DE102021204688A1

DE102021204688A1 - Methods and systems for oil cooled rotor laminations

Info

Publication number: DE102021204688A1
Application number: DE102021204688.6A
Authority: DE
Inventors: Shawn P.A. JACKSON; Steven VANHEE
Original assignee: Dana Belgium NV
Current assignee: Dana Belgium NV
Priority date: 2020-05-08
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2022-03-17
Also published as: US11923754B2; CN113629947A; US20230155452A1; US11626776B2; US20210351664A1

Abstract

Es werden verschiedene Verfahren und Systeme für ein System zum Kühlen eines elektrischen Motors angegeben, der aufweist: eine Rotorwelle, die drehbar innerhalb eines Motorgehäuses montiert ist, ein Lamellenpaket, das mit der Rotorwelle zu einer Einheit verbunden ist, eine drehgeberendseitige Ausgleichsplatte, die mit einem ersten Ende des Lamellenpakets und einem ersten Ende der Rotorwelle zu einer Einheit verbunden ist, eine ausgabeendseitige Ausgleichsplatte, die mit einem zweiten Ende des Lamellenpakets und einem zweiten Ende der Rotorwelle zu einer Einheit verbunden ist, eine Kühlmittelzufuhr, die mit der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte und der Rotorwelle gekoppelt ist. Ein geschlossener Kühlmittelkreislauf ist zwischen dem Getriebe, der Rotorwelle, der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte, dem Lamellenpaket und der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte ausgebildet.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen das Kühlen von elektrischen Motoren, genauer das Kühlen von Lamellen des Rotors eines elektrischen Motors.
HINTERGRUND
Um die gewünschten Grade an Leistung und Verlässlichkeit in einem Elektrofahrzeug zu erreichen, erfordert das Fahrzeug, dass die Temperatur des elektrischen Motors unabhängig von Umgebungsbedingungen oder davon, wie hart das Fahrzeug angetrieben wird, in seinem vorgegebenen Betriebsbereich bleibt. Somit erfordert der elektrische Motor des Fahrzeugs notwendigerweise einen Kühlprozess. Da ein Luftkühlsystem für einen Elektromotor mit einer Ausgangsleistung von 15 bis 20 kW oder mehr nicht ausreicht, wird ein Wasserkühlsystem oder ein Ölkühlsystem verwendet. Die Öl- und/oder Wasserkühlsysteme können verwendet werden, um eine Schädigung von Ölüberzügen und eine irreversible Entmagnetisierung eines Dauermagneten zu verhindern, um dadurch den Ausgangsleistungsbereich des Elektromotors zu erhöhen. Somit sind ein Kühlungstyp und/oder eine Kühlungseffizienz wichtige Faktoren bei der Konfiguration von elektrischen Motoren.
KURZE BESCHREIBUNG
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren ein System zum Kühlen eines elektrischen Motors, der aufweist: eine Rotorwelle, die drehbar innerhalb eines Motorgehäuses montiert ist, ein Lamellenpaket, das mit der Rotorwelle zu einer Einheit verbunden ist, eine drehgeberendseitige Ausgleichsplatte, die mit einem ersten Ende des Lamellenpakets und einem ersten Ende der Rotorwelle zu einer Einheit verbunden ist, eine ausgabeendseitige Ausgleichsplatte, die mit einem zweiten Ende des Lamellenpakets und einem zweiten Ende der Rotorwelle zu einer Einheit verbunden ist, eine Kühlmittelzufuhr (z.B. Öl, Wasser, Glycollösung usw.), die mit der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte und der Rotorwelle gekoppelt ist. Ein geschlossener Kühlmittelkreislauf ist zwischen dem Getriebe, der Rotorwelle, der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte, dem Lamellenpaket und der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte ausgebildet. In manchen Beispielen kann auch eine Kühlung mit einem eigenständigen Elektromotor verwendet werden, wobei das System mit einem Kühlmantel des Elektromotors verbunden sein kann (z.B. kann ein geschlossener Kühlmittelkreislauf in dem Kühlmantel ausgebildet sein).
Es sei klargestellt, dass die obige kurze Beschreibung dafür vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben sind. Sie 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
Die vorliegende Offenbarung wird durch die Lektüre der folgenden Beschreibung von nicht-begrenzenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen klarer werden, wobei:

1 schematisch ein Fahrzeug mit einem Hybridantriebssystem zeigt;
2A eine Querschnittsansicht eines nicht-beschränkenden Beispiels eines Kühlsystems eines elektrischen Motors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist;
2B eine zweite Querschnittsansicht einer Rotorwelle des elektrischen Motors von 2A ist;
3A eine seitliche perspektivische Ansicht einer drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte des Kühlsystems ist;
3B eine Querschnittsansicht der Ausgleichsplatte von 3A am Drehgeberende ist;
4A eine seitliche perspektivische Ansicht einer ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte des Kühlsystems ist;
4B eine Querschnittsansicht der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte von 4A ist; und
5 ein Verfahren zum Kühlen von Lamellen eines Rotors eines elektrischen Motors gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist.

1-4B sind ungefähr maßstabgerecht gezeigt, aber es können auch andere Abmessungen verwendet werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Elektrische Motoren erzeugen Wärme als Folge von elektrischen, magnetischen und mechanischen Verlusten, wobei eine übermäßige Wärmeproduktion häufig zu Problemen mit der Leistung des Elektromotors (z.B. einer verringerten Drehmomentproduktion, -kontrolle, -effizienz) und einer verstärkten Schädigung von Komponenten führt. In elektrischen Motoren, die in Fahrzeugen verwendet werden, sind Verluste bei Motorstart- oder dynamischen Bremsereignissen tendenziell hoch. Somit ist ein Temperaturmanagement für elektrische Motoren wichtig, da die Automobilindustrie dabei ist, auf Fahrzeugantriebssysteme überzugehen, die stärker auf Elektrizität basieren. In Fahrzeugen hängen die Abmessungen des Elektromotors direkt davon ab, wie der Elektromotor gekühlt wird. Somit werden mit dem Drang nach Verringerung der Größe von Bauteilen, geringeren Kosten und verringertem Gewicht, ohne Abstriche bei der Leistung oder Zuverlässigkeit machen zu müssen, die Probleme im Zusammenhang mit einem Temperaturmanagement für elektrische Motoren größer. Zum Beispiel hängt die Fähigkeit des Elektromotors, eine Laufzeit bei höheren Leistungsniveaus innerhalb von Grenzen eines elektrischen Betriebs zu erhöhen, direkt mit der Fähigkeit zum Ableiten von Wärme aus bestimmten Bauteilen zusammen. Wenn das Temperaturmanagement verbessert wird, ist ein direkter Kompromiss zwischen Motorleistung, - wirkung, -kosten und der Größe von elektrischen Motoren, die innerhalb der Temperaturbeschränkungen arbeiten können, notwendig.
