DE102021105084A1

DE102021105084A1 - Systeme und verfahren zur bereitstellung einer direkten spritzkühlung in einem elektrischen motor

Info

Publication number: DE102021105084A1
Application number: DE102021105084.7A
Authority: DE
Inventors: Louis Lambourg
Original assignee: Dana Belgium NV
Current assignee: Dana Belgium NV
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2021-03-03
Publication date: 2021-09-09
Also published as: US11881757B2; US20240072610A1; US20220302796A1; CN216146172U; US11431227B2; US20210281148A1

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für die Bereitstellung einer Kühlung an einem elektrischen Motor über direkte Spritzkühlung angegeben. In einem Beispiel kann ein System aufweisen: eine Welle, die eine axial darin verlaufende Ölleitung und eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, die eine Fluidkopplung der Ölleitung mit einer Außenfläche der Welle herstellen; einen Rotor, der koaxial zu der Welle positioniert ist, wobei ein Innendurchmesser des Rotors größer ist als ein Außendurchmesser der Welle; und eine gasgefüllte Kammer, die von einer inneren Oberfläche des Rotors und der Außenfläche der Welle begrenzt wird, wobei die Mehrzahl von Öffnungen eine Fluidkopplung der gasgefüllten Kammer mit der Ölleitung herstellen und ein Druck in der gasgefüllten Kammer niedriger ist als ein Öldruck in der Ölleitung.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zur Bereitstellung einer Ölkühlung in einem elektrischen Motor.
HINTERGRUND & ABRISS
Ein elektrischer Motor kann betrieben werden, um durch Umwandeln von elektrischer Energie in mechanische Energie über eine Wechselwirkung zwischen einem Rotor und einem Stator ein Drehmoment um eine Welle zu produzieren. Zum Beispiel kann die Bereitstellung elektrischer Leistung an einem elektrischen Motor ein elektromagnetisches Feld produzieren, was bewirken kann, dass sich ein Rotor (z.B. ein Element, das sich frei um eine Achse bewegen kann) relativ zu einem Stator (z.B. einem Element, das stationär gehalten wird) dreht. In manchen Beispielen kann der Rotor Dauermagnete und/oder magnetische Spulenwicklungen aufweisen, um ein Magnetfeld zu erzeugen, und der Stator kann einen Strom transportieren, der mit dem Magnetfeld des Rotors wechselwirkt. In manchen Beispielen kann ein elektrischer Motor verwendet werden, um eine Last anzutreiben. Zum Beispiel kann ein elektrischer Motor in ein Fahrzeugsystem integriert sein und kann verwendet werden, um das Fahrzeug teilweise oder vollständig mit Leistung zu versorgen. Als anderes Beispiel kann ein elektrischer Motor als Generator wirken und kann mit einer Leistungsspeichervorrichtung gekoppelt sein.
Jedoch können elektrische Motoren während des Betriebs eine erhöhte Temperatur erfahren. In manchen Beispielen kann eine Temperatur eines elektrischen Motors eine Schwellentemperatur für den elektrischen Motor überschreiten. Zum Beispiel kann die Schwellentemperatur für den elektrischen Motor ein Temperaturschwellenwert für eine Komponente des elektrischen Motors sein, oberhalb von dem eine Verschlechterung der Komponente auftreten kann. Zum Beispiel kann ein Betrieb oberhalb der Schwellentemperatur des elektrischen Motors eine Komponente des elektrischen Motors verschlechtern, was eine Motorleistung herabsetzen kann. Ferner kann ein Betrieb des elektrischen Motors oberhalb der Schwellentemperatur in manchen Beispielen eine Effizienz des elektrischen Motors herabsetzen.
Andere Versuche, eine Kühlung von elektrischen Motoren zu schaffen, schließen die Bereitstellung eines Kühlmantels zur Senkung von Motortemperaturen ein. Eine Beispielsmethode wird von Masoudipour et al. in U.S. US 7,675,209 B2 gezeigt. Dort ist ein elektrischer Motor mit einem Kühlmantel versehen, der eine wasserdichte, hohle zylindrische Manschette aufweist, die den elektrischen Motor umgibt. Ein Durchlass für Kühlfluid kann innerhalb der zylindrischen Manschette positioniert sein, so dass der Kühlmantel Kühlung für den elektrischen Motor bereitstellt. Jedoch haben die Erfinder mögliche Probleme mit solchen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann ein Kühlmantel ein Gewicht eines elektrischen Motors erhöhen und kann somit für Anwendungen, wo das Gewicht wesentlich ist, nicht umsetzbar sein. Als weiteres Beispiel könnte ein Kühlmantel Kühlung an einer Außenfläche des elektrischen Motors bereitstellen, könnte aber interne Komponenten, wie etwa einen internen Rotor und eine Rotorwelle, nicht effektiv kühlen.
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein System für eine Rotorbaugruppe eines elektrischen Motors gelöst werden, das umfasst: eine Welle, die eine axial darin verlaufende Ölleitung und eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, die eine Fluidkopplung der Ölleitung mit einer Außenfläche der Welle herstellen; einen Rotor, der koaxial zu der Welle positioniert ist, wobei ein Innendurchmesser des Rotors größer ist als ein Außendurchmesser der Welle; und eine gasgefüllte Kammer, die von einer Innenfläche des Rotors und der Außenfläche der Welle begrenzt wird, wobei die Mehrzahl von Öffnungen eine Fluidkopplung der gasgefüllten Kammer mit der Ölleitung herstellen und ein Druck in der gasgefüllten Kammer niedriger ist als ein Öldruck in der Ölleitung. Auf diese Weise kann eine Temperatur eines elektrischen Motors während eines Motorbetriebs ohne Hinzufügen eines Kühlmantels oder Gebläses gesenkt werden, was eine Leistung des elektrischen Motors erhöht, ohne ein Gewicht oder eine Komplexität des Motors zu erhöhen. Als weiteres Beispiel kann eine direkte Spritzkühlung in Kombination mit einem Kühlmantel verwendet werden, was ein an dem elektrischen Motor bereitgestelltes Maß an Kühlung in Bezug auf den Kühlmantel allein erhöhen kann.
Als ein Beispiel kann als Reaktion darauf, dass der Druck des Gases in der gasgefüllten Kammer niedriger ist als der Öldruck in der Ölleitung, Öl aus der Ölleitung durch die Mehrzahl von Öffnungen in die gasgefüllte Kammer spritzen und kann auf einer Innenfläche des Rotors auftreffen, wobei die Innenfläche des Rotors eine Mehrzahl von Rotorblechen aufweist, wobei die Mehrzahl von Rotorblechen in direktem Kontakt mit dem verspritzten Öl stehen. Wenn der Öldruck in der Ölleitung in Bezug auf den Gasdruck in der gasgefüllten Kammer hoch ist, kann dieser Druckunterschied bewirken, dass Öl schnell aus der Mehrzahl von Löchern strömt, so dass Öl direkt auf eine innere Oberfläche des Rotors spritzt. Zum Beispiel kann der Rotor fest mit einer Rotornabe gekoppelt sein, die sich axial durch ihn hindurch erstreckt, wobei die Rotornabe fest mit der Welle gekoppelt ist, und ein Außendurchmesser der Rotornabe einem Innendurchmesser des Rotors ungefähr gleich ist. Genauer kann die Rotornabe ein zylindrischer Käfig sein und kann dem Rotor strukturelle Stützung bereitstellen und kann eine Bewegung des Rotors mit einer Bewegung der Rotorwelle koppeln. Zum Beispiel beinhaltet eine Drehung des Rotors mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit ferner eine Drehung der Rotornabe mit der ersten Winkelgeschwindigkeit und eine Drehung der Rotorwelle mit der ersten Winkelgeschwindigkeit. Daher kann eine Drehung des Rotors durch Magnetkräfte bewirken, dass sich die Rotorwelle dreht, was Leistung erzeugt, um eine Last, die mechanisch mit dem elektrischen Motor gekoppelt ist, anzutreiben.
Als weiteres Beispiel umfasst die Rotornabe eine erste Endkappe, eine zweite Endkappe und eine Mehrzahl von Stützstäben, wobei jeder von den Stützstäben mit der ersten Endkappe und der zweiten Endkappe gekoppelt ist, so dass die Rotornabe einen zylindrischen Käfig bildet. Ferner können sowohl die erste Endkappe als auch die zweite Endkappe eine Mehrzahl von Ablaufschlitzen aufweisen, wobei jeder von der Mehrzahl von Ablaufschlitzen eine Fluidkopplung der gasgefüllten Kammer mit einer externen Ölleitung herstellt. Zum Beispiel kann eine Mehrzahl von Ablaufschlitzen in der ersten Endkappe und der ersten Endkappe zulassen, dass Öl aus der gasgefüllten Kammer strömt. Zum Beispiel kann Öl, nachdem das Öl in die gasgefüllte Kammer gespritzt wurde und auf die Innenfläche des Rotors trifft, beispielsweise durch die Mehrzahl von Ablaufschlitzen in einen externen Ölsumpf strömen. In einem anderen Beispiel kann Öl durch die Mehrzahl von Ablaufschlitzen aus der gasgefüllten Kammer strömen und aufgrund von Fliehkräften, die durch die Drehung des Rotors erzeugt werden, zu den Endwicklungen eines Stators umgelenkt werden. Zum Beispiel kann Öl über ein Ölkühlsystem, das über das mindestens eine Rohr und mindestens ein Ventil mit dem elektrischen Motor gekoppelt ist, an der Ölleitung bereitgestellt werden. Somit kann Öl in das Ölkühlsystem zurückkehren, nachdem es durch die Mehrzahl von Ablaufschlitzen aus der gasgefüllten Kammer geströmt ist. Ferner kann die Innenfläche des Rotors in manchen Beispielen eine Mehrzahl von Stiftkühlkörpern aufweisen. Zum Beispiel kann die Mehrzahl von Stiftkühlkörpern die Größe einer Oberfläche der Innenfläche des Rotors vergrößern, so dass Öl über eine größere Oberfläche gespritzt werden kann, um die Kühlung zu verstärken.
Auf diese Weise kann eine Temperatur eines elektrischen Motors während eines Motorbetriebs gesenkt werden. Durch Senken der Temperatur des elektrischen Motors über direkte Spritzkühlung während eines Motorbetriebs kann der elektrische Motor effizienter oder mit höherer Ausgangsleistung arbeiten, und weniger Reparaturen können aufgrund von Komponentenverschlechterung erforderlich sein. Zum Beispiel kann eine Senkung einer Temperatur eines elektrischen Motors während eines Betriebs eine Effizienz und/oder eine maximale Leistungsausgabe des elektrischen Motors erhöhen.
Es sei klargestellt, dass der obige Abriss dafür vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben sind. Er soll nicht dazu dienen, die wichtigen oder essentiellen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu bezeichnen, dessen Schutzumfang durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die alle vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile beheben.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Skizze eines Leistungserzeugungssystems, das einen elektrischen Motor und ein Ölkühlmittelsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst.
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines elektrischen Motors, der ein direktes Spritzkühlungssystem zum Senken einer Temperatur des elektrischen Motors aufweist.
3 zeigt eine partielle Querschnittsansicht des elektrischen Motors von 2.
