DE102021203045A1

DE102021203045A1 - Elektromotorkühlsystem

Info

Publication number: DE102021203045A1
Application number: DE102021203045.9A
Authority: DE
Inventors: Steven VANHEE; Maximilian Hombsch
Original assignee: Dana Belgium NV
Current assignee: Dana Belgium NV
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2021-09-30
Also published as: US20210305883A1; CN215221948U; US11515756B2

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Kühlen eines Elektromotors angegeben. Ein Elektromotor-Kühlsystem weist in einem Beispiel auf: einen Stator, der einen Rotor zumindest zum Teil umgibt, und einen Innenkanal, der sich axial durch den Rotor erstreckt und der einen Einlass und einen Auslass aufweist. Das Kühlsystem weist ferner einen Außenkanal mit einem mit dem Auslass des Innenkanals in Fluidverbindung stehenden Einlass und einem mit einem Einlass des Innenkanals in Fluidverbindung stehenden Auslass und ein Phasenwechselmaterial in dem Innenkanal und dem Außenkanal auf.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Kühlsysteme für Elektromotoren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die thermodynamischen Eigenschaften eines Motors wirken sich auf seine Leistung aus. Kühlmäntel (z.B. Wasser- oder Ölkühlmäntel), die einem Stator benachbart sind, werden in bestimmten Motoren verwendet, um Wärme von dem Stator und umgebenden Komponenten abzuleiten. Kühlsysteme dieses Typs verwenden üblicherweise aktiv gesteuerte Komponenten, wie etwa Pumpen und Ventile, um Kühlmittel in der Nähe des Motorständers umzuwälzen. Jedoch erhöhen aktiv gesteuerte Komponenten dieses Typs die Komplexität und die Kosten von Kühlsystemen. Ferner werden auch Steuerungsstrategien für aktive Kühlsysteme benötigt, was die Entwicklungskosten von Kühlsystemen weiter erhöht. Eine Erhöhung der Leistungsausgabe und Kompaktheit von elektrischen Motoren können Probleme mit der Motorkühlung weiter verschärfen. Ferner kühlt das aktive Kühlsystem den Rotor des Motors in manchen Motordesigns möglicherweise nicht ausreichend. Motorleistung und -effizienz können als Folge der nicht ausreichenden Motorkühlung verringert werden.
ABRISS
Um zumindest einige der vorstehend genannten Nachteile zu beheben, wird ein Elektromotor-Kühlsystem angegeben. In einem Beispiel weist das Elektromotor-Kühlsystem einen Stator auf, der einen Rotor zumindest zum Teil umgibt. Das Kühlsystem weist ferner einen Innenkanal auf, der sich axial durch den Rotor erstreckt und der einen Einlass und einen Auslass aufweist. Das Kühlsystem weist ferner einen Außenkanal mit einem mit dem Auslass des Innenkanals in Fluidverbindung stehenden Einlass und einem mit einem Einlass des Innenkanals in Fluidverbindung stehenden Auslass auf. Das Kühlsystem weist außerdem ein Phasenwechselmaterial in dem Innenkanal und dem Außenkanal auf. Somit wird ein Phasenwechselmaterial in dem Rotor verwendet, um den Rotor in einer kompakten Anordnung passiv und effizient zu kühlen. Motoreffizienz und -leistung können infolgedessen erhöht werden.
In einem anderen Beispiel kann das Phasenwechselmaterial dafür ausgelegt sein, konvektiv durch den Innen- und den Außenkanal zu zirkulieren, wenn es in einem flüssigen Zustand ist. Auf diese Weise kann eine stärkere Rotorkühlung erreicht werden, was die Motoreffizienz und -leistung weiter erhöht.
Man beachte, 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 stellt einen Elektromotor dar;
2 und 3 stellen unterschiedliche Querschnittsansichten eines ersten Beispiels eines Kühlsystems für einen Elektromotor dar.
4 und 5 stellen unterschiedliche Querschnittsansichten eines zweiten Beispiels eines Kühlsystems für einen Elektromotor dar.
6 und 7 stellen unterschiedliche Querschnittsansichten eines dritten Beispiels eines Kühlsystems für einen Elektromotor dar.
8 und 9 stellen unterschiedliche Querschnittsansichten eines vierten Beispiels eines Kühlsystems für einen Elektromotor dar; und
10 stellt ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotor-Kühlsystems dar.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin wird ein Elektromotor-Kühlsystem beschrieben, das dafür ausgelegt ist, die Menge an Wärme zu erhöhen, die von einem Rotor abgeleitet wird. Das Motorkühlsystem weist Kanäle mit Phasenwechselmaterial auf, die durch den Rotor verlaufen und die so entworfen sind, dass sie das Phasenwechselmaterial während bestimmter Betriebsbedingungen hindurch zirkulieren lassen. Auf diese Weise kühlt das Phasenwechselmaterial passiv den Rotor, was wiederum die Motoreffizienz erhöht. Das Phasenwechselmaterial kann ein Material des Fest-flüssig-Typs sein, das Wärme absorbiert und eine gewünschte Temperatur hält, solange es vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Es kann auch ein Material sein, das zwischen Flüssigkeits- und Gasphase wechselt, das eine Wärmeübertragung im Zuge des Siedens erhöht und seine Dichte im Übergang ändert, was in manchen Beispielen das Antreiben einer konvektiven Bewegung des Fluids als gewünschten Effekt haben kann. Genauer können in einem Beispiel die Kanäle in Metallrohre in einer Läuferkäfiganordnung in dem Rotor integriert sein. Diese Anordnung führt zu einem mehr raumsparenden Kühlsystem. In einem anderen Beispiel können die Kanäle des Phasenwechselmaterials Dauermagneten in dem Rotor benachbart sein und ermöglichen, dass die Magnete in einem größeren Maße strategisch gekühlt werden als andere Rotorabschnitte. In einem noch anderen Beispiel kann das Phasenwechselmaterial in Wärmerohren enthalten sein, die dafür ausgelegt sind, das Material durch Läuferkäfigstäbe zirkulieren zu lassen. Die oben genannten Gestaltungen von Motorkühlsystemen vergrößern die Wärmemenge, die während des Betriebs aus dem Rotor abgezogen wird, durch eine Anordnung, die im Vergleich zu aktiveren Kühlsystemen, die zum Beispiel Pumpen, Ventile usw. einschließen, relativ preiswert und raumsparend ist. Motorleistung und -effizienz können eine Folge der Motorkühlung sein.