Die Wärme, die von dem elektrischen Motor erzeugt wird, wird durch mehrere Bauteile innerhalb des elektrischen Motors verteilt. Zum Beispiel kann Wärme innerhalb der Statornut-Wicklungen, Statorendwicklungen, Statorlamellen, Rotorlamellen und Rotormagnete oder Leiter erzeugt werden. Die Verteilung der erzeugten Wärme innerhalb der Bauteile hängt vom Motortyp und der Betriebsbedingung (Drehmoment/Drehzahl) des Elektromotors ab. Somit wirkt sich die ausgewählte Kühlmethode für den Elektromotor auf den Verlauf des Wärmestroms durch den Elektromotor sowie die Temperaturverteilung unter den Komponenten des Elektromotors ab. Eine heutige Kühlmethode beinhaltet eine passive Luftkühlung, bei der Wärme, die von dem Elektromotor erzeugt wird, von den heißeren Komponenten des Elektromotors weg zu einer gekoppelten Wärmesenke (z.B. einer Montagefläche) und/oder zu Rippen geleitet werden kann. Dann kann Wärme von der Wärmesenke und/oder den Rippen über Konvektion auf die Luft übertragen werden. Jedoch hat sich gezeigt, dass Luftkühlsysteme nicht ausreichen, wenn der Elektromotor eine Ausgangsleistung von 15 bis 20 kW oder mehr hat. Somit übersteigt das zusätzliche Gewicht der Rippen tendenziell die Kühlungsvorteile, die von den Rippen bereitgestellt werden. Ferner kann die Kühlkapazität von Luftkühlsystemen durch Umgebungstemperaturen beeinträchtigt werden. Zum Beispiel kann die Wirksamkeit von Luftkühlsystemen unter heißeren klimatischen Bedingungen dramatisch sinken.
Eine weitere Methode beinhaltet auf Phasenänderungsmaterial basierende Kühlsysteme, bei denen ein Phasenänderungsmaterial durch eine Änderung von einem Feststoff in eine Flüssigkeit oder von einer Flüssigkeit in ein Gas Wärmeenergie aus dem Elektromotor absorbiert. Während es seine Phase ändert, kann das Material große Mengen an Wärme mit einer geringen Temperaturänderung absorbieren. Somit können Phasenänderungsmaterial-Kühlsysteme die Kühlungsanforderungen des Elektromotors erfüllen, aber die Volumenänderung, die während einer Phasenänderung stattfindet, beschränkt ihre Anwendungsmöglichkeiten. Ferner kann das Phasenänderungsmaterial erzeugte Wärme nur absorbieren, nicht aber die Wärme ableiten, wodurch das Phasenänderungsmaterial eine Temperatur innerhalb des Fahrzeugantriebssystems als Ganzes nicht verringern kann (z.B. kann das Phasenänderungsmaterial lediglich die Temperaturverteilung glätten).
Andere heute verwendete Kühlmethoden schließen eine Kühlung über ein flüssiges Kühlmittel ein. Flüssige Kühlmittel weisen eine höhere Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität (z.B. Fähigkeit, Wärme in Form von Energie in seinen Grenzen zu speichern) als Luft auf und sind daher im Vergleich leistungsfähiger. Ferner bieten flüssige Kühlmittel den Vorteil einer im Vergleich zu Phasenänderungsmaterialien kompakten Struktur. Ein heute verwendetes Flüssigkeitskühlsystem beinhalten das Spritzen oder Einspritzen eines Kühlöls in Durchgangslöcher innerhalb der Rotorwelle. Ein anderes System beinhaltet das Pumpen des Kühlöls in ein erstes Ende der Rotorwelle, wo das Kühlmittel über eine Zentrifugalkraft verteilt werden kann, während die Rotorwelle rotiert. Jedoch können diese Systeme zu einer ungleichmäßigen oder unausgewogenen Kühlung des Elektromotors führen. Auch wenn die Kühlkapazität eines Kühlöls ausreichen kann, um die Rotorwelle zu kühlen, können die Strömungseigenschaften des Öls sowie der Kontaktwiderstand zwischen dem Öl und der Innenfläche der Rotorwelle die Wirksamkeit dieser Formen einer Flüssigkeitskühlung begrenzen.
Somit besteht ein Bedarf an einem Elektromotorkühlsystem, das eine gleichmäßige und effektive Temperatursteuerung bereitstellt, ohne ein Fahrzeuggewicht und Herstellungskosten wesentlich zu erhöhen. Somit werden gemäß den hierin offenbarten Ausführungsformen Verfahren und Systeme für ein System bereitgestellt, das eine gleichmäßige Kühlung für einen elektrischen Motor bereitstellt. Genauer kühlt das System Lamellen eines Rotors des elektrischen Motors unter Verwendung eines dielektrischen Fluids, wie etwa eines Öls, das als Kühlmittel durch eine hohle Rotorwelle durchgeleitet wird.Ausgleichsplatten, die sich an den Enden der Rotorwelle befinden, können Öl (z.B. ein Kühlmittel) aus der Rotorwelle auffangen und in einer kontinuierlichen Kühlschleife zu Kanälen innerhalb der Blechungskanäle lenken. Öl kann zu einer axialen Mitte der Rotorwelle geliefert werden und Wärme absorbieren, während das Öl zu einer ersten Ausgleichsplatte gelenkt wird. Die erste Ausgleichsplatte kann das Öl auffangen, während es die Rotorwelle verlässt, und das Öl unter Verwendung einer Zentrifugalkraft (z.B. aus einer Rotation der Rotorwelle) zu den Kanälen innerhalb der Lamellen lenken. Wärme kann auf das Öl übertragen werden, während das Öl über die Oberfläche der Lamellen und zu einer zweiten Ausgleichsplatte fließt. Die zweite Ausgleichsplatte kann dann das Öl zu einem Getriebe lenken, welches das Öl zurück in die Rotorwelle pumpt, wodurch ein Kreislauf mit gleichmäßiger Kühlung innerhalb des elektrischen Motors erzeugt wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das System eine Kühlmittelpumpe aufweisen, um einen Ölstrom durch den gebildeten Kühlkreis einzubringen/aufrechtzuerhalten (z.B. kann das System selbstpumpend sein und/oder die Kühlmittelpumpe einschließen). Dadurch, dass das Öl/Kühlmittel in direkten Kontakt mit den Lamellen gebracht wird, ist der thermische Weg zwischen den Rotorlamellen und dem Kühlfluid stark verkürzt, was die Kühlleistung unterstützt.