4 zeigt eine Ansicht einer Rotornabe des elektrischen Motors von 2.
5 zeigt eine Ansicht einer Rotorklemmplatte des elektrischen Motors von 2.
6 zeigt eine Ansicht einer Rotorwelle des elektrischen Motors von 2.
7 zeigt eine partielle Querschnittsansicht des elektrischen Motors von 2 einschließlich eines Ölströmungswegs.
8 zeigt eine erste schematische Abbildung einer Rotorbaugruppe eines elektrischen Motors einschließlich einer direkten Spritzkühlung.
9 zeigt eine zweite schematische Abbildung einer Rotorbaugruppe eines elektrischen Motors einschließlich einer direkten Spritzkühlung.
10 zeigt ein Ablaufschema, das ein Beispiel für ein Verfahren zur Bereitstellung einer direkten Spritzkühlung an einem elektrischen Motor eines Leistungserzeugungssystems darstellt.
11 zeigt ein Beispiel für eine vorausgesehene Zeitachse für einen Betrieb eines Leistungserzeugungssystems einschließlich eines elektrischen Motors mit direkter Spritzkühlung.
2-7 sind annähernd maßstabgerecht gezeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zur Bereitstellung einer direkten Spritzkühlung an einem elektrischen Motor. Zum Beispiel kann der elektrische Motor in einem Leistungserzeugungssystem enthalten sein, wie in 1 gezeigt, und das Leistungserzeugungssystem kann ferner ein Ölkühlmittelsystem aufweisen. Der elektrische Motor kann gestaltet sein wie in 2-7 gezeigt, einschließlich eines inneren Rotors, eines äußeren Stators, einer Rotornabe, einer Rotorklemmplatte und einer Rotorwelle, die eine Mehrzahl von Ölspritzlöchern aufweist. Ferner kann der elektrische Motor eine Mehrzahl von Schlitzen für eine Ölableitung aufweisen, wie in dem Ölströmungsweg von 7 gezeigt ist. 8 und 9 zeigen schematische Ansichten eines Ölströmungswegs während eines Betriebs des elektrischen Motors mit direkter Spritzkühlung. Für einen elektrischen Motor in einem Leistungserzeugungssystem kann somit Öl aus einem Kühlmittelsystem durch eine Mehrzahl von Ölspritzlöchern auf eine innere Oberfläche des elektrischen Motors gepumpt werden, und Öl kann durch eine Mehrzahl von Schlitzen abgelassen werden, wie im Verfahren 1000 von 10 gezeigt. Ferner ist in 11 ein Beispiel für eine vorausgesehene Zeitachse für einen Betrieb eines Leistungserzeugungssystems zur Bereitstellung einer direkten Spritzkühlung an einem elektrischen Motor gezeigt.
Betrachtet man nun die Figuren, so zeigt 1 ein Beispielssystem 100 einschließlich eines elektrischen Motors 104 und eines Kühlmittelsystems zum Kühlen des elektrischen Motors. Wie abgebildet, weist das System 100 einen elektrischen Motor 104 ein, der ein Wechsel- oder Gleichstrommotor sein kann, der durch Manipulieren eines elektromagnetischen Feldes ein Drehmoment um eine Welle 128 erzeugt. Das System 100 kann beispielsweise ein Leistungserzeugungssystem zur Erzeugung elektrischer Leistung sein. Als Beispiel kann ein System 100 in einem Fahrzeugsystem enthalten sein und kann an einer oder mehreren Lasten elektrische Leistung bereitstellen. Als anderes Beispiel kann das System 100 ein stationäres Leistungserzeugungssystem sein. Genauer kann der elektrische Motor 104 von einem elektrischen System 106 mit Leistung versorgt werden. In manchen Beispielen kann das elektrische System 106 eine Batterie, eine Steckdose, ein Generator oder irgendeine andere Quelle für elektrischen Strom sein. Ferner kann der elektrische Motor 104 eine Last 108 über eine Welle 128 antreiben. Zum Beispiel kann es sich bei der Last um Räder eines Fahrzeugs, ein Gebläse oder eine Pumpe handeln und sie kann mechanisch mit einer Welle 128 gekoppelt sein. In manchen Beispielen kann die Welle 128 direkt mit der Last 108 gekoppelt sein, während die Welle 128 in anderen Beispielen nicht direkt mit der Last 108 gekoppelt sein könnte. Zum Beispiel kann die Welle 128 mit einer Kupplung oder einem Getriebe verbunden sein, die bzw. das mit einer Last 108 gekoppelt sein kann. In manchen Beispielen kann ein elektrischer Motor 104 von einer Steuereinrichtung 12 gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung durch Variieren eines elektrischen Stroms, der von dem elektrischen System 106 bereitgestellt wird, die Drehzahl des elektrischen Motors erhöhen oder senken.
Wie in 1 abgebildet ist, kann das System 100 ferner ein Ölkühlungssystem 150 aufweisen, das eine Ölkühlung an dem elektrischen Motor 104 bereitstellen kann, um eine Temperatur des elektrischen Motors 104 zu senken. Das Ölkühlungssystem 150 lässt Kühlmittel durch den elektrischen Motor 104 zirkulieren, um Abwärme zu absorbieren und das erwärmte Kühlmittel auf einen Wärmetauscher, wie etwa einen Kühlkörper 114 (z.B. einen Kühlkörperwärmetauscher) zu verteilen. Das Kühlsystem 150 wird hierin als Ölkühlungssystem beschrieben, das Öl als Kühlmittel zirkulieren lässt; jedoch kann das Kühlungssystem 150 in anderen Beispielen andere geeignete dielektrische Kühlmittel, wie etwa ein Frostschutzmittel, umwälzen. Ein Gebläse 116 kann mit dem Kühlkörper 114 gekoppelt sein, um einen Luftstrom durch den Kühlkörper 114 aufrechtzuerhalten. In manchen Beispielen kann eine Gebläsedrehzahl von der Steuereinrichtung 12 gesteuert werden. Kühlmittel, das von dem Kühlkörper 114 gekühlt wird, kann in einen Tank (nicht gezeigt) gelangen. Das Kühlmittel kann dann von einer Kühlmittelpumpe 112 zurück zu dem elektrischen Motor oder zu einer anderen Komponente des Systems gepumpt werden. Wie in 1 gezeigt ist, kann Kühlmittel durch eine Kühlmittelleitung 122 aus dem Kühlkörper 114 zu der Pumpe 112 strömen; Kühlmittel kann durch eine Kühlmittelleitung 124 aus der Pumpe 112 zu dem elektrischen Motor 104 strömen, wenn das Ventil 126 offen ist; Kühlmittel kann durch eine Kühlmittelleitung 120 aus einem Kühlmittelsumpf des elektrischen Motors 104 zurück zu dem Kühlkörper 114 strömen. Wenn das Kühlmittel zu dem Kühlkörper 114 zurückkehrt, kann der Kühlkörper eine Temperatur des Kühlmittels vor der Rückführung senken. Auf diese Weise kann ein Kühlsystem 150 ein Kühlmittel (z.B. Öl) an dem elektrischen Motor 104 bereitstellen.
Ferner kann eine Position eines Kühlmittelventils 126 bestimmen, ob ein Kühlmittel von der Pumpe 112 zu dem elektrischen Motor 104 strömt, so dass das Kühlmittel nur von der Pumpe 112 zu dem elektrischen Motor 104 strömen kann, wenn das Kühlmittelventil 126 eine offene Position einnimmt, und nicht von der Pumpe 112 zu dem elektrischen Motor 104 strömen kann, wenn das Kühlmittelventil 126 eine geschlossene Position einnimmt. Die Position des Kühlmittelventils 126 kann von der Steuereinrichtung 12 gesteuert werden. Als Beispiel kann die Steuereinrichtung 12 die Position des Kühlmittelventils 126 auf Basis eines Ölkühlungsbedarfs des elektrischen Motors 104 anpassen. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 12 das Kühlmittelventil 126 auf Basis des Ölkühlungsbedarfs auf eine weiter offene Position anpassen, während die Steuereinrichtung das Kühlmittelventil 126 auf eine weiter geschlossene Position anpassen kann, wenn kein Ölkühlungsbedarf besteht.
Die Steuerung 12 kann dafür ausgelegt sein, verschiedene Komponenten zu steuern, die mit dem elektrischen Motor 104 in Zusammenhang stehen. Wie in 1 gezeigt ist, ist die Steuereinrichtung 12 in 1 als Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse 134, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme (z.B. ausführbare Befehle) und Kalibrierungswerte einschließt, das, in diesem speziellen Beispiel, als nicht-flüchtiger Read-only-Speicherchip 136, als Random-Access-Speicher 138, als Keep-alive-Speicher 110 und als Datenbus gezeigt ist. Die Steuereinrichtung 12 kann verschiedene Signale von Sensoren, die mit dem elektrischen Motor 104 und anderen Komponenten des Motorsystems 100 gekoppelt sind, empfangen, einschließlich der Signale, die bereits erörtert wurden, und zusätzlich einschließlich eines Messwerts einer Öltemperatur von einem Temperatursensor 132, der mit der Pumpe 112 gekoppelt ist; und eine Motortemperatur von einem Temperatursensor 130, der mit dem elektrischen Motor 104 gekoppelt ist. Die Steuereinrichtung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren von 1 und verwendet die verschiedenen Stellglieder von 1, um einen Betrieb auf Basis der empfangenen Signale und Befehle, die auf einem Speicher der Steuereinrichtung gespeichert sind, anzupassen. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 12 nach dem Empfang von Signalen von den verschiedenen Sensoren eine Ölkühlung des elektrischen Motors 104 initiieren, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 10 näher beschrieben wird.
Manche elektrischen Motoren können über eine Reihe von Kühlkanälen gekühlt werden, die mindestens eine Komponente des elektrischen Motors (z.B. einen Kühlmantel) umringen. Zum Beispiel kann eine Reihe von Kühlkanälen ein Außengehäuse eines elektrischen Motors umringen, und Kühlmittel kann auf Basis einer Temperatur des elektrischen Motors durch die Reihe von Kühlkanälen strömen gelassen werden. Jedoch können solche Lösungen aufgrund des zusätzlichen Materials, das für die Bereitstellung der Kühlkanäle erforderlich ist, ein Gewicht und eine Komplexität eines elektrischen Motors erhöhen. Ferner kann die Einbeziehung der Reihe von Kühlkanälen Herstellungskosten eines elektrischen Motors erhöhen. Außerdem kann eine Ölkühlung über eine Reihe von Kühlkanälen eine Verzögerung zwischen einer Forderung nach Ölkühlung und einer Senkung der Temperatur des elektrischen Motors durchmachen. In einem Beispiel geht die vorliegende Offenbarung die oben beschriebenen Probleme mit einem elektrischen Motor an, der eine direkte Spritzkühlung mit Öl aufweist. Genauer schließt die vorliegende Offenbarung einen elektrischen Motor mit in einer Welle des elektrischen Motors angeordneten Ölkanälen ein, die eine direkte Bespritzung von Komponenten des elektrischen Motors, wie etwa Rotorbleche, mit Öl ermöglichen, um eine Kühlung bereitzustellen. Ein solches Kühlverfahren wird hierin als direkte Spritzkühlung bezeichnet. Man beachte, dass in manchen Beispielen ein Kühlmantel in Kombination mit direkter Spritzkühlung verwendet werden kann, um eine Temperatur eines elektrischen Motors zu senken. Wenn beispielsweise ein Stator des elektrischen Motors hohen Belastungen mit elektrischem Strom von einem Wechselrichter ausgesetzt wird, dann kann ein Kühlmantel verwendet werden, um eine Temperatur des Stators zu senken, während direkte Spritzkühlung verwendet wird, um eine Temperatur eines Rotors zu senken.
