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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Kühlkreislauf zur Fluidkühlung der elektrischen Maschine, die insbesondere eine Antriebsmaschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs ist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung der elektrischen Maschine und des Kühlkreislaufs.
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Elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge sind im Stand der Technik bekannt. Sie weisen elektrische Maschinen auf, welche für den Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Diese elektrischen Maschinen weisen typischerweise einen Rotor und einen Stator auf, welche im Betrieb der elektrischen Maschine aufgrund des Stromflusses durch die stromdurchflossenen Leiter der elektrischen Maschine und aufgrund von Wirbelstromverlusten, Hystereseverlusten und anderen Verlusten eine thermische Beaufschlagung erfahren, so dass eine Kühlung der elektrischen Maschine notwendig wird.
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Im Stand der Technik ist beispielsweise die Statorkühlung zur Kühlung des Stators der elektrischen Maschinen vielfältig bekannt. Diesbezüglich wird auf die
DE 10 2016 101 705 A1 und die
DE 10 2019 117 893 A1 Bezug genommen.
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Zur Kühlung der elektrischen Maschine wird dabei ein Öl als Kühlfluid eingesetzt, welches durch die elektrische Maschine geleitet wird, um Wärme aufzunehmen. Das Kühlfluid wird dabei in einem Kühlkreislauf geführt, wo es über einen Kühler strömt, um Wärme beispielsweise an die Umgebungsluft oder anderweitig abzugeben. Dabei erwärmt sich das Kühlfluid über die typischen Betriebszustände der elektrischen Maschine auf unterschiedliche Temperaturen, was insgesamt zu unterschiedlichen Temperaturschwankungen und damit zu unterschiedlichen Volumenänderungen des Kühlfluids führt. Der Kühlkreislauf hat entsprechend zu allen Betriebszuständen die notwendige Kühlfluidversorgung zur Verfügung zu stellen und aufrecht zu erhalten. Da dies gegebenenfalls nicht immer gewährleistet werden kann, kann es zu Temperatur- und/oder Druckschwankungen im Kühlmittelkreislauf kommen, welche zu einer Schädigung der elektrischen Maschine führen könnten.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine mit einem Kühlkreislauf zu schaffen, welche einen sicheren Betrieb der elektrischen Maschine erlaubt. Auch ist es die Aufgabe, ein Verfahren zur Überwachung der elektrischen Maschine und des Kühlkreislaufs zu schaffen, welches einen sicheren Betrieb der elektrischen Maschine ermöglicht.
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Die Aufgabe zu der elektrischen Maschine mit dem Kühlkreislauf wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Kühlkreislauf eines Kühlfluids, wobei die elektrische Maschine insbesondere eine Antriebsmaschine eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs ist, wobei die elektrische Maschine mit einem Rotor und mit einem Stator ausgebildet ist, wobei der Stator und/oder der Rotor Fluidkanäle zur Durchströmung des Kühlfluids aufweist oder aufweisen, wobei der Stator und/oder der Rotor einen Kühlfluidzufluss und/oder einen Kühlfluidabfluss aufweist oder aufweisen, welche mit dem Kühlkreislauf in Fluidverbindung stehen, zum Einlassen des Kühlfluids in den Stator und/oder in den Rotor und zum Auslassen des Kühlfluids aus dem Stator und/oder aus dem Rotor zur Kühlung des Stators und/oder des Rotors, wobei der Kühlkreislauf zumindest eine Pumpe, einen