1 zeigt eine High-Level-Abbildung eines Elektromotors und eines Motorkühlsystems. 2-9 sind Abbildungen unterschiedlicher Ausführungsformen von Elektromotor-Kühlsystemen, die dafür ausgelegt sind, Wärme über ein Phasenwechselmaterial von einem Rotor weg zu übertragen. 10 zeigt ein Verfahren, das in einem Kühlsystem verwendet wird, um ein Phasenwechselmaterial passiv durch den Rotor zirkulieren zu lassen.
1 stellt einen Elektromotor 100 dar, unter verschiedenen Betriebsbedingungen eingesetzt werden kann, unter anderem: in Automobilanwendungen (z.B. in leichten, mittelschweren und schweren Nutzfahrzeugen), industriellen Umgebungen, landwirtschaftlicher Ausrüstung usw. Zum Beispiel kann der Elektromotor 100 in einem Szenario eines Anwendungsfalls in ein Hybridfahrzeug oder ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) integriert sein.
Eine Reihe verschiedener geeigneter Elektromotorkonfigurationen können abhängig von den Gestaltungszielen der Endanwendung verwendet werden. Zum Beispiel kann der Motor ein Wechselstrom(AC)-Motor sein. AC-Motortypen schließen Motoren der asynchronen (z.B. solche mit Käfigläufern und mit Wickelläufern) und der synchronen Art ein. Synchronmotoren, wie etwa ein- und dreiphasige, können in bestimmten Ausführungsformen verwendet werden. Die Arten von dreiphasigen Motoren, die eingesetzt werden können, schließen solche ein, die mit Dauermagneten, Synchron-Reluktanz, als Hybrid-Synchrone (z.B. mit durch Dauermagnete unterstützter Synchron-Reluktanz), mit Synchron-Induktion und Hysterese gestaltet sind. In einem Szenario eines Anwendungsfalls kann ein asynchroner Käfigläufermotor verwendet werden, da er relativ preiswert ist, einfach in der Wartung ist und eine hohe Effizienz aufweist. Bleibt man bei dem Anwendungsfall des AC-Motors, so kann in anderen Fällen ein Synchronmotor mit Dauermagneten verwendet werden, weil er eine relativ hohe Umwandlungseffizienz hat.
Unabhängig vom spezifischen Typ des verwendeten Elektromotors weist der Elektromotor 100 ein Gehäuse 102 mit einer Wand 104 auf, die innere Komponenten, wie etwa einen Rotor 110 und einen Stator 112, umschließt. Detaillierter betrachtet ist der Motor 100 in 1 als Motor mit Innenrotor dargestellt, wo der Stator den Rotor zumindest zum Teil umgibt.
Der Rotor 110 weist in manchen Beispielen eine Rotorwelle 114 und einen magnetisch wechselwirkenden Teil 116 auf, der dafür ausgelegt ist, elektromagnetisch mit dem Stator 112 zu wechselwirken, um in einem Ausgabemodus ein Drehmoment zu erzeugen oder in einem regenerativen Modus elektrische Energie in dem Stator zu erzeugen. Somit kann der Motor 100 dafür ausgelegt sein, unter Verwendung von elektrischer Energie von einer Energiequelle 118 (z.B. einer Energiespeichervorrichtung wie etwa einer Batterie, einem Kondensator usw.) ein Ausgangsdrehmoment zu erzeugen. Der Elektromotor 100 weist eine elektrische Schnittstelle 120 auf, die als Sammelschiene ausgeführt ist. Jedoch kommen zahlreiche geeignete elektrische Schnittstellen, wie etwa Kabel, elektrische Anschlüsse, Kombinationen davon usw. in Betracht. Man beachte, dass elektrische Energie zwischen der Energiequelle 118 und der elektrischen Schnittstelle 120 übertragen werden kann. Diese Energieübertragung ist anhand eines Pfeils 122 angegeben.
Der magnetisch wechselwirkende Teil 116 des Rotors 110 kann in einem Beispiel dauermagnetisches Material einschließen. Jedoch kann der magnetisch wechselwirkende Teil 116 als Elektromagnet konfiguriert sein. In einem solchen Beispiel kann der Rotor 110 so konfiguriert sein, dass er elektrische Energie. (z.B. Dreiphasenstrom, Einphasenstrom usw.) von der elektrischen Schnittstelle 120 empfängt. Diese elektrische Energieübertragung kann über kabelgebundene und/oder kabellose Energieübertragungsvorrichtungen ausgeführt werden. Es sind Lager 124 gezeigt, die mit der Rotorwelle 114 gekoppelt sind. Die Lager sind als Kugellager dargestellt. Jedoch kommen auch andere geeignete Typen von Lagern, wie etwa Kugellager, Zapfenlager usw. in Betracht. Die Lager 124 ermöglichen eine Drehung der Rotorwelle 114 und stellen ihr eine radiale und/oder axiale Stütze bereit. Es ist auch gezeigt, dass die Rotorwelle 114 eine drehfähige Schnittstelle 126 aufweist, die dafür ausgelegt ist, eine Komponente 127 daran zu befestigen, die so gestaltet ist, dass sie eine Dreheingabe von dem Motor empfängt und in manchen Fällen ein Drehmoment an den Motor zur Regenerierung ausgibt. Zum Beispiel kann in dem Beispiel des Fahrzeug-Anwendungsfalls die drehfähige Schnittstelle 126 mit einer Welle in einem Getriebekasten gekoppelt sein. Jedoch kann der Motor, wie bereits erörtert, in einer Reihe verschiedener Betriebsumgebungen eingesetzt werden.
Ein Kühlsystem 130, das schematisch in 1 abgebildet ist, ist in dem Rotor 110 bereitgestellt. Das Kühlsystem 130 kann ein passives Kühlsystem sein, das ein Phasenwechselmaterial verwendet, um Rotorwärme zu absorbieren und die thermische Energie von dem Rotor weg zu übertragen. Detaillierte Ausführungsformen von Kühlsystemen sind in 2-9 gezeigt und werden hierin ausführlicher beschrieben.