Nun werden 2-7 betrachtet, wo Ansichten von Beispielen eines elektrischen Motors 201 mit Ölkühlung gezeigt sind. 2-7 werden gemeinsam beschrieben, wobei gleiche Komponenten gleiche Nummern haben und zwischen den Figuren nicht mehrfach vorgestellt werden. Ferner zeigen 2-7 Beispiele für Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn gezeigt ist, dass diese Elemente einander direkt berühren oder direkt gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als einander direkt berührend bzw. als direkt gekoppelt bezeichnet werden. Ebenso können Elemente, die aneinander angrenzend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in zumindest einem Beispiel aneinander angrenzend bzw. zueinander benachbart sein. Beispielsweise können Komponenten, die in einem Flächenkontakt miteinander stehen, als in Flächenkontakt stehend bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die nur über einen Zwischenraum voneinander getrennt und ohne andere Komponenten dazwischen positioniert sind, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über- bzw. untereinander, auf einander entgegengesetzten Seiten oder links bzw. rechts voneinander gezeigt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, in mindestens einem Beispiel ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements „an der Oberseite“ der Komponente liegend bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als „an der Unterseite“ der Komponente liegend bezeichnet werden. Wie hierin verwendet, können an der Oberseite/Unterseite, obere/untere, oberhalb/unterhalb relativ zu einer vertikalen Achse der Figuren sein und zur Beschreibung des Positionierens von Elementen der Figuren relativ zueinander verwendet werden. Daher sind in einem Beispiel Elemente, die oberhalb von anderen Elementen gezeigt sind, vertikal über den anderen Elementen positioniert. Ferner sind in 2-7 jeweils Bezugsachsen 299 enthalten, um die Ansichten und relativen Ausrichtungen, die nachstehend beschrieben werden, vergleichen zu können. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die innerhalb der Figuren abgebildet sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (z. B. als rund, gerade, eben, gewölbt, abgerundet, gefast, abgewinkelt oder Ähnliches). Ferner können Elemente, die einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als schneidende Elemente oder als einander schneidend bezeichnet werden. Ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt wird, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden. 2-7 sind ungefähr maßstabgerecht gezeichnet. aber es können auch andere Abmessungen oder relative Dimensionen verwendet werden.
Zunächst wird 2 betrachtet, wo eine detaillierte Querschnittsansicht 200 des elektrischen Motors 201 gezeigt ist. In manchen Beispielen kann der elektrische Motor 201 der elektrische Motor 104 von 1 sein. Die Ansicht 200, die in 2 gezeigt ist, ist eine isometrische Querschnittsansicht eines elektrischen Motors 201 mit einer zentralen Drehachse 298 des elektrischen Motors, die zu der z-Achse von den Bezugsachsen 299 parallel ist. Zum Beispiel kann die zentrale Achse 298 die zentrale Drehachse des elektrischen Motors 201 darstellen, wie in 2 gezeigt ist. Ferner wird die Querschnittsansicht von 2 von einem axialen Schnitt in der y-z-Ebene definiert, wie von den Bezugsachsen 299 angegeben, um ein Inneres des elektrischen Motors 201 zeigen zu können. Die axiale Schnittebene teilt den elektrischen Motor 201 in zwei Hälften.
Wie gezeigt, umfasst der elektrische Motor 201 einen Rotor 206, einen Stator 204 und eine Rotorwelle 202. Der Stator 204 ist beispielsweise eine stationäre Komponente des elektrischen Motors 201 mit Endwicklungen 212. Der Stator 204 kann ein hohles Rohr sein, das andere Komponenten des elektrischen Motors umschließt, und der Rotor 206 kann sich relativ zu dem Stator 204 drehen, um mechanische Leistung an die damit gekoppelte Last abzugeben. Der Rotor 206 ist ein hohles Rohr, das mit dem Stator 204 konzentrisch ist, das so bemessen ist, dass der Außenradius des Rotors 206 kleiner ist als der Innenradius des Stators 204, so dass der Rotor vollständig im Inneren des Stators 204 aufgenommen ist. Der Rotor 206 ist fest an einer Rotornabe 208 montiert, die detaillierter in 4 gezeigt ist und nachstehend beschrieben wird. Eine Zentralachse von sowohl dem Rotor 206 als auch dem Stator 204, der Rotornabe 208 und der Rotorwelle 202 ist kollinear mit der Achse 298. Ferner ist die Rotornabe 208 fest an der Rotorwelle 202 fixiert, so dass die Drehung des Rotors 206 direkt bewirken kann, dass der sich die Rotornabe 208 und die Rotorwelle 202 um die zentrale Achse 298 drehen. Die Rotorwelle 202 kann ein teilweise hohles Rohr sein, das eine Ölleitung 218 und eine Mehrzahl von Löchern 214 aufweist. Ein Luftspalt 220 wird von einem inneren Hohlraum zwischen einer Außenfläche der Rotorwelle 202 und einer Innenfläche des Rotors 206 definiert. Zum Beispiel kann der Luftspalt 220 ein innerer Hohlraum des elektrischen Motors 201 sein und kann über die Mehrzahl von Löchern 214 eine Fluidkopplung mit der Ölleitung 218 aufweisen. Genauer kann die Ölleitung 218 eine Ölkühlung an dem elektrischen Motor bereitstellen. Zum Beispiel kann eine Pumpe (wie z.B. eine Pumpe 112 von 1) Öl in die Ölleitung (z.B. die Ölleitung 218) pumpen, und Öl kann aufgrund eines Druckunterschieds zwischen der Ölleitung und dem Luftspalt des elektrischen Motors durch die Mehrzahl von Löchern 214 auf eine Innenfläche des elektrischen Motors (z.B. auf Rotorbleche) spritzen. In anderen Beispielen kann Öl aufgrund eines Druckunterschieds zwischen der Ölleitung und dem Luftspalt des elektrischen Motors, der durch Fliehkräfte aufgrund einer Drehung des Motors erzeugt werden, durch die Mehrzahl von Löchern 214 auf die Innenfläche des elektrischen Motors spritzen.
Es wird kurz auf 6 übergegangen, wo eine isolierte Ansicht 600 der Rotorwelle 202 gezeigt ist. Die Rotorwelle 202 kann ein hohles Rohr sein, das von einer Außenfläche 602 und einer inneren Oberfläche 604 und einer Ölleitung 218 definiert wird. Zum Beispiel kann die Ölleitung 218 ein innerer Hohlraum der Rotorwelle 202 sein. Wie oben ausgeführt wurde, kann die Rotorwelle 202 ferner die Mehrzahl von Löchern 214 aufweisen, die eine Fluidkopplung der Ölleitung 218 mit dem Luftspalt 220 des elektrischen Motors 201 herstellen können. Während mancher Motorbetriebsbedingungen kann ein Druck der Ölleitung 218 anders sein als ein Druck des Luftspalts 220, wodurch ein Druckunterschied zwischen der Ölleitung 218 und dem Luftspalt 220 gebildet wird. Die Rotorwelle 202 weist ferner einen ersten Schlitz 608 und einen zweiten Schlitz 610 auf, die mit einem Abstandhalter 222 und einem Abstandhalter 224, die in 2 gezeigt sind, in Eingriff stehen. Wie in 6 gezeigt ist, kann jedes von der Mehrzahl von Löchern 214 an ein und derselben axialen Stelle der Rotorwelle 202 (z.B. ein und derselben Position auf der z-Achse von den Bezugsachsen 299) um die Rotorwelle 202 herum angeordnet sein. Jedoch kann die Mehrzahl von Löchern in anderen Beispielen an mehr als einer Position in Bezug auf die z-Achse positioniert sein. Zum Beispiel kann jedes von der Mehrzahl von Löchern 214 so positioniert sein, dass es Ölspritzer an einer gewünschten Stelle bereitstellt. Zum Beispiel kann ein erster Teil von der Mehrzahl von Löchern 214 so positioniert sein wie in 6 gezeigt, um eine Kühlung an einem mittleren Abschnitt des elektrischen Motors 201 bereitzustellen, während ein zweiter Teil von der Mehrzahl von Löchern 214 an einer anderen Position in Bezug auf die z-Achse positioniert sein kann, um eine Kühlung an einer anderen Stelle des elektrischen Motors 201 bereitzustellen.
Betrachtet man nun wieder 2, so kann eine erste Klemmplatte 210, die detaillierter in der Ansicht 500 von 5 gezeigt ist und nachstehend beschrieben wird, den Rotor 206 an einem ersten Ende des Motors fest mit der Rotornabe 208 verkoppeln, und eine zweite Klemmplatte 211 kann den Rotor 206 an einem zweiten Ende des Motors fest an der Rotornabe 208 halten. Diese feste Koppelung kann von einem ersten Abstandhalter 222, der einen Verriegelungsmechanismus zwischen der Rotorwelle 202, der Rotornabe 208 und der Klemmplatte 210 bereitstellen kann, und von einem zweiten Abstandhalter 224, der eine Verbindung zwischen der Rotorwelle 202, der Rotornabe 208 und der zweiten Klemmplatte 211 bereitstellen kann, verstärkt werden. Wie hierin verwendet, kann dann, wenn beispielsweise eine erste Komponente fest mit einer zweiten Komponente gekoppelt ist, die erste Komponente sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen wie die zweite Komponente. Wie in 2 teilweise gezeigt ist, weist die Rotornabe 208 ferner eine Mehrzahl von Ablaufschlitzen 216, eine erste Endkappe 226, eine zweite Endkappe 228 und eine Mehrzahl von Stützstäben 230 auf.
Es wird kurz auf 4 übergegangen, wo eine isolierte Ansicht 400 der Rotornabe 208 gezeigt ist, einschließlich der Mehrzahl von Stützstäben 230, einer ersten Endkappe 402 und einer zweiten Endkappe 404. Genauer kann eine Innenfläche des Rotors 206 durch die Struktur der Rotornabe 208 mit dem Luftspalt 220 von 2 in Fluidverbindung gebracht sein. Ferner kann die Rotornabe 208 dafür ausgelegt sein, einen Ölablauf aus dem elektrischen Motor bereitzustellen. Die Ansicht 400 hebt ferner das Vorhandensein von Ablaufschlitzen 216 an sowohl der ersten Endkappe 402 als auch der zweiten Endkappe 404 hervor. Genauer kann eine Mehrzahl von gekrümmten Ablaufschlitzen 216 in sowohl der ersten Endkappe 402 als auch der zweiten Endkappe 404 enthalten sein. In manchen Beispielen kann Öl aus dem Luftspalt 220 über die Mehrzahl von Ablaufschlitzen 216 zu einem externen Ölsumpf (nicht gezeigt) abfließen. Als weiteres Beispiel kann Öl aus dem Luftspalt 220 abfließen und zu Endwicklungen 212 strömen, um eine zusätzliche Kühlung der Statorwicklungen bereitzustellen, bevor es zu einem externen Ölsumpf (nicht gezeigt) strömt. Ein solcher Ölströmungsweg ist in 7 detaillierter gezeigt. Wie in 4 gezeigt ist, kann die Rotornabe 208 auch einen ersten Schlitz 408 und einen zweiten Schlitz (nicht gezeigt) aufweisen, um mit dem Abstandhalter 222 und dem Abstandhalter 224 in Eingriff gebracht zu werden.