1 ist ein Beispiel für ein Hybridantriebssystem für ein Fahrzeug, das einen elektrischen Motor aufweist. 2A und 2B stellen Querschnittsansichten eines nicht-beschränkenden Beispiels eines Kühlsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, das verwendet werden kann, um den elektrischen Motor des Antriebssystems von 1 zu kühlen. 3A-4B zeigen verschiedene Ansichten von Ausgleichsplatten, die in dem Kühlsystem von 2A und 2B verwendet werden können. 5 ist ein Verfahren zum Kühlen von Lamellen eines Rotors eines elektrischen Motors gemäß den hierin offenbarten Ausführungsformen. Ein Satz von Bezugsachsen 201 ist zum Vergleich zwischen gezeigten Ansichten bereitgestellt und gibt eine y-Achse, eine z-Achse und eine x-Achse an. In manchen Beispielen kann die y-Achse parallel zu einer Schwerkraftrichtung sein, wobei die x-Achse die horizontale Ebene definiert.
1 stellt ein Beispiel für ein Fahrzeugantriebssystem 100 dar. Das Fahrzeugantriebssystem 100 weist eine Kraftstoff verbrennende Maschine 102 bzw. einen Verbrennungsmotor und einen Motor 110 auf. Als nicht beschränkendes Beispiel umfasst die Maschine 102 eine Maschine mit interner Verbrennung bzw. einen Verbrennungsmotor, und der Motor 110 umfasst einen elektrischen Motor bzw. Elektromotor. Der Elektromotor 110 kann dafür ausgelegt sein, eine andere Energiequelle als der Verbrennungsmotor 102 zu nutzen oder zu verbrauchen. Zum Beispiel kann der Verbrennungsmotor 102 einen flüssigen Kraftstoff (z.B. Benzin) verbrauchen, um eine Verbrennungsmotorleistung zu produzieren, während der Elektromotor 110 elektrische Energie verbrauchen kann, um eine Elektromotorleistung zu erzeugen. Somit kann ein Fahrzeug mit einem Antriebssystem 100 als Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) bezeichnet werden.
Der Verbrennungsmotor 102 und der Elektromotor 110 können mit einem Getriebe 104 gekoppelt sein. Das Getriebe 104 kann ein manuelles Getriebe, ein automatisches Getriebe oder Kombinationen davon sein. Ferner können verschiedene zusätzliche Komponenten, wie etwa ein Drehmomentwandler, und/oder andere Triebe, wie etwa eine Endantriebseinheit, enthalten sein. Das gezeigte Getriebe 104 ist mit einem Antriebsrad 106 gekoppelt, das mit einer Straßenoberfläche 108 in Kontakt ist. Somit kann der elektrische Motor 110 über das Getriebe 104 antriebsmäßig mit dem Verbrennungsmotor 102 und dem Antriebsrad 106 gekoppelt sein. Die abgebildeten Verbindungen zwischen dem Verbrennungsmotor 102, dem Elektromotor 110, dem Getriebe 104 und dem Antriebsrad 106 geben eine Übertragung von mechanischer Energie von einer Komponente auf eine andere an, während die Verbindungen zwischen dem Elektromotor 110 und der Energiespeichervorrichtung 114 die Übertragung elektrischer Energieformen angeben können.
Das Fahrzeugantriebssystem 100 kann eine Reihe verschiedener Betriebsmodi nutzen, die von Betriebsbedingungen abhängen, denen das Fahrzeugantriebssystem 100 ausgesetzt wird. Manche dieser Modi können es möglich machen, den Verbrennungsmotor 102 in einem ausgeschalteten Zustand zu halten (z.B. in einen deaktivierten Zustand zu versetzen), wo eine Verbrennung von Kraftstoff an dem Verbrennungsmotor ausgesetzt ist. Zum Beispiel kann unter ausgewählten Betriebsbedingungen der Elektromotor 110 das Fahrzeug über das Antriebsrad 106 antreiben, während der Verbrennungsmotor 102 deaktiviert ist. Während anderer Betriebsbedingungen kann der Verbrennungsmotor 102 in einen deaktivierten Zustand versetzt werden (wie oben beschrieben), während der Elektromotor 110 betrieben werden kann, um eine Energiespeichervorrichtung 114 (z.B. eine Batterie, einen Kondensator, ein Schwungrad, ein Druckgefäß usw.) zu laden. Zum Beispiel kann der Elektromotor 110 ein Raddrehmoment von dem Antriebsrad 106 empfangen, wobei der Elektromotor 110 die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zur Speicherung an der Energiespeichervorrichtung 114 umwandeln kann. Dieser Betrieb kann als regenerative Bremsung des Fahrzeugs bezeichnet werden. Somit kann der Elektromotor 110 in manchen Ausführungsformen eine Generatorfunktion bereitstellen. Jedoch kann in anderen Ausführungsformen stattdessen ein Generator 120 ein Raddrehmoment von dem Antriebsrad 106 empfangen, wobei der Generator 120 die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zur Speicherung an der Energiespeichervorrichtung 114 umwandeln kann.
Während noch anderer Betriebsbedingungen kann der Verbrennungsmotor 102 durch eine Verbrennung von Kraftstoff (z.B. Benzin, Diesel, alkoholische Kraftstoffe, Kraftstoffmischungen), der von einem Kraftstoffsystem empfangen wird, betrieben werden. Zum Beispiel kann der Verbrennungsmotor 102 betrieben werden, um das Fahrzeug über das Antriebsrad 106 anzutreiben, während der Elektromotor 110 deaktiviert ist. Während anderer Betriebsbedingungen können sowohl der Verbrennungsmotor 102 als auch der Elektromotor 110 betrieben werden, um das Fahrzeug über das Antriebsrad 106 anzutreiben. Eine Konfiguration, wo sowohl der Verbrennungsmotor 102 als auch der Elektromotor 110 das Fahrzeug selektiv antreiben können, kann als Fahrzeugantriebssystem der parallelen Art bezeichnet werden. Man beachte, dass in manchen Ausführungsformen der Elektromotor 110 das Fahrzeug über einen ersten Satz von Antriebsrädern antreiben kann und der Verbrennungsmotor 102 das Fahrzeug über einen zweiten Satz von Antriebsrädern antreiben kann.