Kühler zur Kühlung des Kühlfluids und einen Ausgleichsbehälter aufweist, wobei zumindest ein Temperatursensor zur Überwachung der Temperatur des Kühlfluids im Kühlkreislauf und/oder zumindest ein Drucksensor zur Überwachung des Drucks des Kühlfluids im Kühlkreislauf vorgesehen ist oder sind. Dadurch wird es möglich, die elektrische Maschine mit dem Kühlkreislauf zu überwachen, damit Störungen, wie beispielsweise Leckagen, im Hinblick auf das Kühlfluid frühzeitig erkennbar werden. So kann frühzeitig auf ein aufkommendes Problem hingewiesen werden, so dass gegebenenfalls frühzeitig Abhilfemaßnahmen eingeleitet werden können.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Temperatursensoren zur Überwachung der Temperatur des Kühlfluids im Kühlkreislauf und/oder eine Mehrzahl von Drucksensoren zur Überwachung des Drucks des Kühlfluids im Kühlkreislauf vorgesehen sind. Dadurch kann das Kühlfluid an verschiedenen Stellen im Kühlkreislauf überwacht werden, so dass insbesondere auch Überhitzungen des Fluids erkannt werden können, welche zu einer Degradierung des Kühlfluids führen könnten. Dabei kann beispielsweise die Temperatur des Kühlfluids im/am Ausgleichsbehälter, am oder nach dem Fluidausgang oder dem Kühlfluidabfluss der elektrischen Maschine, am oder vor dem Fluideingang oder dem Kühlfluidzufluss der elektrischen Maschine, nach dem Kühler vor oder nach der Pumpe durch Anordnung eines Temperatursensors überwacht werden. Auch kann beispielsweise der Druck des Kühlfluids im/am Ausgleichsbehälter, am oder nach dem Fluidausgang oder dem Kühlfluidabfluss der elektrischen Maschine, am oder vor dem Fluideingang oder dem Kühlfluidzufluss der elektrischen Maschine, nach dem Kühler vor oder nach der Pumpe durch Anordnung eines Drucksensors überwacht werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn weiterhin eine Überwachungs- und/oder - steuereinheit vorgesehen ist, welche mit dem zumindest einen Temperatursensor und/oder dem zumindest einen Drucksensor in Signalverbindung steht. Damit kann eine integrierte Überwachung und Steuerung erfolgen, so dass gezielt auf erkannte Störungen hingewiesen werden kann und es können gegebenenfalls Maßnahmen ergriffen werden, wenn die elektrische Maschine und/oder der Kühlkreislauf gefährdet sein sollte bzw. sollten.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die Überwachungs- und/oder -steuereinheit Daten von dem zumindest einen Temperatursensor und/oder von dem zumindest einen Drucksensor empfängt und auswertet und gegebenenfalls Steuersignale ausgibt. So kann aufgrund der gemessenen Daten von dem zumindest einen Temperatursensor und/oder von dem zumindest einen Drucksensor, welche Messwerte sind oder repräsentieren, eine Steuerung abgeleitet werden, um Störungen frühzeitig zu erkennen und um Maßnahmen einzuleiten.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die Steuersignale Signale zur Fahrerinformation, Signale zur Steuerung der Pumpe und/oder von zumindest einem optionalen Ventil und/oder der elektrischen Maschine sind. So kann beispielsweise eine optische und/oder akustische Anzeige erfolgen, so dass der Fahrer auf eine Störung des Kühlkreislaufs hingewiesen werden kann. Beispielsweise kann die Anzeige auch textuell erfolgen, dass beispielsweise zeitnah eine Werkstatt aufzusuchen ist und/oder das Fahrzeug nicht mehr oder nur noch in einem eingeschränkten Betriebsmodus zu bewegen ist. Auch kann ein Fehlerspeichereintrag erfolgen, so dass in einem nachfolgenden Werkstattbesuch die Störung erkannt bzw. nachvollzogen werden kann.