Dann zeigt 3 eine detaillierte Querschnittsansicht 300 der Rotorwelle 202, des Rotors 206 und der Rotornabe 208 des elektrischen Motors 201. Die in 3 gezeigte Ansicht 300 ist eine isometrische Ansicht des elektrischen Motors 201, der in Bezug auf die Ansicht von 2 um die y-Achse von den Bezugsachsen 299 gedreht wurde. Ferner wird die Querschnittsansicht von 3 durch eine Schnittebene in der x-y-Ebene definiert, wie durch Bezugsachsen 299 angegeben, um ein Inneres des elektrischen Motors 201 zeigen zu können. Die Schnittebene ist orthogonal zu der Achse 298. Genauer zeigt die Ansicht 300 eine Rotornabe 208, die eine Mehrzahl von Stützstäben 230 der Rotornabe 208 aufweist. Zum Beispiel können die Mehrzahl von Stützstäben 230 der Rotornabe 208 eine strukturelle Stützung bereitstellen und können direkt mit dem Rotor 206 gekoppelt sein. Die Mehrzahl von Stützstäben 230 sind radial um die zentrale Achse 298 beabstandet und wechseln sich mit den Ablaufschlitzen 216 ab. Wie von 3 gezeigt ist, sind Löcher 214 radial entlang einer Oberfläche der Rotorwelle 202 verteilt und stellen eine Fluidkopplung der Ölleitung 218 mit dem Luftspalt 220 her. Ferner ist jedes von den Löchern 214 so beabstandet, dass ein Vektor, der seinen Ursprung an der zentralen Achse 298 hat und der aus einem der Löcher 214 hinaus verläuft, nicht auf die Stützstäbe 230 trifft. Man beachte, dass 3 den Stator 204 oder die erste Klemmplatte 210 oder die zweite Klemmplatte 211 nicht zeigt.
Während des Betriebs eines elektrischen Motors, wie etwa des elektrischen Motors 201 von 2-7, kann sich übermäßige Wärme aufbauen, was bewirkt, dass die Temperatur des elektrischen Motors 201 steigt. In manchen Beispielen kann es zu einer Verschlechterung von Komponenten kommen, wenn die Temperatur des elektrischen Motors 201 über eine Schwellentemperatur steigt. In anderen Beispielen kann ein Betrieb bei hohen Temperaturen eine Effizienz des elektrischen Motors 201 senken. Daher wird nach Verfahren und Systemen gestrebt, die eine Kühlung für einen elektrischen Motor bereitstellen. Zum Beispiel kann ein Kühlsystem, wie etwa das Kühlsystem 150 von 1, mit dem elektrischen Motor 201 gekoppelt sein, um ein Kühlfluid, wie etwa ein Kühlöl, an dem elektrischen Motor bereitzustellen. Zum Beispiel kann Öl in die Ölleitung 218 der Rotorwelle 202 strömen gelassen oder gepumpt werden und kann durch eine Mehrzahl von Löchern 214 in der Rotorwelle 202 strömen. Auf Basis einer Drehzahl des elektrischen Motors 201 und eines Öldrucks von Öl in der Ölleitung 218 kann das Öl auf eine Innenfläche des Rotors 206 spritzen, so dass das Öl die Innenfläche direkt kühlt.
Betrachtet man beispielsweise als nächstes 7, so ist eine dritte Querschnittsansicht 700 des elektrischen Motors 201 gezeigt, der einen Ölströmungsweg 702 aufweist. Die Ansicht 700 weist die Rotorwelle 202, die Klemmplatte 210, die Klemmplatte 211, die Rotornabe 208 und den Rotor 206 auf. Jedoch ist der Stator 204 in der Ansicht 700 nicht gezeigt. Der Strömungsweg 702 demonstriert ein Beispiel für einen Strömungsweg für Öl, das in den elektrischen Motor 201 gepumpt wird, um eine Temperatur des Motors zu senken. Zum Beispiel kann Öl aufgrund eines Druckunterschieds zwischen der Ölleitung 218 und dem Luftspalt 220 durch ein Loch 704 strömen und kann auf eine Innenfläche des elektrischen Motors, wie etwa auf den Rotor 206 spritzen. Wie in 5 gezeigt ist, ist eine Ansicht 500 der ersten Klemmplatte 210 einschließlich einer Mehrzahl von Einkerbungen 502 gezeigt. Wie oben unter Bezugnahme auf 2 angedeutet wurde, koppeln mindestens zwei Klemmplatten, einschließlich einer ersten Klemmplatte 210 und einer zweiten Klemmplatte 211, den Rotor 206 fest mit der Rotornabe 208. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, kann die zweite Klemmplatte 211 einen ähnlichen Satz von Einkerbungen aufweisen. Ferner kann die Mehrzahl von Einkerbungen 502 so beabstandet sein, dass die Mehrzahl von Einkerbungen 502 an der Mehrzahl von Ablaufschlitzen 216 in der Rotornabe 208 ausgerichtet sind. Betrachtet man erneut 7, so verläuft der Ölströmungsweg 702 über die Mehrzahl von Ablaufschlitzen 216, die über die Einkerbungen in der ersten Klemmplatte 210 und der zweiten Klemmplatte 211 in Fluidverbindung stehen können, aus der Rotorbaugruppe hinaus. Somit kann Öl, das aus den Ablaufschlitzen 216 abläuft, durch einen Kanal strömen, der von der Mehrzahl von Einkerbungen 502 in dem elektrischen Motor 201 strömen, bevor es in einen Ölsumpf strömt. Ferner kann in manchen Beispielen der Ölströmungsweg 702 Öl zu Endwicklungen 212 lenken, um zusätzliche Kühlung an den Statorwicklungen bereitzustellen. Zum Beispiel können die Mehrzahl von Einkerbungen in sowohl der ersten Klemmplatte 210 als auch der zweiten Klemmplatte 211 so geformt sein, dass das Öl über Endwicklungen 212 strömt, bevor es zu einem externen Ölsumpf strömt. Genauer kann Öl aufgrund von Fliehkräften, die durch eine Rotordrehung während des Motorbetriebs erzeugt werden, zu den Endwicklungen 212 strömen. Auf diese Weise kann eine direkte Spritzkühlung zusätzlich zur Bereitstellung einer Kühlung an der inneren Oberfläche des Rotors eine zusätzliche Kühlung an den Statorblechen bereitstellen.
Ferner kann in manchen Beispielen eine innere Oberfläche eines Rotors eines elektrischen Motors, wie etwa des Rotors 206 von 2-7, so geformt sein, dass sie eine Ölkühlung lenkt und verstärkt. Als Beispiel kann die Innenfläche des Rotors 206 Stiftkühlkörper aufweisen, welche die Größe einer Oberfläche der inneren Oberfläche des Rotors deutlich erhöhen. Durch Erhöhen der Größe der Oberfläche der inneren Oberfläche des Rotors kann beispielsweise ein Maß an Kühlung erhöht werden. Als Beispiel kann die innere Oberfläche des Rotors andere Lamellen, Grate oder Auskehlungen aufweisen, um die Größe einer Oberfläche der inneren Oberfläche des Rotors zu erhöhen.
Um die Strömungswege von kühlendem Öl besser darstellen zu können, zeigen 8 und 9 Beispiele für schematische Ansichten von Ölströmungswegen durch eine Rotorbaugruppe eines elektrischen Motors. Die Rotorbaugruppe von 8 kann der Rotorbaugruppe von 9 im Wesentlichen gleich sein, und somit können gleiche Komponenten gleich nummeriert sein und müssen zwischen den Figuren nicht wiederholt vorgestellt werden. Zunächst zeigt 8 eine schematische axiale Querschnittsansicht 800 einer Rotorbaugruppe 801 eines Elektromotors, die ähnlich gestaltet sein kann wie die des Elektromotors 201 von 2-7. Die Rotorbaugruppe 801 weist eine Rotorwelle 802 auf, die koaxial ist mit einer Achse 899, die ein teilweise hohler Zylinder sein kann, der fest mit einer Rotornabe 804 gekoppelt ist. Die Rotornabe 804 umfasst eine erste Endkappe 806 und eine zweite Endkappe 808, die mit der Mehrzahl von Stützstäben (die in der Ansicht 800 von 8 nicht gezeigt sind) einen zylindrischen Käfig bilden können. Ferner kann die Rotornabe 804 fest mit einem Rotor 812 gekoppelt sein und kann koaxial sein mit der Achse 899. Somit kann der sich drehende Rotor 812 bewirken, dass sich die Rotornabe 804 und die Rotorwelle 802 mit derselben Winkelgeschwindigkeit drehen. Wie gezeigt, ist der Rotor 812 ein hohler Zylinder mit einer Mehrzahl innerer Magnete 814 und kann koaxial sein mit der Rotorwelle 802. Zum Beispiel kann ein Magnetfeld den Rotor 812 veranlassen, sich um eine Achse 899 zu drehen (z.B. sich relativ zu einem Stator zu drehen, der nicht gezeigt ist), was wiederum die Rotorwelle 802 veranlassen kann, sich um die Achse 899 zu drehen, wodurch ein Drehmoment zum Antreiben einer Last (wie z.B. der Last 108 von 1) produziert wird. Auf diese Weise kann die Rotorbaugruppe 801 in einem elektrischen Motor verwendet werden, um Leistung zu produzieren.