Die Drehachse 180 des Motors ist in 1 ebenso wie in 2-9 als Bezug angegeben. Man beachte, dass eine radiale Richtung jede Richtung ist, die senkrecht zur Achse 180 ist. Ein Achsensystem 190, das eine x-Achse, eine y-Achse und eine z-Achse einschließt, ist in 1-9 ebenfalls als Bezug angegeben. In einem Beispiel kann die z-Achse eine vertikale Achse sein, kann die x-Achse eine Querachse sein und/oder kann die y-Achse eine Längsachse sein. Die Achsen können in anderen Beispielen jedoch auch andere Ausrichtungen aufweisen.
Der Stator 112 weist einen Abschnitt 128 (z.B. einen Kern) auf. Der Abschnitt 128 ist dafür ausgelegt, elektrische Energie von der elektrischen Schnittstelle 120 zu empfangen oder elektrische Energie zu ihr fließen zulassen. Zum Beispiel können Drähte, Schaltkreise usw. verwendet werden, um die oben genannte Übertragung elektrischer Energie zu erreichen. Der Abschnitt kann aus einem elektrisch leitenden Material wie etwa Kupfer, Eisen, Aluminium, Kombinationen davon gebildet sein.
Der Elektromotor 100 kann mit einem Steuersystem 150 mit einer Steuereinrichtung 152 gekoppelt sein. Die Steuereinrichtung 152 weist einen Prozessor 154 (z.B. eine Mikroprozessoreinheit) und einen Speicher 156 (z.B. einen Random Access Memory, einen Read Only Memory, einen Keep Alive Memory usw.) auf. Der Speicher 156 kann Befehle enthalten, die in ihm gespeichert sind und die, wenn sie von dem Prozessor abgearbeitet werden, die Steuereinrichtung 152 veranlassen, die verschiedenen hierin beschriebenen Verfahren, Steuertechniken usw. durchzuführen.
Die Steuereinrichtung 152 kann dafür ausgelegt sein, Steuerbefehle an Systemkomponenten 158 zu senden sowie Signale von Sensoren 160 und anderen geeigneten Komponenten zu empfangen. Die steuerbaren Komponenten können den Elektromotor 100 (z.B. den Stator des Motors) einschlie-ßen. Es sei klargestellt, dass die steuerbaren Komponenten Stellglieder einschließen können, um die Justierung der Komponenten zu ermöglichen. Die Sensoren können einen Motortemperatursensor 162, einen Motordrehzahlsensor 164 usw. einschließen. Somit kann die Steuereinrichtung 152 die Ausgabe des Motors anpassen.
2-9 stellen verschiedene Ausführungsformen eines Kühlsystems für einen Elektromotor dar. Man beachte, dass die Kühlsysteme und Rotor von Elektromotoren, die in 2-9 gezeigt sind, Ausführungsformen des Elektromotors 100 und des Kühlsystems 130 sind, die in 1 abgebildet sind. Somit können die strukturellen und funktionalen Merkmale des Elektromotors 100 und des Kühlsystems 130, die oben mit Bezug auf 1 beschrieben sind, in jeder der Ausführungsformen für Motorkühlsysteme, die in 2-9 dargestellt sind, enthalten sein, und umgekehrt.
Nun wird konkret 2 betrachtet, die ein Kühlsystem 200 in einem Rotor 204 eines Elektromotors abbildet. Der Rotor 204 weist einen Läuferkäfig 206 mit einer Mehrzahl von Rohren 208 auf. Der Rotor 204 weist außerdem einen Kern 210 auf. Man beachte, dass ein Läuferkäfig leitende Stäbe aufweist, die in 2 als Rohre ausgeführt sind, die sich axial durch den Rotor erstrecken. In manchen Beispielen sind die leitenden Stäbe parallel zu der Drehachse 180 des Rotors angeordnet. Jedoch können die leitenden Läuferkäfigstäbe in anderen Beispielen in Bezug auf eine axiale Ausrichtung leicht schräg verlaufen. Ferner kann der Läuferkäfig in bestimmten Ausführungsformen Endplatten oder -ringe aufweisen, die an den leitenden Stäben angebracht sind und die auf einander entgegengesetzten axialen Seiten des Käfigs angeordnet sind. Die Endplatten oder -ringe können in bestimmten Ausführungsformen als elektrische Kurzschlusseinrichtungen in dem Läuferkäfig fungieren.
Der Rotorkern 210 kann in einem Beispiel aus massivem oder laminiertem magnetischem Stahl gefertigt sein. Genauer kann der Rotorkern 210 in manchen Fällen Stahllaminierungen aufweisen. Jedoch können in anderen Beispielen andere Kernmaterialien verwendet werden. Außerdem sind die Rohre 208 in einer um die Drehachse 180 symmetrischen Anordnung dargestellt. Auf diese Weise können Rotationsungleichgewichte in dem Rotor verringert werden. Jedoch kommen auch nicht-symmetrische Läuferkäfigrohranordnungen in Betracht. Die Rohre 208 sind auch an Positionen gezeigt, wo sie an eine periphere Oberfläche 212 des Rotors 204 angrenzen. Jedoch kommen auch andere Rohranordnungen in Betracht.
Die Rohre 208 weisen jeweils ein Metallgehäuse 214 auf, das ein Inneres umgibt. Das Metallgehäuse 214 kann in einem Beispiel aus Kupfer gefertigt sein. Jedoch können auch andere leitende Metalle, wie etwa Aluminium, verwendet werden, um das Gehäuse zu fertigen. Die Endplatten oder -ringe in dem Läuferkäfig können in manchen Ausführungsformen auch aus Kupfer oder Aluminium gefertigt sein, um die Kurzschlussfunktionalität zu erzielen.
