in den Rotor 10 ein. Dort wird es erwärmt und in Richtung auf den Temperatursensor 30 gespritzt. Der Temperatursensor 30 misst die Temperatur des Kühlmediums 4, woraus sich direkt Rückschlüsse auf die Temperatur des Rotors 10 bzw. des Blechpakets 12 ziehen lassen.
-
Von dem Temperatursensor 30 strömt das Kühlmedium 4, beispielsweise entlang einer Wandung des Gehäuses 2, in eine Auffangwanne 6 des Elektromotors 1, die unterhalb des Rotors 10 angeordnet sein kann und beispielsweise auch als Ausformung des Gehäuses 2 gebildet sein kann.
-
Von der Auffangwanne 6 wird das Kühlmedium 4 in die Kühlvorrichtung 3 zurückgeführt und dort gekühlt. Das abgekühlte Kühlmedium 4 kann dann wieder dem Rotor 10 zum Kühlen zugeführt werden.
-
3 zeigt das Kraftfahrzeug 40 mit dem Elektromotor 1. Das Kraftfahrzeug 40 ist als Elektrofahrzeug ausgebildet, wobei der Elektromotor 1 Teil des Elektroantriebs des Kraftfahrzeugs 40 ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Elektromotor
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kühlvorrichtung
- 4
- Kühlmedium
- 5
- Drehachse
- 6
- Auffangwanne
- 10
- Rotor
- 11
- Welle
- 12
- Blechpaket
- 13
- Kühlkanal
- 14
- erste Wuchtscheibe
- 15
- zweite Wuchtscheibe
- 16
- erste Öffnung
- 17
- zweite Öffnung
- 20
- Stator
- 30
- Temperatursensor
- 31
- thermisch entkoppelndes Element
- 32
- Auffangvorrichtung
- 40
- Kraftfahrzeug
-
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
-
- DE 102012202938 A1 [0004]