Ein Luftspalt 824 (z.B. eine gasgefüllte Kammer) kann den Rotor 812 von einer Außenfläche der Rotorwelle 802 trennen. Die Rotorwelle 802 weist eine Ölleitung 816 (z.B. einen inneren Hohlraum) auf und weist ferner eine Mehrzahl von Löchern 822 auf. Zum Beispiel kann die Mehrzahl von Löchern 822 eine Fluidkopplung der Ölleitung 816 mit dem Luftspalt 824 herstellen. Ferner kann die Rotornabe 804 eine Mehrzahl von Ablaufschlitzen 828 aufweisen, die eine Fluidkopplung des Luftspalts 824 mit einem externen Strömungsweg, wie etwa einem Strömungsweg zu einem Ölsumpf, herstellen können. In manchen Beispielen kann eine Pumpe (wie z.B. die Pumpe 112 von 1) Öl zu der Rotorbaugruppe 802 pumpen. In anderen Beispielen kann ein Druckunterschied zwischen dem Luftspalt 824 und einem Ölvorrat bewirken, dass Öl zu der Rotorbaugruppe 802 strömt. Zum Beispiel kann Öl entlang eines Strömungswegs 818 strömen. Wie von dem Strömungsweg 818 gezeigt ist, kann Öl in die Ölleitung 816 gelangen und kann axial innerhalb der Rotorwelle 802 strömen. Wenn ein Druckunterschied zwischen der Ölleitung 816 und dem Luftspalt 824 einen Druckunterschiedsschwellenwert überschreitet, etwa wenn der Druck in der Ölleitung 816 in Bezug auf den Druck in dem Luftspalt 824 ausreichend hoch ist, dann kann Öl entlang des Strömungswegs 818 durch die Mehrzahl von Löchern 822 strömen, wodurch eine Mehrzahl von Ölspritzern 826 produziert werden. Auf Basis des Druckunterschieds zwischen dem Luftspalt 824 und der Ölleitung 818 zusammen mit der Winkelgeschwindigkeit der Rotorbaugruppe können die Mehrzahl von Ölspritzern 826 auf einer inneren Oberfläche des Rotors 812 auftreffen, wie etwa auf Rotorblechen des Rotors 812. Ferner kann das Öl, nachdem es auf die Rotorbleche gespritzt ist und Kühlung bereitgestellt hat, über die Mehrzahl von Ablaufschlitzen 828 in der Rotornabe 804 aus der Rotorbaugruppe 801 herausströmen. Nachdem das Öl über die Ablaufschlitze aus der Rotorbaugruppe 801 geströmt ist, kann es über Abflüsse 830 zu einem Ölsumpf (nicht gezeigt) strömen. Ferner kann das Öl in manchen Beispielen zuerst auf Statorendwicklungen (in 9 und 9 nicht gezeigt), wie etwa den Endwicklungen 212 von 2, auftreffen. Genauer können Fliehkräfte, die durch eine Rotordrehung erzeugt werden, Öl zu den Statorendwicklungen lenken, nachdem das Öl über die Mehrzahl von Ablaufschlitzen 828 aus dem Luftspalt 824 abgelaufen ist. Zum Beispiel können Abflüsse 830 auf Statorendwicklungen auftreffen, bevor sie den Ölsumpf erreichen. Auf diese Weise kann Kühlöl zu einer inneren Oberfläche der Rotorbaugruppe strömen und kann aus der Rotorbaugruppe über Abflüsse 830 zu einem Ölsumpf strömen. Ferner kann in manchen Beispielen eine zusätzliche Kühlung an Statorendwicklungen bereitgestellt werden. Wie in 8 gezeigt ist, können die Mehrzahl von Löchern 822 an mehr als einer Stelle in Bezug auf die zentrale Achse 899 der Rotorbaugruppe 801 positioniert sein.
Dann zeigt 9 eine schematische radiale Querschnittsansicht 900 der Rotorbaugruppe 801. Gleiche Komponenten können gleich nummeriert sein und in 9 nicht erneut vorgestellt werden. Genauer zeigt 9 Ölströmungswege in einer radialen Querschnittsansicht der Rotorbaugruppe 801, während 8 Ölströmungswege in einer axialen Querschnittsansicht der Rotorbaugruppe 801 zeigt. Zum Beispiel ist die Schnittebene für die Querschnittsansicht 800 von 8 senkrecht zu der Schnittebene für die Querschnittsansicht 900 von 9. Wie in 9 gezeigt ist, weist die Rotornabe 804 der Rotorbaugruppe 801 ferner eine Mehrzahl von Stützstäben 902 auf, die entlang einer inneren Oberfläche des Rotors 812 radial beabstandet sein können. Wie in 9 gezeigt ist, weist der Rotor 812 ferner eine Mehrzahl von Magneten 814 auf. Öl, das in der Ölleitung 816 strömt, kann einen in Bezug auf den Druck im Luftspalt 824 höheren Druck aufweisen, so dass Öl über die Mehrzahl von Löchern 822 aus der Ölleitung 816 austritt. Genauer kann das Öl als Mehrzahl von Ölspritzern 826 austreten, die auf einer inneren Oberfläche des Rotors 832 auftreffen können. Ferner können die Mehrzahl von Löchern 822 beispielsweise so in der Rotorwelle 802 positioniert sein, dass die Mehrzahl von Ölspritzern 826 nicht auf Stützstäben 902 auftrifft. Auf diese Weise können die Ölspritzer 826 beispielsweise eine Kühlung an der inneren Rotoroberfläche bereitstellen.
Dann zeigt 10 ein Beispiel für ein Verfahren 1000 zum Betreiben eines elektrischen Motorsystems mit direkter Spritzkühlung. Als ein Beispiel kann das elektrische Motorsystem betrieben werden, um Kühlöl in einen Ölkanal eines elektrischen Motors zu pumpen, aus dem das Kühlöl auf eine Oberfläche eines Rotors spritzen kann. Das Verfahren 1000 wird mit Bezug auf das in 1 gezeigte elektrische Motorsystem 100, den in 2-7 gezeigten elektrischen Motor 201 und die in 8 und 9 gezeigten Ölströmungswege 800 und 900 beschrieben, aber das Verfahren 1000 kann auch auf andere Systeme angewendet werden, die einen elektrischen Motor aufweisen, der für eine direkte Spritzkühlung ausgelegt ist. Befehle zum Ausführen des Verfahrens 1000 und der anderen hierin enthaltenen Verfahren können von einer Steuereinrichtung auf Basis von Befehlen, die auf einem Speicher der Steuereinrichtung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die aus Sensoren des Motorsystems, wie etwa den oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden, abgearbeitet werden. Die Steuereinrichtung kann Stellglieder des elektrischen Motorsystems, einschließlich eines Kühlmittelventils (z.B. des Kühlmittelventils 126 von 1), nutzen, um einen Maschinenbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren anzupassen.
Bei 1002 schließt das Verfahren 1000 ein Ermitteln und/oder Messen von Betriebsbedingungen ein. Die Betriebsbedingungen können beispielsweise Motor-RPM-Wert, Motortemperatur, Öltemperatur, Kühlergebläsedrehzahl und Kühlmittelventilposition einschließen. Die Betriebsbedingungen können von einem oder mehreren Sensoren, die mit der Steuereinrichtung kommunikativ gekoppelt sind, gemessen werden oder können aufgrund von verfügbaren Daten abgeleitet werden. Zum Beispiel kann der Motor-RPM durch einen Hall-Effekt-Sensor gemessen werden, der mit einer Welle des elektrischen Motors gekoppelt ist. Als weiteres Beispiel kann die Motortemperatur von einem Temperatursensor gemessen werden, der mit dem elektrischen Motor gekoppelt ist (z.B. dem Temperatursensor 130 von 1). Als weiteres Beispiel kann die Öltemperatur von einem Temperatursensor gemessen werden, der mit einer Pumpe des Kühlsystems gekoppelt ist (z.B. dem Temperatursensor 132 von 1). Als anderes Beispiel kann die Kühlergebläsedrehzahl durch einen Hall-Effekt-Sensor gemessen werden, der mit einer Welle des Kühlergebläses gekoppelt ist.
Bei 1004 schließt das Verfahren 1000 eine Bestimmung ein, ob eine Ölkühlung angezeigt ist. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung auf Basis der Motortemperatur bestimmen, ob eine Ölkühlung angezeigt ist. Wenn die Motortemperatur beispielsweise einen Schwellenmotortemperatur überschreitet, dann kann die Steuereinrichtung bestimmen, dass eine Ölkühlung angezeigt ist, und wenn die Motortemperatur die Schwellenmotortemperatur nicht überschreitet, dann ist die Ölkühlung nicht angezeigt. Die Schwellenmotortemperatur kann beispielsweise ein positiver Wert ungleich null sein oder kann einer Motortemperatur entsprechen, oberhalb von der eine Verschlechterung der Komponenten des elektrischen Motors stattfinden kann. Als anderes Beispiel kann die Schwellenmotortemperatur einer Motortemperatur entsprechen, oberhalb von der die Effizienz des elektrischen Motors abnimmt. Als noch anderes Beispiel kann die Schwellenmotortemperatur einer Motortemperatur entsprechen, oberhalb von der andere Kühlverfahren nicht angezeigt sind. Andere Kühlverfahren können beispielsweise das Betreiben eines Gebläses in der Nähe des elektrischen Motors einschließen. Als anderes Beispiel kann die Steuereinrichtung auf Basis der Motortemperatur bestimmen, ob eine Ölkühlung angezeigt ist. Wenn beispielsweise der Motor-RPM-Wert einen Motor-RPM-Schwellenwert überschreiten, kann die Steuereinrichtung bestimmen, dass die Ölkühlung angezeigt ist. Der Motor-RPM-Schwellenwert kann ein positiver Wert ungleich null sein, der einem Motor-RPM-Wert entspricht, der mit einer Erhöhung der Motortemperatur assoziiert ist. Wenn beispielsweise der Motor-RPM-Wert den Motor-RPM-Schwellenwert überschreiten, kann die Steuereinrichtung bestimmen, dass die Ölkühlung angezeigt ist, um zu verhindern, dass die Motortemperatur die Schwellentemperatur überschreitet.
Als anderes Beispiel kann die Steuereinrichtung auf Basis eines Motordrehmoments bestimmen, ob eine Ölkühlung angezeigt ist. Wenn beispielsweise das Motordrehmoment ein Schwellen-Motordrehmoment überschreitet, kann die Steuereinrichtung bestimmen, dass die Ölkühlung angezeigt ist. Das Motordrehmoment kann ein positiver Wert ungleich null sein, der einem Motordrehmoment entspricht, das mit einer Erhöhung der Motortemperatur assoziiert ist. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung bestimmen, dass eine Ölkühlung angezeigt ist, wenn eine oder alle von den obigen Bedingungen erfüllt sind. Wenn die Motortemperatur beispielsweise die Schwellen-Motortemperatur überschreitet, während der Motor-RPM-Wert unter dem Motor-RPM-Schwellenwert liegen, dann kann die Steuereinrichtung bestimmen, dass eine Ölkühlung angezeigt ist. Als anderes Beispiel kann die Steuereinrichtung bestimmen, dass eine Ölkühlung angezeigt ist, wenn der Motor-RPM-Wert den RPM-Schwellenwert überschreiten, während die Motortemperatur die Schwellen-Motortemperatur nicht überschreitet. Als noch anderes Beispiel kann die Steuereinrichtung bestimmen, dass die Ölkühlung angezeigt ist, wenn das Motordrehmoment das Schwellen-Motordrehmoment überschreitet. Darüber hinaus kann in manchen Beispielen eine Ölkühlung angezeigt sein, wenn der Motor in Betrieb ist, und zwar unabhängig von der Motortemperatur, dem Motor-RPM-Wert und/oder dem Motordrehmoment. Zum Beispiel kann eine Ölkühlung immer während eines Motorbetriebs bereitgestellt werden.
Falls eine Ölkühlung bei 1004 nicht angezeigt ist, geht das Verfahren 1000 zu 1006 weiter und schließt keine Bereitstellung einer Ölkühlung ein. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung bestimmen, dass die Motortemperatur die Schwellen-Motortemperatur nicht überschreitet, und könnte somit nicht anzeigen, dass eine Ölkühlung erforderlich ist. Das Nichtbereitstellen der Ölkühlung kann das Fortsetzen des Betriebs des elektrischen Motors einschlie-ßen, wie etwa durch Elektrifizieren der Wicklungen eines Rotors, um eine Rotationskraft zu produzieren. Das Nichtbereitstellen der Ölkühlung kann ferner das Anpassen eines Kühlmittelventils auf eine geschlossene Position oder das Halten eines Kühlmittelventils in einer geschlossenen Position einschließen, so dass kein Öl zu dem elektrischen Motor strömen gelassen wird.