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Die Aufgabe zu dem Verfahren zur Überwachung wird mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Maschine mit einem Kühlkreislauf eines Kühlfluids, wobei die elektrische Maschine insbesondere eine Antriebsmaschine eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs ist, wobei die elektrische Maschine mit einem Rotor und mit einem Stator ausgebildet ist, wobei der Stator und/oder der Rotor Fluidkanäle zur Durchströmung des Kühlfluids aufweist oder aufweisen, wobei der Stator und/oder der Rotor einen Kühlfluidzufluss und/oder einen Kühlfluidabfluss aufweist oder aufweisen, welche mit dem Kühlkreislauf in Fluidverbindung stehen, zum Einlassen des Kühlfluids in den Stator und/oder in den Rotor und zum Auslassen des Kühlfluids aus dem Stator und/oder aus dem Rotor zur Kühlung des Stators und/oder des Rotors, wobei der Kühlkreislauf zumindest eine Pumpe, einen Kühler zur Kühlung des Kühlfluids und einen Ausgleichsbehälter aufweist, wobei zumindest ein Temperatursensor zur Überwachung der Temperatur des Kühlfluids im Kühlkreislauf und/oder zumindest ein Drucksensor zur Überwachung des Drucks des Kühlfluids im Kühlkreislauf vorgesehen ist oder sind, derart, dass mittels des zumindest einen Temperatursensors und/oder des zumindest einen Drucksensors die Temperatur des Kühlfluids und/oder der Druck des Kühlfluids überwacht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Überwachung der elektrischen Maschine mit dem Kühlkreislauf, damit Störungen, wie beispielsweise Leckagen, im Hinblick auf das Kühlfluid frühzeitig erkennbar werden. So wird frühzeitig auf ein aufkommendes Problem hingewiesen, so dass bedarfsweise frühzeitig Abhilfemaßnahmen eingeleitet werden können.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Überwachungs- und/oder -steuereinheit vorgesehen ist, welche mit dem zumindest einen Temperatursensor und/oder dem zumindest einen Drucksensor in Signalverbindung steht, wobei die Überwachungs- und/oder -steuereinheit Daten von dem zumindest einen Temperatursensor und/oder von dem zumindest einen Drucksensor empfängt und auswertet und gegebenenfalls Steuersignale ausgibt, wobei insbesondere die Steuersignale Signale zur Fahrerinformation, Signale zur Steuerung der Pumpe und/oder von zumindest einem optionalen Ventil und/oder der elektrischen Maschine sind. Damit wird es vorteilhaft möglich, Informationen zur Verfügung zu stellen und/oder Maßnahmen einzuleiten, um eine ernsthafte Gefährdung der elektrischen Maschine und des Kühlkreislaufs zu vermeiden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn Daten von dem zumindest einen Temperatursensor und/oder von dem zumindest einen Drucksensor, insbesondere fortlaufend, mit einem jeweiligen Referenzwert verglichen werden, um Abweichungen erkennen zu können. Damit können schnell Vergleiche herangezogen werden, um den aktuellen Zustand anhand der Messwerte mit Sollwerten vergleichen zu können.
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Beispielsweise können Referenzwerte für Temperatur und/oder Druck als Kennlinie oder als Kennfeld hinterlegt sein. So kann beispielsweise eine Kennlinie des Drucks über der Temperatur herangezogen werden, um die aktuellen Messwerte von Druck und Temperatur zu Sollwerten in Referenz zu setzen. Auch können Kennfelder verwendet werden, um eine komplexere Verknüpfung von Temperatur- und Druckwerten darzustellen.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn eine Kalibrierung des Referenzwerts oder der Referenzwerte durchgeführt wird, insbesondere nach einem vorbestimmten Ereignis und/oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer etc. So kann beispielsweise jährlich, zweijährlich oder seltener oder öfter eine Kalibrierung des Kühlkreislaufs und der elektrischen Maschine vorgenommen werden, um beispielsweise Alterungserscheinungen zu berücksichtigen. Dabei kann eine Kalibrierung auch vorgenommen werden, wenn das Kühlfluid getauscht worden ist oder wenn Komponenten getauscht worden sind, beispielsweise Schlauchleitungen, der Ausgleichsbehälter und/oder der Kühler etc. Durch die Kalibrierung kann das System wieder mit neuen, angepassten Referenzwerten für Temperatur und/oder Druck beispielsweise als Kennlinie oder als Kennfeld versorgt werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine mit einem Kühlkreislauf.