Die Rohre 208 sind in der Ausführungsform, die in 2 abgebildet ist, als Wärmerohre gefertigt. Somit können die Rohre 208 in einem Beispiel einen zentralen Kern 216 aufweisen, der mit einem Fluid (z.B. einem Phasenwechselmaterial) 218 gefüllt ist, mit einem wie ein Docht wirkenden Material, das den zentralen Kern umgibt. Das wie ein Docht wirkende Material kann in manchen Ausführungsformen von den Wärmerohren weggelassen werden. In diesen Ausführungsformen übernehmen die Zentrifugalkräfte die Rolle des axialen Verteilens der flüssigen Phase innerhalb des zentralen Kerns über der Länge des Rohrs. Jedoch kommen auch andere geeignete Wärmerohrkonfigurationen in Betracht. Man beachte, dass die Wärmerohre Verdampfung und Kondensation nutzen, um die Wärmeübertragung anzutreiben. Thermische Energie kann als Ergebnis der Wärmeübertragung aus dem Rotor gezogen werden, wodurch in manchen Fällen die Motorleistung und -effizienz erhöht werden. Eine Schnittebene 250, die die Stelle der Querschnittsansicht von 3 angibt, ist in 2 ebenfalls angegeben.
3 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht des Kühlsystems 200 und des Rotors 204. Wieder sind der Rotor 204 und der Rotorkern 210 mit den darin angeordneten Rohren 208 dargestellt. Die Rohre 208 mit dem zentralen Kern 216 und das darin befindliche, wie ein Docht wirkende Material 218 sind in 3 ebenfalls gezeigt. Der gezeigte zentrale Kern 216 erstreckt sich axial über die Rohre zwischen zwei axialen Seiten des Metallgehäuses 214. Jedoch kommen auch andere Anordnungen des zentralen Kerns in Betracht. Zum Beispiel kann das wie ein Docht wirkende Material 218 in anderen Ausführungsformen zwischen den axialen Enden des zentralen Kerns 216 und dem Metallgehäuse 214 positioniert sein. Durch diese Anordnung des wie ein Docht wirkenden Materials kann/können in manchen Fällen die Kondensationsrate und/oder die Verdampfung in dem Wärmerohr erhöht werden. Jedoch kommen auch andere geeignete Wärmerohrkonfigurationen in Betracht. Die Metallgehäuse 214 der Rohre 208, die in dem Rotor 204 angeordnet sind, sind in 3 ebenfalls abgebildet.
Die gezeigten Rohre 208 erstrecken sich axial zwischen axialen Endplatten 300, die auf einander entgegengesetzten axialen Seiten 302 des Rotors 204 positioniert sind. Genauer können sich die Rohre 208 in die Endplatten 300 hinein erstrecken, um die Menge an thermischer Energie, die zwischen ihnen geleitet wird, zu erhöhen. Jedoch können in anderen Beispielen andere Rohr-Platte-Anordnungen verwendet werden. Die Endplatten 300 können Lamellen 304 aufweisen. Die gezeigten Lamellen 304 erstrecken sich weg von dem Rotor 204. Jedoch kommen auch andere Lamellenprofile in Betracht. Die Lamellen machen es möglich, eine größere Menge an Wärme aus dem Rotor in die umgebende Luft abzuziehen, wodurch die Motoreffizienz und -leistung erhöht werden. Die gezeigten Endplatten 300 erstrecken sich radial über dem Rotor zwischen zwei von den Rohren 208, die einander radial entgegengesetzt angeordnet sind. Jedoch können die Endplatten in anderen Beispielen das Profil eines Ringes aufweisen, der rings um eine Peripherie des Rotors verläuft.
4 stellt ein Kühlsystem 400 und einen Rotor 404 dar, die in einem Elektromotor enthalten sein können. Wiederum weist der Rotor 404 einen Kern 406 und einen Läuferkäfig 408 mit einer Mehrzahl von Außenrohren 410 auf. Die Außenrohre 410 weisen jeweils ein Metallgehäuse 412 auf, das einen Kanal 414 umgibt, der auch als Außenkanal bezeichnet wird. Das Metallgehäuse kann in einem Beispiel aus Kupfer gefertigt sein. Jedoch können auch andere leitende Metalle, wie etwa Aluminium, verwendet werden, um das Rohrgehäuse zu fertigen.
Ein Phasenwechselmaterial 416 ist in jedem von den Außenkanälen 414 enthalten. Der Typ des Phasenwechselmaterials, das in den Rohren verwendet wird, kann auf Basis des erwarteten Betriebstemperaturbereichs des Motors ausgewählt werden. So kann das Phasenwechselmaterial in bestimmten Beispielen von Anwendungsfällen Paraffin, Gallium, Natriumsulfat, Natrium-Kalium-Legierungen usw. einschließen. Das Phasenwechselmaterial kann daher abhängig von der Temperatur des Rotors einen festen, flüssigen und/oder Dampfzustand aufweisen. Konkret kann das Phasenwechselmaterial so ausgewählt werden, dass es während eines Motorbetriebs Übergänge zwischen einem flüssigen und einem Dampfzustand vollzieht. Jedoch kann das Phasenwechselmaterial in anderen Beispielen so ausgewählt werden, dass es während eines Motorbetriebs Übergänge zwischen einem festen und einem flüssigen Zustand vollzieht. Das Phasenwechselmaterial kann auf Basis des erwarteten Betriebstemperaturbereichs des Motors, der Eigenschaften des Materials (z.B. einer Viskosität in einem flüssigen Zustand, einer Wärmeleitfähigkeit, einer elektrischen Leitfähigkeit, die zu den Leitern des Läuferkäfigs beiträgt, usw.), der erwarteten Betriebsumgebung des Motors usw. ausgewählt werden. Ferner kann es sein, dass in bestimmten Beispielen für Anwendungsfälle der Phasenwechsel in dem ausgewählten Material zwischen 0 °C und 60 °C nicht auftritt. In einem solchen Anwendungsfall kann das Phasenwechselmaterial als Kühlflüssigkeit dienen und zu der elektrischen Leitfähigkeit des Läuferkäfigs beitragen, auch wenn ein Phasenwechsel in dem Material in dem Bereich der Betriebstemperatur des Motors nicht auftreten könnte. Ein Innenrohr 418 (z.B. ein zentrales Rohr) ist ebenfalls in dem Kühlsystem 400 enthalten. Das Innenrohr 418 weist ein Metallgehäuse 420 auf, das einen Kanal 422 umgibt, der auch als Innenkanal bezeichnet wird. Das Metallgehäuse kann aus Kupfer, Aluminium usw. gefertigt sein. Das Phasenwechselmaterial 416 ist auch innerhalb des Gehäuses 420 des Innenrohrs 418 eingeschlossen. In einem Beispiel kann das Innenrohr 418 koaxial zu einer Drehachse des Rotors angeordnet sein. Jedoch kommen auch alternative Positionen für das Innenrohr in Betracht.