Falls eine Ölkühlung bei 1004 angezeigt ist, geht das Verfahren 1000 zu 1008 weiter und schließt das Bestimmen eines gewünschten Öldrucks auf Basis des Motor-RPM-Werts und der Motortemperatur ein. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung den Motor-RPM-Wert und die Motortemperatur zusammen mit anderen Motorbetriebsbedingungen, wie etwa der Motortemperatur und der Öltemperatur, in eine oder mehrere Nachschlagetabellen, Karten oder Funktionen eingeben, die einen gewünschten Öldruck zum Pumpen von Öl zu dem elektrischen Motor ausgeben können. Beispielsweise kann der Öldruck zum Pumpen von Öl zu dem elektrischen Motor, wenn der Motor-RPM-Wert hoch ist, aufgrund der Fliehkräfte des elektrischen Motors niedriger sein. In manchen Beispielen kann ferner der gewünschte Öldruck ein vorab bestimmter, konstanter Wert sein, der einem Öldruck zum Pumpen von Öl zur Bereitstellung einer Ölkühlung entspricht. Zum Beispiel kann der gewünschte Öldruck konstant sein und muss nicht auf Basis von Motorbetriebsbedingungen angepasst werden.
Bei 1010 schließt das Verfahren 1000 das Öffnen des Kühlmittelventils und das Strömenlassen von Öl zu dem elektrischen Motor bei dem gewünschten Öldruck ein. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung eine Position des Kühlmittelventils auf Basis des gewünschten Öldrucks einstellen. Als Beispiel kann die Steuereinrichtung den gewünschten Öldruck und die Öltemperatur in eine oder mehrere Nachschlagetabellen, Karten oder Funktionen eingeben, die eine gewünschte Position der Ölpumpe ausgeben können. Die Steuereinrichtung kann die Position der Ölpumpe durch Anpassen eines Steuersignals an ein Ölpumpenventil auf die gewünschte Position einstellen. Durch Anpassen der Position der Ölpumpe kann Öl mit dem gewünschten Öldruck zu dem elektrischen Motor strömen. In manchen Beispielen, wie etwa, wenn eine Ölkühlung während eines Motorbetriebs mit einem konstanten Druck bereitgestellt wird, kann das Pumpenventil während des Motorbetriebs in einer konstanten Position offengehalten werden. Zum Beispiel kann die Pumpe so mit dem elektrischen Motor gekoppelt werden, dass der Betrieb des elektrischen Motors bewirkt, dass die Pumpe Öl mit einem konstanten Druck bereitstellt.
Bei 1014 schließt das Verfahren 1000 das Strömenlassen von Öl aus Öffnungen in der Rotorwelle und das Ablaufen lassen des Öls aus dem elektrischen Motor zu einem Ölsumpf ein. Zum Beispiel kann das Strömen lassen von Öl zu dem elektrischen Motor bei dem gewünschten Öldruck bei 1012 bewirken, dass das Öl an einer Mehrzahl von Löchern in einer Rotorwelle des elektrischen Motors schnell austritt, was Ölspritzer auf einer inneren Oberfläche des elektrischen Motors (z.B. einer inneren Oberfläche eines Rotors) bewirkt. Die Geschwindigkeit des Öls, das durch die Mehrzahl von Löchern in der Rotorwelle austritt, kann eine Funktion des Öldrucks (z.B. auf Basis einer Position einer Ölpumpe), einer Drehzahl des elektrischen Motors (z.B. auf Basis eines RPM-Werts), eines Motordrehmoments und eines Druckunterschieds zwischen der Ölleitung und dem Luftspalt des elektrischen Motors sein. Das Spritzen von Öl auf die innere Oberfläche des Rotors kann eine schnelle Abkühlung des Motors bereitstellen, was eine Betriebszeit des elektrischen Motors verlängern und gleichzeitig die Motoreffizienz erhöhen kann. Zum Beispiel kann eine Erhöhung der Ölspritzgeschwindigkeit in manchen Beispielen einer Erhöhung des Maßes an Kühlung entsprechen, das an der inneren Oberfläche des Rotors bereitgestellt wird. Ferner kann Öl durch eine Mehrzahl von Ablaufschlitzen (wie z.B. die Ablaufschlitze 216 von 2) aus dem elektrischen Motor strömen, so dass das Öl einem Ölströmungsweg folgt, der dem in 7 gezeigten Ölströmungsweg 702 ähnlich ist, und in einen Ölsumpf abfließt. Zum Beispiel kann der Ölströmungsweg aufgrund von Fliehkräften, die durch die Rotordrehung erzeugt werden, auf Statorendwicklungen auftreffen, so dass das Öl eine zusätzliche Kühlung an den Statorendwicklungen bereitstellt.
Bei 1014 schließt das Verfahren 1000 das Strömenlassen von Öl aus dem Sumpf des elektrischen Motors zu dem Kühlkörper zur Regenerierung und Kühlung ein. Nachdem das Öl aus der Mehrzahl von Löchern in der Rotorwelle auf die innere Oberfläche des elektrischen Motors gespritzt ist, kann eine Menge an Öl durch einen oder mehrere Schlitze entlang eines Ölströmungswegs in einen Ölsumpf abfließen. Die Menge an Öl kann dann zur Kühlung aus dem Ölsumpf zu dem Kühlkörper strömen, wie in 1 gezeigt ist. Zum Beispiel kann Öl, das verwendet wird, um eine Kühlung an dem elektrischen Motor bereitzustellen, eine Temperaturerhöhung durchmachen und kann daher vor der erneuten Verteilung in dem Kühlkörper gekühlt werden. Das Verfahren 1000 kann dann enden.
Auf diese Weise stellt das Verfahren 1000 eine direkte Spritzkühlung an einem elektrischen Motor, wie etwa dem in 1 gezeigten elektrischen Motor, bereit. Durch Strömenlassen von Öl zu dem elektrischen Motor bei einem gewünschten Öldruck auf Basis des Motor-RPM-Werts und/oder des Motordrehmoments kann Öl mit einem gewünschten Spritzmuster auf eine innere Oberfläche des Rotors spritzen, wodurch eine Temperatur der Motoroberfläche gesenkt wird. Durch Senken der Temperatur der Motoroberfläche kann das Verfahren 1000 eine Verschlechterung von Komponenten verringern und die Effizienz des elektrischen Motors erhöhen, wodurch die Funktionalität des elektrische Motors und die Kundenzufriedenheit erhöht werden.
Dann zeigt 11 ein Beispiel für eine vorausgesehene Zeitachse für den Betrieb eines elektrischen Motors in einem Leistungserzeugungssystem mit direkter Spritzkühlung, um eine Temperatur des elektrischen Motors zu senken. Das Leistungserzeugungssystem kann beispielsweise das System 100 von 1 sein, und der elektrische Motor kann der elektrische Motor 201 von 2 sein. Auch wenn in 11 Parameter für einen einzelnen elektrischen Motor gezeigt sind, sei klargestellt, dass der elektrische Motor in einem Leistungserzeugungssystem mit mehreren elektrischen Motoren enthalten sein kann. Eine Angabe dazu, ob eine Ölkühlung angezeigt ist („ja“) oder nicht angezeigt ist („nein“) ist in dem Diagramm 1102 gezeigt, eine Position eines Ölventils ist in dem Diagramm 1104 gezeigt, ein Motor-RPM-Wert ist in dem Diagramm 1106 gezeigt, eine Motortemperatur ist in dem Diagramm 1108 gezeigt, eine geschätzte Motortemperatur ohne direkte Spritzkühlung ist in der gepunkteten Diagramm 1110 gezeigt und ein Motordrehmoment ist in dem Diagramm 1112 gezeigt. Ferner ist ein Motor-RPM-Schwellenwert von einer gestrichelten Linie 1114 gezeigt, ist eine Schwellen-Motortemperatur von einer gestrichelten Linie 1116 gezeigt und ist ein Schwellen-Motordrehmoment von einer gestrichelten Linie 1118 gezeigt. Für alle oben genannten stellt die horizontale Achse die Zeit dar, wobei die Zeit entlang der horizontalen Achse von links nach rechts zunimmt. Die vertikale Achse stellt die einzelnen benannten Parameter dar. Für jedes von den Diagrammen 1106, 1108 und 1110 nimmt ein Maß des Parameters entlang der vertikalen Achse nach oben zu. Für das Diagramm 1104 zeigt die vertikale Achse eine Ventilposition in Bezug auf eine ganz offene Position („ganz offen“) und eine ganz geschlossene Position („ganz geschlossen“). Für das Diagramm 1102 zeigt die vertikale Achse, ob eine Ölkühlung angezeigt ist („ja“) oder nicht angezeigt ist („nein“).
Zu einer Zeit t0 liegt der Motor-RPM-Wert (Diagramm 1106) unter dem Motor-RPM-Schwellenwert (gestrichelte Linie 1114), liegt die Motortemperatur (Diagramm 1108) unter der Schwellen-Motortemperatur (gestrichelte Linie 1116) und liegt das Motordrehmoment (Diagramm 1112) unter dem Schwellen-Motordrehmoment (gestrichelte Linie 1118). Infolgedessen ist eine Motorkühlung nicht angezeigt (Diagramm 1102) und das Ölventil wird in einer geschlossenen Position gehalten (Diagramm 1104). Da keine Ölkühlung bereitgestellt wird, ist die Motortemperatur (Diagramm 1108) der geschätzten Motortemperatur ohne Ölkühlung (gestricheltes Diagramm 1110) gleich.
Jedoch steigt der Motor-RPM-Wert (Diagramm 1106) zu einer Zeit t1 über den Motor-RPM-Schwellenwert (gestrichelte Linie 1114), und das Motordrehmoment (Diagramm 1112) steigt über das Schwellen-Motordrehmoment (gestrichelte Linie 1118), während die Motortemperatur (Diagramm 1108) unter der Schwellen-Motortemperatur (gestrichelte Linie 1116) bleibt. Aufgrund dessen, dass der Motor-RPM-Wert größer ist als der Motor-RPM-Schwellenwert, ist zur Zeit t1 eine Kühlung angezeigt (Diagramm 1102). Infolgedessen wird die Ventilposition auf eine offene Position angepasst (Diagramm 1104), wodurch zugelassen wird, dass kühlendes Öl in das Kühlsystem des elektrischen Motors strömt. Somit strömt Öl zu dem elektrischen Motor und spritzt auf eine Innenfläche, wodurch die Rate der Temperaturerhöhung gesenkt wird. Zum Beispiel steigt die geschätzte Motortemperatur ohne Ölkühlung (gestricheltes Diagramm 1110) zwischen der Zeit t1 und der Zeit t2 schneller als die Motortemperatur (Diagramm 1108). Da jedoch der Motor-RPM-Wert (Diagramm 1106) und das Motordrehmoment (Diagramm 1112) weiter steigen, steigt die Motortemperatur (Diagramm 1108) entsprechend.