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Die 1 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 mit einem Kühlkreislauf 7. Die elektrische Maschine 1 ist insbesondere eine elektrische Maschine 1, die als eine Antriebsmaschine eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs eingesetzt ist. Eine solche elektrische Maschine 1 kann also in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, beispielsweise als alleinige elektrische Maschine 1 zum Antrieb von Rädern einer Achse des Kraftfahrzeugs oder aller Räder des Kraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine 1 kann beispielsweise auch mit einer weiteren elektrischen Maschine 1 eingesetzt werden, so dass beispielsweise jeweils eine elektrische Maschine 1 vorgesehen ist zum Antrieb von Rädern einer zugeordneten Achse des Kraftfahrzeugs.
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Die elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 2 und einen Stator 3 auf. Der Rotor 2 ist dabei um die Achse x-x verdrehbar angeordnet, wobei der Stator 3 in Bezug auf ein nur schematisch gezeigtes Motorgehäuse 16 feststehend angeordnet ist.
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Der Stator 3 ist dabei beispielsweise derart im Wesentlichen hohlzylinderförmig mit einer Außenwandung ausgebildet, dass er einen im Wesentlichen zylinderförmigen Raumbereich umgibt, in welchem der Rotor 2 verdrehbar angeordnet ist.
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Der Stator 3 und/oder der Rotor 2 weist oder weisen Fluidkanäle 4 auf, welche sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstrecken zur Durchströmung mittels eines Kühlfluids. Die Fluidkanäle 4 stehen mit einem Kühlfluidzufluss 5 und mit einem Kühlfluidabfluss 6 in Fluidverbindung. Der Stator 3 und/oder der Rotor 2 weisen einen Kühlfluidzufluss 5 und/oder einen Kühlfluidabfluss 6 auf, welche mit dem Kühlkreislauf 7 in Fluidverbindung stehen, zum Einlassen des Kühlfluids in den Stator 3 und/oder in den Rotor 2 und zum Auslassen des Kühlfluids aus dem Stator 3 und/oder aus dem Rotor 2 zur Kühlung des Stators 3 und/oder des Rotors 2.
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Als Kühlfluid kann beispielsweise ein Kühlöl eingesetzt werden, welches beispielsweise elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist, also dielektrisch ist. So kommen beispielsweise Mineralöle oder Silikonöle als Kühlöl in Frage, beispielsweise hochraffinierte Mineralöle oder dünnflüssige Silikonöle.
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Der Kühlkreislauf 7 weist zumindest eine Pumpe 8, einen Kühler 9 zur Kühlung des Kühlfluids und einen Ausgleichsbehälter 10 auf.
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Weiterhin ist bzw. sind zumindest ein Temperatursensor 11 zur Überwachung der Temperatur des Kühlfluids im Kühlkreislauf 7 und/oder zumindest ein Drucksensor 12 zur Überwachung des Drucks des Kühlfluids im Kühlkreislauf 7 vorgesehen.
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Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Temperatursensoren 11 zur Überwachung der Temperatur des Kühlfluids im Kühlkreislauf 7 und/oder eine Mehrzahl von Drucksensoren 12 zur Überwachung des Drucks des Kühlfluids im Kühlkreislauf 7 vorgesehen sind. Dadurch kann die Temperatur und/oder der Druck an verschiedenen Stellen im Kühlkreislauf 7 und/oder in der elektrischen Maschine 1 überwacht werden und so die Betriebsweise der elektrischen Maschine 1 und des Kühlkreislaufs 7 überwacht werden.
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Weiterhin ist eine Überwachungs- und/oder -steuereinheit 13 vorgesehen, welche mit dem zumindest einen Temperatursensor 11 und/oder dem zumindest einen Drucksensor 12 in Signalverbindung steht. Die Überwachungs- und/oder - steuereinheit 13 empfängt Daten von dem zumindest einen Temperatursensor 11 und/oder von dem zumindest einen Drucksensor 12 und wertet diese Daten aus und gibt gegebenenfalls Steuersignale 14 aus.