Das Innenrohr 418 und die Außenrohre 410 können über Verbindungskanäle 500 und 502, die in 5 gezeigt sind und hierin näher beschrieben werden, in Fluidverbindung stehen. Eine solche Fluidverbindung der Rohre ermöglicht dem Phasenwechselmaterial, durch die Rohre zu zirkulieren, um Wärme von dem Rotor abzuleiten. Die Effizienz und die Leistung des Motors können infolgedessen erhöht werden. Eine Schnittebene 450, die die Stelle der Querschnittsansicht von 5 angibt, ist in 4 ebenfalls angegeben. In anderen Ausführungsformen kann jedoch ein Teil der Außenrohre mit dem Innenrohr in Fluidverbindung stehen, während ein anderer Teil des Rohres fluidtechnisch relativ isoliert ist. In einer noch anderen Ausführungsform können zwei oder mehr von den Außenrohren hintereinander in Fluidverbindung miteinander stehen.
5 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht des Kühlsystems 400 und des Rotors 404. Wiederum sind das Innenrohr 418 und die Außenrohre 410 in dem Rotor 404 dargestellt. Es ist ebenfalls gezeigt, dass sich die Verbindungskanäle 500 und 502 zwischen dem Innenrohr 418 und einem von den Außenrohren 410 erstrecken. Man beachte jedoch, dass die anderen Außenrohre in bestimmten Ausführungsformen auf ähnliche Weise mit dem Innenrohr verbunden sein können. Ferner sind die zentralen Achsen der Verbindungskanäle 500 und 502 in der dargestellten Ausführungsform radial ausgerichtet. Jedoch können die Verbindungskanäle in anderen Beispielen gekrümmte Abschnitte aufweisen.
Ein Auslass 504 des Innenrohrs 418 steht mit einem Einlass 506 des Außenrohrs 410 über den Verbindungskanal 502 in Fluidverbindung. Außerdem steht ein Einlass 508 des Innenrohrs 418 mit einem Auslass 510 des Außenrohrs 410 über den Verbindungskanal 500 in Fluidverbindung. Außerdem ist der Verbindungskanal 502 außerhalb des Rotorkerns 406 angeordnet, um eine Wärmeübertragung von den Rohren auf die Umgebung zu ermöglichen. Im Gegensatz dazu ist der Verbindungskanal 500 innerhalb des Rotorkerns 406 positioniert. Pfeile 512 geben die allgemeine Richtung des Stroms des Phasenwechselmaterials während eines konvektiven Kühlbetriebs an. Somit strömt das Phasenwechselmaterial 416 von dem Außenrohr 410 durch den Verbindungskanal 500, durch das Innenrohr 418 und dann durch den Verbindungskanal 502. Auf diese Weise kann der Rotor passiv gekühlt werden. Man beachte, dass das Phasenwechselmaterial in manchen Ausführungsformen ohne die Verwendung einer Pumpe durch die Rohre zirkulieren kann. Bei einem Betrieb ohne Pumpe nimmt das Fluid in dem gekühlten Verbindungskanal 502 in Bezug auf den nicht gekühlten Verbindungskanal 500 an dem Außenumfang eine höhere Dichte an und baut einen höheren Fluiddruck auf. Dies bewirkt einen Strom von der Hochdruckregion zu der Tiefdruckregion. In einem anderen Beispiel kann der Verbindungskanal 502 Wärmelamellen aufweisen, die sich von seinem Außengehäuse aus erstrecken, um die Rotorkühlung weiter zu verstärken.
6 ist eine Abbildung eines noch anderen Kühlsystem 600 und eines Rotor 604 ab, die in einem Elektromotor enthalten sein können. Der Rotor 604 in der in 6 dargestellten Ausführungsform weist Dauermagnete 606 auf, die rings um einen Kern 608 des Rotors angeordnet sind. Genauer können die Dauermagnete 606 einen Teil der Außenfläche 609 des Rotors bilden. Jedoch können die Magnete in anderen Beispielen von dem Kernmaterial umschlossen sein. Das Kühlsystem 600 weist einen Innenkanal 610 und Außenkanäle 612 auf, in denen jeweils ein Phasenwechselmaterial 614 eingeschlossen ist. Das Phasenwechselmaterial kann eines der oben beschriebenen Materialien sein (z.B. ein Material, das zwischen flüssiger und Dampfphase wechselt, oder ein Material, das zwischen fester und flüssiger Phase wechselt). Genauer ist der Innen- und sind die Außenkanäle durch den Rotorkern 608 hindurch geführt. Die gezeigten Außenkanäle 612 sind zwischen den Dauermagneten 606 angeordnet, wodurch eine Magnetkühlung erzielt wird. Der Innenkanal 610 und der Außenkanal 612 stehen in Fluidverbindung miteinander, so dass das Phasenwechselmaterial 614 zwischen ihnen strömt, wenn es in einer flüssigen Phase ist. Die Außenkanäle 612 weisen in der dargestellten Ausführungsform außerdem ein gekrümmtes Querschnittsprofil auf. Dieses gekrümmte Profil ermöglicht es, die Außenkanäle zwischen den Dauermagneten 606 anzuordnen und einen Teil der Außenfläche 609 des Rotors mit ihnen zu bilden. Jedoch können die Außenkanäle in anderen Ausführungsformen auch ein anderes geeignetes Profil aufweisen (z.B. kreisförmig, oval, mehreckig usw.). Eine Schnittebene 650, die die Stelle der Querschnittsansicht von 7 angibt, ist in 6 ebenfalls angegeben.