Somit überschreitet die Motortemperatur (Diagramm 1108) zur Zeit t2 die Schwellen-Motortemperatur (gestrichelte Linie 1116). Auf Basis der Motortemperatur (Diagramm 1108), des Motordrehmoments (Diagramm 1112) und des Motor-RPM-Werts (Diagramm 1106) wird die Ventilposition auf eine ganz offene Position eingestellt (Diagramm 1104), um den Strom von Öl zu dem elektrischen Motor zu verstärken. Zwischen der Zeit t2 und der Zeit t3 wird eine direkte Spritzkühlung an dem elektrischen Motor mit hoher Ölspritzgeschwindigkeit bereitgestellt, so dass die Motortemperatur (Diagramm 1108) niedriger bleibt als die geschätzte Motortemperatur ohne Ölkühlung (gestricheltes Diagramm 1110). Zum Beispiel sinkt das Motordrehmoment (Diagramm 1112) zwischen der Zeit t2 und der Zeit t3 unter das Schwellen-Motordrehmoment (gestrichelte Linie 1118). Da jedoch der Motor-ROM-Wert (Diagramm 1106) über dem Motor-RPM-Schwellenwert bleibt (gestrichelte Linie 1114) und die Motortemperatur (Diagramm 1108) über der Schwellen-Motortemperatur bleibt (gestrichelte Linie 1116), ist zwischen der Zeit t2 und der Zeit t3 eine Kühlung angezeigt.
Zu einer Zeit t3 sinkt der Motor-RPM-Wert (Diagramm 1106) unter den Motor-RPM-Schwellenwert (gestrichelte Linie 1114), und das Motordrehmoment (Diagramm 1112) liegt unter dem Schwellen-Motordrehmoment (gestrichelte Linie 1118). Da die Motortemperatur (Diagramm 1108) jedoch über der Schwellen-Motortemperatur bleibt (gestrichelten Linie 1116), ist zur Zeit t3 eine Kühlung angezeigt (Diagramm 1102) und das Ölventil bleibt offen (Diagramm 1104). Aufgrund des verkleinerten Motor-RPM-Werts und der Ölkühlung sinkt die Motortemperatur zwischen der Zeit t3 und einer Zeit t4 weiter und bleibt niedriger als die geschätzte Motortemperatur ohne Ölkühlung (gestricheltes Diagramm 1110).
Zur Zeit t4 sinkt die Motortemperatur (Diagramm 1108) unter die Schwellen-Motortemperatur (gestrichelte Linie 1116) und der Motor-RPM-Wert (Diagramm 1106) bleibt unter dem Motor-RPM-Schwellenwert (gestrichelte Linie 1114). Als Reaktion darauf ist nach der Zeit t4 keine Kühlung angezeigt (Diagramm 1102) und das Ölventil bewegt sich in eine geschlossene Position (Diagramm 1104), wodurch der Ölstrom in das Kühlsystem des elektrischen Motors angehalten wird. Somit wird keine Kühlung an dem elektrischen Motor bereitgestellt. Infolgedessen gleicht sich die Motortemperatur (Diagramm 1108) zu einer Zeit t5 der geschätzten Motortemperatur ohne Ölkühlung (gestricheltes Diagramm 1110) an. Nach der Zeit t5 setzt der Motor seinen Betrieb ohne Ölkühlung fort.
Auf diese Weise kann eine Kühlung über direkte Spritzkühlung an einer Rotorbaugruppe eines elektrischen Motors bereitgestellt werden. Durch Strömenlassen von Öl in eine Ölleitung, die axial innerhalb einer Welle des elektrischen Motors verläuft, und durch direktes Spritzen von Öl auf eine Innenfläche des elektrischen Motors (z.B. eine innere Oberfläche des Rotors) kann eine Temperatur des elektrischen Motors gesenkt werden. Zum Beispiel kann die Senkung einer Temperatur eines elektrischen Motors über direkte Spritzkühlung eine größere Temperatursenkung ohne die Hinzufügung eines Kühlmantels oder einer Reihe von Kühlkanälen bereitstellen. Ferner kann der elektrische Motor beispielsweise in Bezug auf Kühlsysteme, die einen Kühlmantel einschließen, durch direktes Spritzen von Öl auf eine oder mehrere Innenflächen des elektrischen Motors schneller und gleichmäßiger gekühlt werden. In manchen Beispielen kann eine Ölkühlung (d.h. direkte Spritzkühlung) kontinuierlich bereitgestellt werden, während der elektrische Motor betrieben wird, und Öl kann an der Ölleitung mit einem konstanten Druck bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann ein Pumpenventil eine offene Position einnehmen, während der elektrische Motor in Betrieb ist, so dass Öl für eine direkte Spritzkühlung kontinuierlich an dem elektrischen Motor bereitgestellt wird. In anderen Beispielen kann eine Ölkühlung als Reaktion auf einen Motor-RPM-Wert, eine Motortemperatur und ein Motordrehmoment angezeigt sein, und Öl kann mit Druck, der auf einem gewünschten Maß an Kühlung basiert, an der Ölleitung bereitgestellt werden.
Die technische Wirkung der Bereitstellung einer Ölkühlung an einer Rotorbaugruppe eines elektrischen Motors besteht darin, dass eine Temperatur des Rotors während eines Motorbetriebs sinkt, was eine Wärmebelastung von Komponenten des elektrischen Motors senken kann, wodurch es seltener zu einer Verschlechterung von Komponenten kommt und ein Reparaturbedarf verringert wird. Ferner kann das Senken der Temperatur des Rotors während des Motorbetriebs ermöglichen, dass der elektrische Motor mehr Leistung ausgibt, bevor er eine zulässige Höchsttemperatur erreicht, wodurch Ausgangsleistungsgrenzen des Motors verschoben werden können.
Als Beispiel umfasst eine Rotorbaugruppe eines elektrischen Motors eine Welle, die eine axial darin verlaufende Ölleitung und eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, die eine Fluidkopplung der Ölleitung mit einer Außenfläche der Welle herstellen; einen Rotor, der koaxial zu der Welle positioniert ist, wobei ein Innendurchmesser des Rotors größer ist als ein Außendurchmesser der Welle; und eine gasgefüllte Kammer, die von einer inneren Oberfläche des Rotors und der Außenfläche der Welle begrenzt wird, wobei die Mehrzahl von Öffnungen eine Fluidkopplung der gasgefüllten Kammer mit der Ölleitung herstellen und ein Druck in der gasgefüllten Kammer niedriger ist als ein Öldruck in der Ölleitung. Zusätzlich oder optional spritzt in dem vorangehenden Beispiel als Reaktion darauf, dass der Druck des Gases in der gasgefüllten Kammer niedriger ist als der Druck des Öls in der Ölleitung, Öl aus der Ölleitung durch die Mehrzahl von Öffnungen in die gasgefüllte Kammer, wobei das Öl auf einer Innenfläche des Rotors auftrifft, wobei die Innenfläche des Rotors eine Mehrzahl von Rotorblechen aufweist, wobei die Mehrzahl von Rotorblechen in direktem Kontakt mit dem verspritzten Öl stehen. Zusätzlich oder optional ist in einem oder beiden von den vorangehenden Beispielen der Rotor fest mit einer Rotornabe gekoppelt, die sich axial durch ihn hindurch erstreckt, wobei die Rotornabe fest mit der Welle gekoppelt ist, und ein Außendurchmesser der Rotornabe einem Innendurchmesser des Rotors ungefähr gleich ist. Zusätzlich oder optional schließt in beliebigen oder in allen von den vorangehenden Beispielen eine Drehung des Rotors mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit eine Drehung der Rotornabe mit der ersten Winkelgeschwindigkeit und eine Drehung der Rotorwelle mit der ersten Winkelgeschwindigkeit ein. Zusätzlich oder optional umfasst in beliebigen oder in allen von den vorangehenden Beispielen die Rotornabe eine erste Endkappe, eine zweite Endkappe und eine Mehrzahl von Stützstäben, wobei jeder von den Stützstäben mit der ersten Endkappe und der zweiten Endkappe gekoppelt ist, so dass die Rotornabe einen zylindrischen Käfig bildet. Zusätzlich oder optional trifft in beliebigen oder in allen von den vorangehenden Beispielen das Öl, das auf der inneren Oberfläche des Rotors auftrifft, auf jedem von den Stützstäben der Rotornabe nicht auftrifft. Ferner können sowohl die erste Endkappe als auch die zweite Endkappe eine Mehrzahl von Ablaufschlitzen aufweisen, wobei jeder von der Mehrzahl von Ablaufschlitzen eine Fluidkopplung der gasgefüllten Kammer mit einer externen Ölleitung herstellt. Zusätzlich oder optional ist in beliebigen oder in allen von den vorangehenden Beispielen der Ölkanal mit einem externen Ölsumpf gekoppelt, um Öl aus dem elektrischen Motor zu sammeln und zu kühlen. Zusätzlich oder optional schließt in beliebigen oder in allen von den vorangehenden Beispielen die Innenfläche des Rotors eine Mehrzahl von Stiftkühlkörpern ein.
Als anderes Beispiel umfasst ein Verfahren das Strömenlassen von Öl zu einer Ölleitung als Reaktion darauf, dass eine Temperatur eines elektrischen Motors eine Schwellentemperatur des elektrischen Motors überschreitet, wobei die Ölleitung axial innerhalb einer Rotorwelle des elektrischen Motors verläuft und einen in Bezug auf einen inneren Hohlraum des elektrischen Motors höheren Druck aufweist; und das Strömenlassen von Öl aus der Ölleitung zu dem inneren Hohlraum des elektrischen Motors durch eine Mehrzahl von Löchern, die eine Fluidkopplung der Ölleitung und des inneren Hohlraums herstellen. Zusätzlich oder optional schließt in dem vorangehenden Beispiel das Strömenlassen von Öl aus der Ölleitung zu dem inneren Hohlraum des elektrischen Motors über die Mehrzahl von Löchern, die eine Fluidkopplung der Ölleitung und des inneren Hohlraums herstellen, das Spritzen von zumindest einem Teil des Öls aus der Ölleitung auf eine Innenfläche des elektrischen Motors ein. In einem oder in beiden von den vorangehenden Beispielen umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner das Strömen-lassen von Öl aus dem inneren Hohlraum entlang eines Ölströmungswegs zu einem externen Ölsumpf über eine Mehrzahl von Ablaufschlitzen, wobei der Ölströmungsweg auf Endwicklungen eines Stators des elektrischen Motors trifft. In beliebigen oder in allen von den vorangehenden Beispielen schließt das Strömenlassen von Öl zu der Ölleitung des elektrischen Motors das Vergrößern einer Öffnung eines Ventils ein, das mit einer Ölpumpe gekoppelt ist. Zusätzlich oder optional findet in beliebigen oder in allen von den vorangehenden Beispielen das Strömenlassen von Öl zu der Ölleitung des elektrischen Motors als Reaktion darauf statt, dass ein Motordrehmoment höher ist als ein Schwellen-Motordrehmoment, ein Motor-RPM-Wert höher ist als ein Motor-RPM-Schwellenwert und/oder eine Motortemperatur höher ist als eine Schwellen-Motortemperatur.