In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugantriebssystem 100 als Fahrzeugantriebssystem vom seriellen Typ ausgelegt sein, wobei der Verbrennungsmotor 102 das Antriebsrad 106 nicht direkt antreibt. Vielmehr kann der Verbrennungsmotor 102 betrieben werden, um den Elektromotor 110 mit Leistung zu versorgen, der seinerseits das Fahrzeug über das Antriebsrad 106 antreiben kann. Zum Beispiel kann der Verbrennungsmotor 102 während ausgewählter Betriebsbedingungen den Generator 120 laufen lassen, der seinerseits elektrische Energie zu dem Elektromotor 110 und/oder der Energiespeichervorrichtung 114 liefert. Als anderes Beispiel kann der Verbrennungsmotor 102 betrieben werden, um den Elektromotor 110 laufen zu lassen, der seinerseits eine Generatorfunktion bereitstellen kann, um die Verbrennungsmotorleistung in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die elektrische Energie an der Energiespeichervorrichtung 114 zur späteren Verwendung durch den Elektromotor 110 gespeichert werden kann.
In manchen Ausführungsformen kann die Energiespeichervorrichtung 114 dafür ausgelegt sein, elektrische Energie zu speichern, die zu anderen elektrischen Verbrauchern (außer dem Elektromotor) geliefert werden kann, die an Bord des Fahrzeugs vorhanden sind, einschließlich einer Insassenraumheizung und einer Klimaanlage, einer Maschinenstarteinrichtung, Scheinwerfern, Insassenraum-Audio- und -Videosystemen usw. Als nicht-beschränkendes Beispiel kann die Energiespeichervorrichtung 114 eine oder mehrere Batterien und/oder Kondensatoren einschließen.
Ein Steuersystem 122 kann mit einem oder mehreren von dem Verbrennungsmotor 102, dem Elektromotor 110, der Energiespeichervorrichtung 114, dem Generator 160 und/oder zusätzlichen Komponenten des Fahrzeugantriebssystems 100 kommunizieren. Zum Beispiel kann das Steuersystem 122 sensorische Rückmeldungsinformationen von einem oder mehreren von dem Verbrennungsmotor 102, dem Elektromotor 110, der Energiespeichervorrichtung 114 und dem Generator 120 empfangen. Ferner kann das Steuersystem 122 als Reaktion auf diese sensorische Rückmeldung Steuersignale an eines oder mehrere von dem Verbrennungsmotor 102, dem Elektromotor 110, der Energiespeichervorrichtung 114 und dem Generator 160 senden. Das Steuersystem 122 kann eine Angabe einer von einem Betreibenden geforderte Ausgabe des Fahrzeugantriebssystems von einem Betreiber des Fahrzeugs empfangen (z.B. über einen Pedalpositionssensor, der kommunikationsfähig mit einem Gas- und/oder Bremspedal gekoppelt ist).
Die Energiespeichervorrichtung 114 kann periodisch elektrische Energie von einer externen Energiequelle 116, die sich außerhalb des Fahrzeugs befindet (z.B. nicht Teil des Fahrzeugs ist), empfangen. Als nicht-beschränkendes Beispiel kann das Fahrzeugantriebssystem 100 als Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) konfiguriert sein, wodurch elektrische Energie über ein Elektroenergieübertragungskabel von der externen Energiequelle 116 zur Energiespeichervorrichtung 114 geliefert werden kann. Während das Fahrzeugantriebssystem 100 betrieben wird, um das Fahrzeug anzutreiben, kann die externe Energiequelle 116 von der Energiespeichervorrichtung 114 getrennt sein. Das Steuersystem 122 kann die an der Energiespeichervorrichtung gespeicherte Menge an elektrischer Energie, die als der Ladungszustand (SOC) bezeichnet werden kann, feststellen und/oder regeln. In anderen Ausführungsformen kann elektrische Energie von der externen Energiequelle 116 drahtlos an der Energiespeichervorrichtung 114 empfangen werden. Zum Beispiel kann die Energiespeichervorrichtung 114 elektrische Energie aus der externen Energiequelle 116 über eines oder mehrere von elektromagnetischer Induktion, Funkwellen und elektromagnetische Resonanz empfangen. Somit sei klargestellt, dass jede geeignete Methode verwendet werden kann, um die Energiespeichervorrichtung 114 aus einer Leistungsquelle aufzuladen, die kein Teil des Fahrzeugs ist. Auf diese Weise kann der Elektromotor 110 das Fahrzeug unter Verwendung einer anderen Energiequelle als der Kraftstoff, der von dem Verbrennungsmotor 102 genutzt wird, antreiben.
Somit sei klargestellt, dass das als Beispiel genannte Fahrzeugantriebssystem 100 zu verschiedenen Betriebsmodi in der Lage ist. In einer Vollhybridimplementierung kann das Fahrzeugantriebssystem 100 beispielsweise unter Verwendung des Elektromotors 110 als einziger Drehmomentquelle zum Antreiben des Fahrzeugs arbeiten. Dieser „nur elektrische“ Betriebsmodus kann während eines Bremsens, bei niedrigen Geschwindigkeiten, beim Halten an Verkehrsampeln usw. angewendet werden. Ferner weist der Elektromotor 110 ein Kühlsystem 112 auf, da Wärme als Hauptnebenprodukt erzeugt werden kann, wenn der Elektromotor 110 in Betrieb ist. Auch wenn eine Hybridimplementierung des Kühlsystems 112 gezeigt ist, könnte das Kühlsystem 112 für den Elektromotor 110 auch in einem Vollelektrofahrzeug oder einem anderen geeigneten elektrischen Motor bereitgestellt sein. In manchen Beispielen kann das Kühlsystem 112 ein Luftkühlsystem, ein auf einem Phasenänderungsmaterial basierendes Kühlsystem oder ein Flüssigkeitskühlsystem sein. In manchen Beispielen kann das Kühlsystem 112 Wärme, die von dem Elektromotor 110 erzeugt wird, von heißeren Komponenten des Elektromotors 110 (z.B. einem Rotor, Rotorlamellen) weg zu einer gekoppelten Wärmesenke (z.B. einer Montagefläche) und/oder Rippen leiten. In manchen Beispielen kann das Kühlsystem 112 ein Phasenänderungsmaterial (z.B. Salzhydrate, Metalle, Legierungen, Polyalkohole, Eutektika, Paraffine) einschließen. Das Phasenänderungsmaterial kann Wärmeenergie aus dem Elektromotor 110 absorbieren und durch Zustandsänderung von fest in flüssig speichern. In manchen Beispielen kann ein flüssiges Kühlmittel (z.B. Wasser, ein Kühlöl) auf die heißeren Oberflächen und/oder Komponenten des Elektromotors 110 gespritzt oder durch diese hindurch geleitet werden. Zum Beispiel kann der Elektromotor 110 einen Rotor, der an einer hohlen rotierenden Rotorwelle fixiert ist, und einen Stator oder ein Lamellenpaket aufweisen. Flüssiges Kühlmittel kann in ein Durchgangsloch oder in mehrere Durchgangslöcher innerhalb der Rotorwelle gespritzt werden, um eine Kühlung innerhalb des Elektromotors 110 durch Wärmeübertragung von der Rotorwelle auf das flüssige Kühlmittel hervorzurufen. In einem anderen Beispiel kann eine Versorgungsleitung Kühlöl in ein erstes Ende der rotierenden Rotorwelle pumpen, und das Kühlöl wird durch eine Zentrifugalkraft durch die Rotorwelle bewegt, wodurch der Elektromotor 110 gekühlt wird.