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Die Steuersignale 14 können dabei Signale zur Fahrerinformation, Signale zur Steuerung der Pumpe 8 und/oder von zumindest einem optionalen Ventil 15 und/oder von der elektrischen Maschine 1 sein. So kann beispielsweise der Fahrer des Kraftfahrzeugs durch akustische und/oder optische Informationen auf den Zustand der elektrischen Maschine 1 und/oder des Kühlkreislaufs 7 hingewiesen werden, so dass beispielsweise eine Handlungsempfehlung ausgegeben wird, beispielsweise in Bezug auf die Fahrweise, eine eingeschränkte Betriebsweise und/oder einen Werkstattbesuch etc.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung einer elektrische Maschine 1 mit einem Kühlkreislauf 7 eines Kühlfluids sieht dabei die Überwachung mittels zumindest eines Temperatursensors 11 zur Überwachung der Temperatur des Kühlfluids im Kühlkreislauf 7 und/oder mittels zumindest eines Drucksensors 12 zur Überwachung des Drucks des Kühlfluids im Kühlkreislauf 7 vor, derart, dass mittels des zumindest einen Temperatursensors 11 und/oder des zumindest einen Drucksensors 12 die Temperatur des Kühlfluids und/oder der Druck des Kühlfluids überwacht werden.
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Das Verfahren sieht vor, dass eine Überwachungs- und/oder -steuereinheit 13 vorgesehen ist und verwendet wird, welche mit dem zumindest einen Temperatursensor 11 und/oder dem zumindest einen Drucksensor 12 in Signalverbindung steht, wobei die Überwachungs- und/oder -steuereinheit 13 Daten, insbesondere Messdaten oder verarbeitete Messdaten, von dem zumindest einen Temperatursensor 11 und/oder von dem zumindest einen Drucksensor 12 empfängt und auswertet und gegebenenfalls Steuersignale 14 ausgibt, wobei insbesondere die Steuersignale 14 Signale zur Fahrerinformation, Signale zur Steuerung der Pumpe 8 und/oder von zumindest einem optionalen Ventil 15 und/oder der elektrischen Maschine 1 sind.
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Dabei ist beispielsweise vorteilhaft, wenn Daten von dem zumindest einen Temperatursensor 11 und/oder von dem zumindest einen Drucksensor 12, insbesondere fortlaufend, mit einem jeweiligen Referenzwert verglichen werden, um Abweichungen erkennen zu können. Dabei bedeutet fortlaufend, dass die Messwerterfassung im Wesentlichen fortlaufend erfolgt und diese Daten dann entsprechend im Wesentlichen fortlaufend mit einem jeweiligen Referenzwert verglichen werden.
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Die Referenzwerte für Temperatur und/oder Druck können beispielsweise als Kennlinie oder als Kennfeld hinterlegt sein. Es kann auch eine andere Hinterlegung vorgesehen sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei einem Ausführungsbeispiel eine Kalibrierung des Referenzwerts oder der Referenzwerte durchgeführt wird, insbesondere nach einem vorbestimmten Ereignis und/oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer etc.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrische Maschine
- 2
- Rotor
- 3
- Stator
- 4
- Fluidkanäle
- 5
- Kühlfluidzufluss
- 6
- Kühlfluidabfluss
- 7
- Kühlkreislauf
- 8
- Pumpe
- 9
- Kühler
- 10
- Ausgleichsbehälter
- 11
- Temperatursensor
- 12
- Drucksensor
- 13
- Überwachungs- und/oder -steuereinheit
- 14
- Steuersignal
- 15
- Ventil
- 16
- Motorgehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016101705 A1 [0003]
- DE 102019117893 A1 [0003]