Als weiteres Beispiel umfasst ein System: einen elektrischen Motor, der einen Rotor, eine Rotorwelle, eine Rotornabe und einen Stator umfasst, wobei die Rotorwelle mechanisch mit einer Last gekoppelt ist, die Rotornabe eine Mehrzahl von Stützstäben aufweist; ein Kühlsystem, das mit dem elektrischen Motor fluidgekoppelt ist, wobei das Kühlsystem einen Kühlkörper und eine Mehrzahl von Leitungen aufweist; eine Ölleitung, die axial innerhalb der Rotorwelle des elektrischen Motors verläuft; und eine Mehrzahl von Löchern, welche die Ölleitung mit einer Innenkammer des elektrischen Motors koppeln. In dem vorangehenden Beispiel umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner eine Steuereinrichtung, die ausführbaren Befehle in einem nicht-flüchtigen Speicher speichert, die bei ihrer Ausführung die Steuereinrichtung veranlassen zum: Strömenlassen von Öl aus der Ölpumpe zu einer Ölleitung des elektrischen Motors; und Strömenlassen von Öl aus der Ölleitung in die Innenkammer durch die Mehrzahl von Löchern als Reaktion darauf, dass ein Druck der Ölleitung des elektrischen Motors höher ist als Druck der Innenkammer des elektrischen Motors. Zusätzlich oder optional schließt in einem oder in beiden von den vorangehenden Beispielen die Steuereinrichtung ferner Befehle für das Strömenlassen von Öl aus der Ölleitung in die Innenkammer durch die Mehrzahl von Löchern ein, die in dem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert sind und die bei ihrer Ausführung die Steuereinrichtung veranlassen zum: Erzeugen einer Mehrzahl von Ölspritzern, die auf einer Innenfläche des Rotors auftreffen und auf der Mehrzahl von Stützstäben der Rotornabe nicht auftreffen. Zusätzlich oder optional schließt die Steuereinrichtung in irgendwelchen oder in allen von den vorangehenden Beispielen ferner Befehle ein, die in dem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert sind, die bei ihrer Ausführung die Steuereinrichtung veranlassen zum: Strömenlassen von Öl zu Endwicklungen des Stators; und Strömenlassen von Öl aus dem Luftspalt zu einem externen Ölsumpf durch eine Mehrzahl von Ablaufschlitzen. Zusätzlich oder optional schließt das System in irgendwelchen oder in allen von den vorangehenden Beispielen ferner einen Temperatursensor ein, der so positioniert ist, dass er eine Temperatur des elektrischen Motors misst; und wobei das Strömenlassen von Öl zu der Ölleitung als Reaktion darauf stattfindet, dass eine Temperatur des Motors eine Schwellentemperatur überschreitet, ein Motordrehmoment ein Schwellen-Motordrehmoment überschreitet und/oder ein Motor-RPM-Wert einen Motor-RPM-Schwellenwert überschreitet. Zusätzlich oder optional schließt in irgendwelchen oder in allen von den vorangehenden Beispielen die Innenfläche des Rotors eine Mehrzahl von Stiftkühlkörpern ein, die sich in die Innenkammer hinein erstrecken.
In einer anderen Darstellung umfasst ein System einen elektrischen Motor, der einen Stator, einen Rotor und eine Welle, die Mehrzahl von Öffnungen aufweist; eine Rotornabe, die eine erste Endkappe, eine zweite Endkappe und eine Mehrzahl von Stützstäben umfasst, wobei die Rotornabe koaxial mit dem Rotor angeordnet ist, wobei ein Innendurchmesser des Rotors einem Außendurchmesser der ersten Endkappe und der zweiten Endkappe ungefähr gleich ist; einen inneren Hohlraum des elektrischen Motors, wobei der innere Hohlraum radial von dem Innendurchmesser des Rotors und einer äußeren Oberfläche der Welle begrenzt wird und der innere Hohlraum axial von der ersten Endkappe und der zweiten Endkappe begrenzt wird; und eine Ölleitung, die axial innerhalb der Welle verläuft. Zusätzlich oder optional stellen in dem vorangehenden Beispiel die Mehrzahl von Öffnungen eine Fluidkopplung der Ölleitung mit dem inneren Hohlraum des elektrischen Motors her. Zusätzlich oder optional strömen in einem oder in beiden von den vorangehenden Beispielen als Reaktion darauf, dass ein Öldruck in der Ölleitung einen Schwellendruck überschreitet, eine Mehrzahl von Ölspritzern aus der Ölleitung durch die Mehrzahl von Öffnungen, In irgendwelchen oder in allen von den vorangehenden Beispielen, wobei jeder von der Mehrzahl von Ölspritzern auf einer inneren Oberfläche des Rotors auftrifft und nicht auf der Mehrzahl von Stützstäben auftrifft. In irgendwelchen oder in allen von den vorangehenden Beispielen umfasst das System zusätzlich oder optional ferner eine erste Klemmplatte, die eine erste Mehrzahl von Einkerbungen aufweist; und eine zweite Klemmplatte, die eine zweite Mehrzahl von Einkerbungen aufweist. In irgendwelchen oder in allen von den vorangehenden Beispielen weist die Rotornabe zusätzlich oder optional eine Mehrzahl von Ablaufschlitzen auf, wobei jeder von den Ablaufschlitzen eine Fluidkopplung des inneren Hohlraums des elektrischen Motors mit Endwicklungen des elektrischen Motors herstellt.
Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen Beispiele für Steuerungs- und Schätzroutinen mit verschiedenen Leistungserzeugungs- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen genutzt werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Befehle in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert werden und können von dem Steuersystem, das die Steuereinrichtung enthält, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Hardware ausgeführt werden. Die hierin beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere von einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie ereignisgesteuerte, unterbrechungsgesteuerte, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Somit können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge, parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge des Verarbeitens nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern dient der einfachen Veranschaulichung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der jeweils verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in einen nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Steuersystem einzuprogrammieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Abarbeiten der Befehle in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Hardware-Komponenten in Kombination mit der elektronischen Steuereinrichtung aufweist.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen in ihrer Natur beispielhaft sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, da viele Variationen möglich sind. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart wurden.
Wie hierin verwendet, wird der Begriff „ungefähr“ so ausgelegt, dass er plus oder minus fünf Prozent des Bereichs oder Wertes beinhaltet, sofern nicht anders angegeben.
Die folgenden Ansprüche stellen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden, besonders heraus. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind weder so zu verstehen, dass sie eine Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten, noch so, dass sie den Ausschluss von zwei oder mehreren solcher Elemente verlangen. Weitere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, sei ihr Bereich nun breiter, enger, gleich oder anders als derjenige der ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
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 7675209 B2 [0004]

Claims

Rotorbaugruppe eines elektrischen Motors, umfassend: eine Welle mit einer axial darin verlaufenden Ölleitung und einer Mehrzahl von Öffnungen, die eine Fluidkopplung der Ölleitung mit einer Außenfläche der Welle herstellen; einen Rotor, der koaxial mit der Welle positioniert ist, wobei ein Innendurchmesser des Rotors größer ist als ein Außendurchmesser der Welle; und eine gasgefüllte Kammer, die von einer inneren Oberfläche des Rotors und einer Außenfläche der Welle begrenzt wird, wobei die gasgefüllte Kammer über die Mehrzahl von Öffnungen mit der Ölleitung fluidgekoppelt ist und ein Druck eines Gases in der gasgefüllten Kammer niedriger ist als ein Öldruck in der Ölleitung.
Rotorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei als Reaktion darauf, dass der Druck des Gases in der gasgefüllten Kammer niedriger ist als der Druck des Öls in der Ölleitung, Öl aus der Ölleitung durch die Mehrzahl von Öffnungen in die gasgefüllte Kammer spritzt, wobei das Öl auf einer Innenfläche des Rotors auftrifft, wobei die Innenfläche des Rotors eine Mehrzahl von Rotorblechen aufweist, wobei die Mehrzahl von Rotorblechen in direktem Kontakt mit dem verspritzten Öl stehen.
Rotorbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rotor fest mit einer Rotornabe gekoppelt ist, die sich axial darin erstreckt, wobei die Rotornabe fest mit der Welle gekoppelt ist und ein Außendurchmesser der Rotornabe einem Innendurchmesser des Rotors ungefähr gleich ist.
Rotorbaugruppe nach Anspruch 3, wobei eine Drehung des Rotors mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit eine Drehung der Rotornabe mit der ersten Winkelgeschwindigkeit und eine Drehung der Rotorwelle mit der ersten Winkelgeschwindigkeit einschließt.
Rotorbaugruppe nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei die Rotornabe eine erste Endkappe, eine zweite Endkappe und eine Mehrzahl von Stützstäben umfasst, wobei jeder von den Stützstäben mit der ersten Endkappe und der zweiten Endkappe gekoppelt ist, so dass die Rotornabe einen zylindrischen Käfig bildet.
Rotorbaugruppe nach Anspruch 5, wobei das Öl, das auf der inneren Oberfläche des Rotors auftrifft, auf jedem von den Stützstäben der Rotornabe nicht auftrifft.
Rotorbaugruppe nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei sowohl die erste Endkappe als auch die zweite Endkappe eine Mehrzahl von Ablaufschlitzen aufweisen, wobei jeder von der Mehrzahl von Ablaufschlitzen eine Fluidkopplung der gasgefüllten Kammer mit einer externen Ölleitung herstellt.
Rotorbaugruppe nach Anspruch 7, wobei die externe Ölleitung mit einem externen Ölsumpf gekoppelt ist, um Öl aus dem elektrischen Motor zu sammeln und zu kühlen.
Rotorbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Innenfläche des Rotors eine Mehrzahl von Stiftkühlkörpern aufweist.
System, umfassend: einen elektrischen Motor, der einen Rotor, eine Rotorwelle, eine Rotornabe und einen Stator umfasst, wobei die Rotorwelle mechanisch mit einer Last gekoppelt ist, wobei die Rotorwelle eine Mehrzahl von Stützstäben aufweist; ein Kühlsystem, das mit dem elektrischen Motor fluidgekoppelt ist, wobei das Kühlsystem einen Kühlkörper und eine Mehrzahl von Leitungen aufweist; eine Ölleitung, die axial innerhalb der Rotorwelle des elektrischen Motors verläuft; und eine Mehrzahl von Löchern, welche die Ölleitung mit einer Innenkammer des elektrischen Motors koppeln.
System nach Anspruch 10, ferner umfassend: eine Steuereinrichtung, die ausführbare Befehle in einem nicht-flüchtigen Speicher speichert, die bei ihrer Ausführung die Steuereinrichtung veranlassen zum: Strömenlassen von Öl aus der Ölpumpe zu einer Ölleitung des elektrischen Motors; und Strömenlassen von Öl aus der Ölleitung in die Innenkammer durch die Mehrzahl von Löchern als Reaktion darauf, dass ein Druck der Ölleitung höher ist als ein Druck der Innenkammer des elektrischen Motors.
System nach einem der Ansprüche 10 und 11, ferner einen Temperatursensor aufweisend, der so positioniert ist, dass er eine Temperatur des elektrischen Motors misst.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Innenfläche des Rotors eine Mehrzahl von Stiftkühlkörpern aufweist, die sich in die Innenkammer hinein erstrecken.