Jedoch sind Luftkühlungssysteme, wie oben beschrieben, zum Kühlen des Elektromotors 110 nicht ausreichend, wenn der Elektromotor eine Ausgangsleistung von 15 bis 20 kW oder mehr hat. Ferner überwiegt das zusätzliche Gewicht der Rippen und/oder Wärmesenken, die von ihnen bereitgestellten Kühlungsvorteile tendenziell, insbesondere unter heißen klimatischen Bedingungen. Ebenso beschränkt die Volumenänderung, die während einer Phasenänderung stattfindet, ihre Anwendungsmöglichkeiten in Fahrzeugen. Somit werden üblicherweise Flüssigkeitskühlsysteme in Fahrzeugen verwendet, da sie die Beschränkungen von auf Luft und Phasenänderungsmaterialien basierenden Kühlsystemen überwinden können. Jedoch haben heutige Flüssigkeitskühlsysteme auch Nachteile. Zum Beispiel kann in den Flüssigkeitskühlungsbeispielen, die oben beschrieben wurden, eine Kühlung innerhalb des Elektromotors 110 unausgewogen sein. Zum Beispiel kann durch Liefern von Öl nur zum ersten Ende der rotierenden Rotorwelle ein zweites Ende der rotierenden Rotorwelle aus einem gewünschten Temperaturbereich geraten. Ebenso kann ein Spritzen des flüssigen Kühlmittels in (mindestens) ein Durchgangsloch innerhalb der rotierenden Rotorwelle abhängig von der Stelle, wo sich das (mindestens) eine Durchgangsloch befindet, von dem Kontaktwiderstand und der Zentrifugalkraft, die auf das flüssige Kühlmittel wirkt, auch zu einem ungleichmäßigen Kühlen des elektrischen Motors 110 führen. Wenn beispielsweise das Durchgangsloch einwärts in Richtung auf einen Mittelpunkt der rotierenden Rotorwelle verläuft, kann es sein, dass zumindest ein Abschnitt der rotierenden Rotorwelle nicht durch direkten Kontakt mit dem flüssigen Kühlmittel gekühlt werden kann. Eine unausgewogene Kühlung des elektrischen Motors kann zu einer elektrischen Überladung, einem geringen Widerstand und/oder der verstärkten Schädigung von Komponenten des elektrischen Motors 110 (z.B. der rotierenden Rotorwelle, Spulenbeschichtungen) führen. Somit besteht ein Bedarf an einer gleichmäßigen Kühlung eines elektrischen Motors mit hoher Leistungsdichte, wie sie von dem hier vorgestellten Kühlsystem bereitgestellt wird.
2A ist eine Querschnittsansicht 200 eines nicht-beschränkenden Beispiels für ein Rotorkühlsystem 202 für einen elektrischen Motor (z.B. den elektrischen Motor 110 von 1). Das Kühlsystem 202 kann eine Ölzufuhr (z.B. ein Getriebeölreservoir), eine Ölpumpe (z.B. eine Getriebeölpumpe 244, die weiter unten näher beschrieben wird), und eine Mehrzahl von untereinander verbundenen Leitungswegen innerhalb des elektrischen Motors aufweisen. Die Mehrzahl von untereinander verbundenen Leitungswegen bilden einen geschlossenen Kreislauf zwischen einer ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte (z.B. einer ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220, die weiter unten näher beschrieben wird), einem Rotor (z.B. einem Rotor 206, der weiter unten näher beschrieben wird) und einer drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte (z.B. der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224, die weiter unten näher beschrieben wird).
Das Kühlsystem 202 kann Öl aus der Ölzufuhr durch den geschlossenen Kreislauf strömen lassen, wobei der geschlossene Kreislauf einen inneren Weg durch eine Rotorwelle (z.B. die Rotorwelle 208, die weiter unten näher beschrieben wird), einen oder mehrere Leitungswege und/oder eine oder mehrere Aussparungen der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte, einen oder mehrere Gewichtsreduzierungskanäle eines Rotorlamellenpakets (z.B. des Lamellenpakets 210, das weiter unten näher beschrieben wird) und einen oder mehrere Leitungswege und/oder eine oder mehrere Aussparungen an der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte aufweist. Das Öl kann aus der Ölzufuhr in den inneren Weg der Rotorwelle gepumpt werden. Das Öl kann dann (durch Zentrifugalkraft oder Pumpen) von der Rotorwelle zu dem einen oder den mehreren Leitungswegen und/oder der einen oder den mehreren Aussparungen der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte, von dem einen oder den mehreren Leitungswegen und/oder der einen oder den mehreren Aussparungen der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte zu einem oder mehreren Gewichtsreduzierungskanälen des Lamellenpakets, von dem einen oder den mehreren Gewichtsreduzierungskanälen des Lamellenpakets zu dem einen oder den mehreren Leitungswegen und/oder der einen oder den mehreren Aussparungen der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte und von dem einen oder den mehreren Leitungswegen und/oder der einen oder den mehreren Aussparungen der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte zurück zu der Ölzufuhr 23 strömen. Während das Öl durch den geschlossenen Kreislauf fließt, kann Wärme, die durch die Nutzung des elektrischen Motors erzeugt wird, auf das Öl übertragen werden, wodurch der elektrische Motor gekühlt wird.