7 zeigt eine Querschnittsansicht des Kühlsystems 600. Der Innenkanal 610 und die Außenkanäle 612 in dem Rotor 604 sind wiederum zusammen mit den Dauermagneten dargestellt. Außerdem sind auch Verbindungskanäle 700 und 702 gezeigt, die sich radial zwischen dem Innen- und den Außenkanälen 610 und 612 erstrecken. Einlässe und Auslässe der Verbindungskanäle stehen wiederum in Fluidverbindung mit dem Innen- und den Außenkanälen, wodurch es möglich ist, das Phasenwechselmaterial 614 unter bestimmten Betriebsbedingungen in dem Kühlsystem zirkulieren zu lassen. Der Verbindungskanal 700 ist innerhalb des Rotorkerns 608 positioniert. Im Gegensatz dazu ist der Verbindungskanal 702 außerhalb des Rotorkerns 608 angeordnet, um eine Wärmeübertragung von dem Phasenwechselmaterial 614 auf die Umgebung zu ermöglichen. Pfeile 705 geben die allgemeine Richtung des Stroms des Phasenwechselmaterials durch die Kühlsystemkanäle während eines konvektiven Zirkulierens des Materials an.
Der äußere Verbindungskanal 702 weist Lamellen 706 auf, durch die eine größere Wärmemenge auf die Umgebung übertragen werden kann. Die gezeigten Lamellen 706 erstrecken sich axial sowohl in Auswärts- als auch in Einwärtsrichtung. Jedoch können sich die Lamellen in anderen Beispielen auch nur in der Auswärtsrichtung erstrecken. Man beachte, dass eine radiale Einwärtsrichtung parallel zu der Drehachse 180 ist und zu dem Rotorkern 608 hin verläuft.
8-9 sind Abbildungen einer anderen Ausführungsform eines Kühlsystems 800 in einem Rotor 802 eines Elektromotors. Betrachtet man konkret 8, so weist der Rotor 802 wiederum Dauermagnete 804 auf, die in einem Kern 806 des Rotors angeordnet sind. Das Kühlsystem 800 weist einen Innenkanal 808 und Außenkanäle 810 auf, in denen jeweils ein Phasenwechselmaterial 812 eingeschlossen ist. Das Phasenwechselmaterial kann eines der oben beschriebenen Materialien sein (z.B. ein Material, das zwischen flüssiger und Dampfphase wechselt, oder ein Material, das zwischen fester und flüssiger Phase wechselt). Der Innen- und die Außenkanäle sind durch den Rotorkern 806 hindurch geführt. Der Innenkanal 808 und der Außenkanal 810 sind so gestaltet, dass das Phasenwechselmaterial 814 zwischen ihnen strömen kann.
Auf diese Weise kann das Phasenwechselmaterial zum Kühlen durch den Rotorkern zirkulieren gelassen werden. Eine Schnittebene 850, die die Stelle der Querschnittsansicht von 9 angibt, ist in 8 ebenfalls dargestellt.
Die Querschnittsansicht von 9 zeigt wiederum den Rotor 802 mit den Dauermagneten 804 und das Kühlsystem 800, das den Innenkanal 808 und den Außenkanal 810 mit dem darin befindlichen Phasenwechselmaterial 812 aufweist. In der dargestellten Ausführungsform stellen die äußeren Verbindungskanäle 900 und der innere Verbindungskanal 902 eine Fluidverbindung zwischen dem Innenkanal 808 und den Außenkanälen 810 bereit. Die Verbindungskanäle erstrecken sich daher in einer radialen Richtung, und die inneren Verbindungskanäle ist zwischen den äußeren Verbindungskanälen angeordnet. Jedoch können in anderen Beispielen andere Anordnungen der Kühlsystemkanäle verwendet werden. Wärmelamellen 903, die sich von dem Rotor 802 aus erstrecken (die sich z.B. axial erstrecken), können ebenfalls in dem Kühlsystem 800 enthalten sein. Detaillierter betrachtet erstrecken sich die Lamellen von einander entgegengesetzten Seiten des Rotors aus. Auf diese Weise kann während eines Rotorbetriebs Wärme von dem Phasenwechselmaterial, das durch die äußeren Verbindungskanäle strömt, mittels Wärmeübertragung durch die Lamellen auf die Umgebung übertragen werden. Jedoch können sich die Lamellen in anderen Beispielen von nur einer axialen Seite des Rotors aus erstrecken oder von dem Kühlsystem weggelassen werden.
Pfeile 904 geben eine allgemeine Richtung eines Stroms des Phasenwechselmaterials 812 an. Wie dargestellt, strömt das Phasenwechselmaterial 812 somit axial einwärts in den Außenkanal 810 und dann radial einwärts durch den inneren Verbindungskanal 902. Anschließend strömt das Phasenwechselmaterial radial auswärts durch die äußeren Verbindungskanäle 900. auf diese Weise zirkuliert das Phasenwechselmaterial von äußeren Regionen des Rotors aus, wo mittels der Lamellen 903 und des Rotorkerns 806 Wärme auf die Umgebung übertragen wird. Man beachte, dass es durch die Lenkung des Phasenwechselmaterials 812 durch den inneren Verbindungskanal 902 möglich ist, im Vergleich zu anderen Kühlsystemen, wie etwa dem System, das in 6-7 abgebildet ist, zusätzliche Wärme von dem Rotorkern abzuleiten. Die Motoreffizienz kann als Folge der zusätzlichen Kühlung erhöht werden.
1-9 zeigen beispielhafte 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. 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). Außerdem können Elemente, die koaxial zueinander sind, in einem Beispiel als solche bezeichnet werden. 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. In anderen Beispielen können gegeneinander versetzte Elemente als solche bezeichnet werden.
10 zeigt ein Verfahren 1000 zum Betätigen eines Elektromotor-Kühlsystems. Das Verfahren 1000 kann von jedem der Elektromotoren und Kühlsysteme oder von Kombinationen der Elektromotoren und Kühlsysteme, die oben unter Bezugnahme auf 1-9 beschrieben wurden, implementiert werden. Jedoch kann das Verfahren 1000 in anderen Ausführungsformen von anderen geeigneten Elektromotoren oder Kühlsystemen implementiert werden. Man beachte, dass zumindest ein Teil der Schritte in dem Verfahren passiv implementiert werden kann. Ferner sei klargestellt, dass das Verfahren in manchen Fällen während eines Motorbetriebs ausgeführt werden kann, bei dem der Motor entweder eine Drehausgabe produziert oder in einem Regenerationsmodus ist. Man beachte außerdem, dass der Motorbetrieb über Befehle ausgeführt werden kann, die in einem Speicher gespeichert sind und die von einem Prozessor abgearbeitet werden können, wie bereits erörtert.