Wenn das Kühlsystem 202 eine geeignete Größe hat, kann das System 202 selbstpumpend sein (z.B. können Zentrifugalkräfte einen Ölstrom erzwingen, wenn der Auslass des Rotorkühlkreises radial näher am Auslass als am Einlass liegt). In manchen Beispielen kann das System 202 von einer externen Pumpe angetrieben und/oder unterstützt werden. In manchen Beispielen kann das Kühlsystem 202 eine flüssige Kühlmittelzufuhr statt der Ölzufuhr einschließen, wobei flüssiges Kühlmittel durch den geschlossenen Kreislauf gepumpt wird, um eine Kühlung des elektrischen Motors hervorzurufen (z.B. kann eine Wasser-Glycol-Lösung durch die Innenfläche von axialen Löchern, die mit einer dielektrischen Auskleidung ausgekleidet sind, geleitet werden).
Der elektrische Motor kann einen Stator 203, Statorwicklungen 205 und einen Rotor 206 aufweisen, wobei der Rotor 206 eine hohle Rotorwelle 208 und ein Lamellenpaket 210 umfasst, wobei die genannten Komponenten von einem Motorgehäuse 212 umschlossen sind. Das Gehäuse 212 kann ferner zusätzliche Komponenten des elektrischen Motors umschließen, wie etwa eine Mehrzahl von Magneten, eine elektromagnetische Spule, die um Vorsprünge eines Stators gewickelt ist, und/oder einen Rotationssensor (der Kürze halber nicht gezeigt). Die Rotorwelle 208 kann eine Säulenform mit einem kreisförmigen Querschnitt (z.B. entlang der z-Achse, wie in Bezug auf 3 näher gezeigt und beschrieben wird) aufweisen und von einem ausgabeendseitigen Lager 214 und einem drehgeberseitigen Lager 216, die zwischen ihren beiden Enden und dem Gehäuse 212 bereitgestellt sind, drehfähig gelagert werden. Die Rotorwelle 208 kann aus einem geeigneten Material (z.B. Aluminium, SAE 1045 in kalt- oder warmgewalztem Stahl, C1045) gebildet sein.
Das Lamellenpaket 210 kann ein Paket aus einzelnen elektromagnetischen Platten sein, die durch elektrisch isolierende Schichten getrennt sind, um Wirbelstromverluste unter magnetischer Belastung zu unterdrücken. Zum Beispiel kann das Lamellenpaket 210 von einer Anzahl scheibenförmiger Stahlplatten gebildet werden, die mit Silikon laminiert sind. Die Platten, die das Lamellenpaket 210 bilden, können lose übereinandergestapelt, miteinander verschweißt (z.B. plasmageschweißt, lasergeschweißt, TIG-widerstandsgeschweißt) oder auf andere Weise (z.B. durch Verzahnung, Haftlack) geeignet aneinander gebunden sein. Das Lamellenpaket 210 kann rohrförmig sein und einen Abschnitt der Rotorwelle 208 umgeben, so dass zwei Enden der Rotorwelle 208 (z.B. ein ausgabeseitiges Ende 230 und ein drehgeberseitiges Ende 232) außerhalb des Lamellenpakets 210 liegen.
Wie in einer Querschnittsansicht 203 von 2B gezeigt ist, die durch die Achse A1 in 2A geht, kann die Rotorwelle 208 durch einen zentralen Durchlass 260, der entlang der x-Achse durch das Lamellenpaket 210 verläuft, eingeführt werden. Ferner können Abschnitte des Lamellenpakets 210 entfernt werden, um das Gesamtgewicht des Rotors 206 zu verringern. Somit kann das Lamellenpaket 210 ferner eine Mehrzahl von axialen Kanälen 262 aufweisen, die horizontal (z.B. parallel zur x-Achse) durch das Lamellenpaket 210 verlaufen und um den zentralen Durchlass 260 herum angeordnet sind. Die Mehrzahl von axialen Kanälen 262 kann von einem Ring aus sechs gleichmäßig beabstandeten, benachbarten Kanälen gebildet werden. Zum Beispiel kann die Mehrzahl von axialen Kanälen 262 aufweisen: einen ersten Kanal 264, der einem zweiten Kanal 266 benachbart und von diesem beabstandet ist; einen dritten Kanal 268, der dem zweiten Kanal 266 benachbart und von diesem beabstandet ist, und einen vierten Kanal 270; und so weiter, um den Außenrand des zentralen Durchlasses 260. Die Kanäle, von denen die Mehrzahl von axialen Kanälen 262 gebildet wird, können rohrförmig sein. Da die Mehrzahl von axialen Kanälen 262 als Löcher zur Gewichtsreduzierung dienen, können die Abmessungen, die Positionierung, die Form und/oder die Zahl der Kanäle, die die Mehrzahl von axialen Kanälen 262 bilden, variieren. In manchen Beispielen kann die Mehrzahl von axialen Kanälen 262 mehr oder weniger als sechs Kanäle haben.
Das Lamellenpaket 210 kann die gleiche axiale Mitte aufweisen wie der Außenrandabschnitt der Rotorwelle 208. Das Lamellenpaket 210 kann mit der Rotorwelle 208 so verbunden oder auf geeignete Weise gekoppelt sein, dass beide Komponenten als Reaktion auf eine Einspeisung elektrischer Energie in den Elektromotor als Einheit rotieren können. Zum Beispiel kann die Mehrzahl von Magneten innerhalb des Gehäuses 212 um den Außenrandabschnitt des Lamellenpakets 210 herum angeordnet sein. Wenn ein Strom, der durch die elektromagnetische Spule fließt, angemessen geändert wird (z.B. über eine Ausgabe aus einer gekoppelten Energiespeichervorrichtung, wie etwa der Energiespeichervorrichtung 114 von 1), ändert sich daher das in den Vorsprüngen des Stators erzeugte Magnetfeld. Die Änderung des Magnetfelds des Stators bewirkt ihrerseits eine Rotation des Lamellenpakets 210 und der Rotorwelle 208 (z.B. über die Mehrzahl von Magneten), die als mechanische Antriebskraft des Fahrzeugs ausgegeben werden kann.
Wie in 2A gezeigt ist, kann eine ausgabeendseitige Ausgleichsplatte 220 an einem ersten Ende 222 des Lamellenpakets 210 angeordnet sein, und eine drehgeberendseitige Ausgleichsplatte 224 kann an einem zweiten Ende 226 (z.B. entgegengesetzt zum ersten Ende 222) des Lamellenpakets 210 angeordnet sein. Die drehgeberendseitige Ausgleichsplatte 224 kann im Wesentlichen scheibenförmig sein und eine zentrale Öffnung aufweisen, die von einer ausgesparten Region 248 umgeben ist, wie mit Bezug auf 3A und 3B näher gezeigt und beschrieben wird. Ebenso kann die ausgabeendseitige Ausgleichsplatte 220 eine zentrale Öffnung aufweisen, die von einer ausgesparten Region 252 umgeben ist. Die ausgabeendseitige Ausgleichsplatte 220 kann auch eine Mehrzahl von inneren Wegen aufweisen, die mit der ausgesparten Region 252 verbunden sind, wie etwa einen ersten Weg, der von einer Reihe gestrichelter Pfeile 254 angegeben wird, wie mit Bezug auf 4A und 4B näher gezeigt und beschrieben wird. Die Ausgleichsplatten 220, 224 können über die zentralen Öffnungen um die Rotorwelle 208 herum positioniert sein, wie nachstehend näher beschrieben wird. Ferner können die Ausgleichsplatten 220, 224 fest an den Enden 222, 226 des Lamellenpakets 210 fixiert sein, so dass sie sich als Einheit mit dem Lamellenpaket 210 und der Rotorwelle 208 drehen können. Die Ausgleichsplatten 220, 224 können als Gewichte für die Einstellung des dynamischen Gleichgewichts des Rotors 206 dienen, wenn die Rotorwelle 208 rotiert. Genauer kann durch Ausbilden von Löchern an geeigneten Positionen an den Außenumfangsflächen der Ausgleichsplatten 220, 224 ein dynamisches Gleichgewicht erhalten werden, um eine Vibration zu vermeiden, wenn die Rotorwelle 208 rotiert (wie mit Bezug auf 4A und 4B näher gezeigt und beschrieben wird).
Ferner können die Ausgleichsplatten 220, 224 das Lamellenpaket 210 über eine Klemmkraft, die durch eine Sicherungsmutter 228 ausgeübt wird, in dem Rotor 206 sichern. Die Sicherungsmutter 228 kann auf das Ausgabeende 230 der Rotorwelle 208 geschraubt und kontinuierlich festgezogen werden, bis sie mit einem ersten Ende 234 der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220 in Flächenkontakt kommt. Wenn die Sicherungsmutter 228 angezogen wird, kann das Lamellenpaket 210 zwischen der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220 und der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 innerhalb des Rotors 206 eingespannt werden. Ein zweites Ende 236 der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220 (z.B. entgegengesetzt zu dem ersten Ende 234) kann durch das Anziehen der Sicherungsmutter 228 eine laterale Kraft (z.B. parallel zu der x-Achse) gegen das erste Ende 222 des Lamellenpakets 210 ausüben. Die laterale Kraft kann dazu führen, dass das zweite Ende 226 des Lamellenpakets 210 gegen eine rückseitige Fläche 238 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 gepresst wird. Die Druckkraft des Lamellenpakets 210 gegen die rückseitige Fläche 238 kann ihrerseits bewirken, dass eine vorderseitige Fläche 240 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 (z.B. entgegengesetzt zu der rückseitigen Fläche 238) an einem Absatz 242 der Rotorwelle 208 anliegt. Somit kann die drehgeberendseitige Ausgleichsplatte 224 über ein gegenseitiges Anliegen der vorderseitigen Fläche 240 und des Absatzes 242 in einer fixierten Position gehalten werden, so dass die laterale Kraft, die durch das Anziehen der Sicherungsmutter 228 ausgeübt wird, dazu führt, dass das Lamellenpaket 210 zwischen den Ausgleichsplatten 220, 224 eingespannt wird.
3A und 3B zeigen eine perspektivische Seitenansicht 300 bzw. eine Querschnittsansicht 302 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224. Die drehgeberendseitige Ausgleichsplatte 224 kann im Wesentlichen scheibenförmig sein und eine zentrale Öffnung 308 aufweisen, die mit einer ersten Rille 306 ausgekleidet ist, in der ein O-Ring (nicht gezeigt) oder eine andere geeignete Dichtvorrichtung aufgenommen ist. Die zentrale Öffnung 308 kann von geeigneter Größe und geeigneten Abmessungen sein (z.B. kreisförmig mit einem Durchmesser, der nur etwas größer ist als der Außendurchmesser der Rotorwelle 208), so dass die Rotorwelle 208 in die zentrale Öffnung 308 eingeführt werden und über einen Flächenkontakt mit der ersten Rille 306 an der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 gesichert werden kann (z.B. kann die Rotorwelle 208 in die zentrale Öffnung 308 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 eingepresst werden), wobei der O-Ring in der ersten Rille eine Abdichtung zwischen der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 und der Rotorwelle 208 bereitstellt. Die zentrale Öffnung 308 kann innerhalb der ausgesparten Region 248 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 liegen und von einer Mehrzahl von Stützen 312 umgeben sein. Die Mehrzahl von Stützen 312 kann eine Reihe von gleichmäßig beabstandeten, im Wesentlichen quadratischen Stützen einschließen, die von der rückseitigen Fläche 238 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 innerhalb der ausgesparten Region 248 vorstehen.
Die Mehrzahl von Stützen 312 kann eine erste Stütze 314, die einer zweiten Stütze 316 benachbart und von dieser beabstandet ist, eine dritte Stütze 318, die der zweiten Stütze 316 benachbart und von dieser beabstandet ist, und so weiter um den Außendurchmesser der zentralen Öffnung 308 einschließen (z.B. kann die Mehrzahl von Stützen 312 die zentrale Öffnung 308 umgeben), wobei alle Stützen die gleichen Abmessungen haben. Die Mehrzahl von Stützen 312 muss sich nicht über die zurückgesetzte Region 248 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 hinaus erstrecken oder über diese vorragen (z.B. muss sich die Mehrzahl von Stützen 312 nicht über die plane Oberfläche der rückseitigen Fläche 238 hinaus erstrecken). Die zurückgesetzte Region 248 kann ringförmig und von einer zweiten Rille 310 umgeben sein, wobei sowohl die zurückgesetzte Region 248 als auch die zweite Rille 310 konzentrisch zu der zentralen Öffnung 308 sind. Wenn das Lamellenpaket 210 durch ein Anziehen der Sicherungsmutter 228 zwischen den Ausgleichsplatten 220, 224 gesichert wird, wie oben beschrieben, kann somit die Mehrzahl von Stützen 312 mit der Mehrzahl von gleichmäßig beabstandeten Kanälen des Lamellenpakets 210 interagieren. Auf diese Weise kann die Mehrzahl von Stützen 312 sicherstellen, dass die Klemmkraft, die über die Sicherungsmutter 228 ausgeübt wird, gleichmäßig über der rückseitigen Fläche 238 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 und dem zweiten Ende 226 des Lamellenpakets 210 verteilt wird. Ferner kann die zweite Rille 310, ähnlich wie die erste Rille 306, einen O-Ring aufnehmen, der verwendet werden kann, um eine Abdichtung zwischen der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 und dem Lamellenpaket 210 zu bilden, wenn die beiden Komponenten sicher verbunden sind.