Bei 1002 schließt das Verfahren während einer Betriebsbedingung, bei der zumindest ein Teil des Phasenänderungsmaterials in einem flüssigen Zustand ist, das konvektive Zirkulieren des Phasenwechselmaterials durch den Innenkanal und einen Außenkanal in dem Rotor ein. Genauer kann das konvektive Zirkulieren des Phasenwechselmaterials durch den Innenkanal und den Außenkanal das Strömen lassen des Phasenwechselmaterials von dem Innenkanal zu dem Außenkanal über radial ausgerichtete Verbindungskanäle einschließen. Detaillierter betrachtet kann der Rotor in einer Ausführungsform an seinem Außendurchmesser am wärmsten sein. In einer solchen Ausführungsform kann das Phasenwechselmaterial in dem Außenrohr von flüssig auf dampfförmig übergehen. Da der Dampf eine geringere spezifische Masse aufweist als die Flüssigkeit, wird der Dampf durch Zentrifugalkräfte, die auf die Flüssigkeit an der nicht gekühlten Seite des Motors wirken, über die gekühlte Seite des Rotors zum Innenrohr gedrängt. Auf diese Weise kann thermische Energie über ein Phasenwechselmaterial passiv von dem Rotor abgeleitet werden. Man beachte, dass die Betriebsbedingungen eine Bedingung einschließen, wo die Rotortemperatur höher ist als ein Phasenwechsel-Temperaturschwellenwert des Phasenwechselmaterials. Der Temperaturschwellenwert kann in einem konkreten Szenario eines Anwendungsfalls in einem Bereich zwischen 50 °C und 150 °C liegen. Genauer kommen Bereiche wie etwa 50 °C bis 100 °C und 100 °C bis 150 °C in Betracht. Jedoch können das Phasenwechselmaterial und sein entsprechender Phasenwechsel-Temperaturschwellenwert auf Basis der erwarteten Betriebstemperatur, Drehzahl, Materialkonstruktion usw. des Motors ausgewählt werden.
Als nächstes beinhaltet das Verfahren bei 1004 eine Übertragung von Wärme von dem Phasenwechselmaterial auf die Umgebung. Auf diese Weise kann die Wärme, die über das Phasenwechselmaterial absorbiert worden ist, an die Umgebung abgegeben werden, um eine Rotorkühlung zu erzielen.
Das Kühlsystem und das passive Wärmeableitungsverfahren haben die technische Wirkung, die Rotortemperatur unter Verwendung einer preiswerten und kompakten Anordnung zu senken. Infolgedessen können die Effizienz und die Leistung des Motors unter Verwendung eines relativ preiswerten und raumsparenden Systems erhöht werden.
Die Erfindung wird in den folgenden Abschnitten näher beschrieben. In einem Aspekt wird ein Elektromotor-Kühlsystem angegeben, das umfasst: einen Stator, der einen Rotor zumindest zum Teil umgibt; einen Innenkanal, der sich axial durch den Rotor erstreckt und der einen Einlass und einen Auslass aufweist; einen Außenkanal mit einem Einlass, der mit dem Auslass des Innenkanals in Fluidverbindung steht, und einem Auslass, der mit einem Einlass des Innenkanals in Fluidverbindung steht; und ein Phasenwechselmaterial in dem Innenkanal und dem Außenkanal.
In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum passiven Kühlen eines Elektromotors angegeben, das ein konvektives Zirkulieren lassen des Phasenwechselmaterials durch einen Innenkanal und einen Außenkanal während einer Betriebsbedingung umfasst, bei der zumindest ein Teil eines Phasenänderungsmaterials in einem flüssigen Zustand ist, wobei sich sowohl der Innenkanal als auch der Außenkanal axial durch einen Rotor erstrecken, der zumindest zum Teil rings von einem Stator umgeben ist.
In einem noch anderen Aspekt wird ein passives Elektromotor-Kühlsystem angegeben, das umfasst: einen Stator, der einen Rotor zumindest zum Teil umgibt; einen Innenkanal, der sich axial durch den Rotor erstreckt und der einen Einlass und einen Auslass aufweist; einen Außenkanal mit einem Einlass, der mit dem Auslass des Innenkanals in Fluidverbindung steht, und einem Auslass, der mit einem Einlass des Innenkanals in Fluidverbindung steht; und ein Phasenwechselmaterial in dem Innenkanal und dem Außenkanal; wobei das Phasenwechselmaterial dann, wenn zumindest ein Teil des Phasenwechselmaterials eine Flüssigkeit ist, konvektiv durch den Innenkanal und den Außenkanal zirkuliert.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann das Phasenwechselmaterial dafür ausgelegt sein, während einer Betriebsbedingung, bei der zumindest ein Teil des Phasenwechselmaterials in einem flüssigen Zustand ist, konvektiv durch den Innenkanal und den Außenkanal zu zirkulieren.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann das Kühlsystem ferner einen ersten radialen Verbindungskanal, der sich von dem Auslass des Innenkanals zu dem Einlass des Außenkanals erstreckt, und einen zweiten radialen Verbindungskanal, der sich von dem Einlass des Innenkanals zu dem Auslass des Außenkanals erstreckt, umfassen.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination der Aspekte kann der zweite radiale Verbindungskanal außerhalb eines Rotorkörpers positioniert sein.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann der zweite radiale Verbindungskanal eine Mehrzahl von Rippen aufweisen, die sich in einer axialen Richtung erstrecken.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten können der Innenkanal und der Außenkanal jeweils von einem Metallgehäuse umgeben sind, in dem das Phasenwechselmaterial eingeschlossen ist.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann das Metallgehäuse Kupfer enthalten.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann sich der Außenkanal zwischen zwei axialen Endplatten erstrecken, die auf einander entgegengesetzten axialen Seiten des Rotors positioniert sind.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann der Innenkanal koaxial zu einer Drehachse des Rotors angeordnet sein.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann der periphere Kanal Dauermagneten in dem Rotor benachbart sein.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann der Elektromotor ein Induktionsmotor sein.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann der Elektromotor ein Käfigläufer-Induktionsmotor sein.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann das konvektive Zirkulieren lassen des Phasenwechselmaterials durch den Innenkanal und den Außenkanal das Strömen lassen des Phasenwechselmaterials von dem Innenkanal zu dem Außenkanal durch einen ersten radialen Verbindungskanal und von dem Außenkanal zu dem Innenkanal durch einen zweiten radialen Verbindungskanal einschließen.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann der Elektromotor ein Induktionsmotor sein, kann der Außenkanal ein Metallrohr sein, in dem sich das Phasenwechselmaterial befindet, und kann das Metallrohr mit zwei axialen Endplatten gekoppelt sein, die auf einander entgegengesetzten axialen Seiten des Rotors positioniert sind.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann der Rotor einen Dauermagneten aufweisen, der dem Außenkanal benachbart ist.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann das Kühlsystem ferner einen ersten radialen Verbindungskanal, der sich von dem Auslass des Innenkanals zu dem Einlass des Außenkanals erstreckt, und einen zweiten radialen Verbindungskanal, der sich von dem Einlass des Innenkanals zu dem Auslass des Außenkanals erstreckt, umfassen, wobei der zweite radiale Verbindungskanal außerhalb des Rotorkörpers positioniert ist.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann der zweite radiale Verbindungskanal eine Mehrzahl von Rippen aufweisen, die sich in einer radialen Einwärtsrichtung und/oder axialen Auswärtsrichtung verläuft.
In jedem Aspekt oder in jeder Kombination von Aspekten kann der Elektromotor ein Dauermagnet-Synchronmotor sein, der einen Dauermagneten aufweist, der dem Außenkanal benachbart ist.
In einer anderen Darstellung ist ein passives Wärmeableitungssystem in einem Rotor bereitgestellt, der einen Läuferkäfig mit einer Mehrzahl von hohlen Rohren umfasst, in deren Innerem ein Phasenwechselmaterial positioniert und dafür ausgelegt sind, während bestimmter Betriebsbedingungen konvektiv durch die Mehrzahl von hohlen Rohren zu zirkulieren.
Obwohl vorstehend verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, sei klargestellt, dass sie als Beispiel und nicht zur Beschränkung angegeben wurden. Dem Fachmann ist offenkundig, dass der offenbarte Gegenstand in anderen konkreten Formen verkörpert sein kann, ohne vom Gedanken des Gegenstands abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten.
Man beachte, dass die als Beispiel angegebenen Steuerungs- und Schätzungsroutinen, die hierin enthalten sind, mit verschiedenen Elektromotor- und/oder Kühlsystemkonfigurationen verwendet 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, Stellantrieben und anderer System-Hardware ausgeführt werden. Einer oder mehrere von den hierin beschriebenen Verfahrensschritten kann bzw. können nach Wunsch weggelassen werden.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen in ihrer Natur beispielhaft sind und dass diese konkreten Beispiele nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, da viele Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die oben genannte Technologie auf eine Reihe verschiedener Systeme angewendet werden, die Elektromotoren einschließen. 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.
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.

Claims

Elektromotor-Kühlsystem, umfassend: einen Stator, der einen Rotor zumindest zum Teil umgibt; einen Innenkanal, der sich axial durch den Rotor erstreckt und der einen Einlass und einen Auslass aufweist; einen Außenkanal mit einem Einlass, der mit dem Auslass des Innenkanals in Fluidverbindung steht, und einem Auslass, der mit dem Einlass des Innenkanals in Fluidverbindung steht; und ein Phasenwechselmaterial in dem Innenkanal und dem Außenkanal.
Elektromotor-Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei das Phasenwechselmaterial dafür ausgelegt ist, während einer Betriebsbedingung, unter der zumindest ein Teil des Phasenwechselmaterials in einem flüssigen Zustand ist, konvektiv durch den Innenkanal und den Außenkanal zu zirkulieren.
Elektromotor-Kühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner einen ersten radialen Verbindungskanal, der sich von dem Auslass des Innenkanals zu dem Einlass des Außenkanals erstreckt, und einen zweiten radialen Verbindungskanal, der sich von dem Einlass des Innenkanals zu dem Auslass des Außenkanals erstreckt, umfassend.
Elektromotor-Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei der zweite radiale Verbindungskanal außerhalb eines Rotorkörpers positioniert ist.
Elektromotor-Kühlsystem nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei der zweite radiale Verbindungskanal eine Mehrzahl von Rippen aufweist, die sich in einer axialen Richtung erstrecken
Elektromotor-Kühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Innenkanal und der Außenkanal jeweils von einem Metallgehäuse umgeben sind, in dem ein Phasenwechselmaterial eingeschlossen ist, wobei das Metallgehäuse vorzugsweise Kupfer enthält.
Elektromotor-Kühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich der Außenkanal zwischen zwei axialen Endplatten erstreckt, die auf einander entgegengesetzten axialen Seiten des Rotors positioniert sind.
Elektromotor-Kühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Innenkanal koaxial zu einer Drehachse des Rotors angeordnet ist.
Elektromotor-Kühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der periphere Kanal Dauermagneten in dem Rotor benachbart ist.
Elektromotor-Kühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor ein Induktionsmotor, vorzugsweise ein Käfigläufer-Induktionsmotor ist.
Elektromotor-Kühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner einen ersten radialen Verbindungskanal, der sich von dem Auslass des Innenkanals zu dem Einlass des Außenkanals erstreckt, und einen zweiten radialen Verbindungskanal, der sich von dem Einlass des Innenkanals zu dem Auslass des Außenkanals erstreckt, umfassend, wobei der zweite radiale Verbindungskanal außerhalb eines Rotorkörpers positioniert ist.
Elektromotor-Kühlsystem nach Anspruch 11, wobei der zweite radiale Verbindungskanal eine Mehrzahl von Rippen aufweist, die sich in einer radialen Einwärts- und/oder einer axialen Auswärtsrichtung erstrecken.
Elektromotor-Kühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor ein Dauermagnet-Synchronmotor ist, der einen Dauermagneten aufweist, der dem Außenkanal benachbart ist.