Wie in 3B gezeigt ist, weist die vorderseitige Fläche 240 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 einen ersten flachen Abschnitt 320 (z.B. parallel zu der y-Achse) auf, der die zentrale Öffnung 308 umgibt und einschließt. Der erste flache Abschnitt 320 kann an dem Absatz 242 der Rotorwelle 208 anliegen, wie bereits beschrieben. Ein abgewinkelter Rand 322 kann den ersten flachen Abschnitt 320 mit einem zweiten flachen Abschnitt 324 der vorderseitigen Fläche 240 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 verbinden. Zusätzlich zu Löchern, die in den Ausgleichsplatten 220, 224 ausgebildet sind, kann das Material, das den abgewinkelten Rand 322 und den zweiten flachen Abschnitt 324 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 bildet, nach Wunsch entfernt werden, um das dynamische Gleichgewicht des Rotors 206 einzustellen. Zum Beispiel kann der abgewinkelte Rand 322 gerade gemacht werden (z.B. parallel zur x-Achse) und/oder die Dicke des zweiten flachen Abschnitts 324 (z.B. in Bezug auf die x-Achse) kann durch Entfernen von Material verringert werden. Material kann auch durch Bohren oder eine andere geeignete Technik von dem äußersten Abschnitt des zweiten flachen Abschnitts 324 entfernt werden, um den Rotor 206 dynamisch ins Gleichgewicht zu bringen.
4A und 4B zeigen eine perspektivische Seitenansicht 400 bzw. eine Querschnittsansicht 402 der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220. Die ausgabeendseitige Ausgleichsplatte 220 kann T-förmig sein und einen scheibenförmigen oberen Abschnitt 404 aufweisen, der mit einer rohrförmigen Welle 406 verbunden ist. Eine zentrale Öffnung 408 kann durch die Länge des oberen Abschnitts 404 und die rohrförmige Welle 406 verlaufen (z.B. parallel zur x-Achse). Die zentrale Öffnung 408 kann eine geeignete Größe und geeignete Abmessungen aufweisen (z.B. kreisförmig sein mit einem Durchmesser, der nur etwas größer ist als der Außendurchmesser der Rotorwelle 208), so dass die Rotorwelle 208 in die zentrale Öffnung 408 eingeführt werden kann. Wie bereits beschrieben, kann die Rotorwelle 208 durch die Lager 214, 216 in dem Rotor 206 gestützt werden. Das ausgabeendseitige Lager 214 kann am Ausgabeende 230 der Rotorwelle 208 von der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220 gestützt werden. Zum Beispiel kann das ausgabeendseitige Lager 214 einen Abschnitt der rohrförmigen Welle 406 umgeben, der an den oberen Abschnitt 404 der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220 angrenzt, wobei das Ausgabeende 230 der Rotorwelle 208 zum Teil in der rohrförmigen Welle 406 und im oberen Abschnitt 404 aufgenommen ist. Somit kann der Außendurchmesser der rohrförmigen Welle 406 geeignete Abmessungen aufweisen, so dass das ausgabeendseitige Lager 214 auf die rohrförmige Welle 406 aufgeschoben werden kann und die beiden Komponenten funktional gekoppelt werden können.
Der obere Abschnitt 404 kann die zurückgesetzte Region 252 aufweisen, die eine ringförmige Stützfläche 412 umgibt, wobei die zentrale Öffnung 408 durch den zentralen Durchlass der Stützfläche 412 hindurch verläuft. Die Stützfläche 412, die zurückgesetzte Region 252 und eine erste Rille 422, welche die zurückgesetzte Region 252 umgibt, können jeweils konzentrisch zu der zentralen Öffnung 408 sein. Ähnlich wie die Mehrzahl von Stützen 312 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 kann die Stützfläche 412 die Klemmkraft, die über die Sicherungsmutter 228 ausgeübt wird, über dem zweiten Ende 236 der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220 und dem ersten Ende 222 des Lamellenpakets 210 gleichmäßig verteilen. Ferner können die Größe und die Abmessungen der ersten Rille 422 zum Einführen eines O-Rings geeignet sein. Somit kann die erste Rille 422 die ausgabeendseitige Ausgleichsplatte 220 über den eingesetzten O-Ring gegen das Lamellenpaket 210 abdichten, wenn das Lamellenpaket 210 zwischen den Ausgleichsplatten 220, 224 eingespannt ist.
Der obere Abschnitt 404 weist außerdem eine Region aus zusätzlichem Material 430 auf, die den Außendurchmesser der ersten Rille 422 umgibt, wobei die Region aus zusätzlichem Material 430 ringförmig und konzentrisch zu der zentralen Öffnung 408 ist. Die Region aus zusätzlichem Material 430 kann den Außenumfang des oberen Abschnitts 404 der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220 definieren. Die Region aus zusätzlichem Material 430 oder Abschnitte davon können nach Wunsch entfernt werden, um das dynamische Gleichgewicht des Rotors 206 einzustellen/zu verbessern.
Die ausgabeendseitige Ausgleichsplatte 220 weist ferner eine Mehrzahl von Löchern 414 auf, die durch die Stützfläche 412 verlaufen (z.B. entlang der x-Achse) und sich weiter in einen Mantel 428 fortsetzen, der die rohrförmige Welle 406 umfasst, wie in 4B gezeigt ist. Die Mehrzahl von Löchern 414 kann eine Reihe von gleichmäßig beabstandeten, benachbarten Löchern sein, die in die ausgabeendseitige Ausgleichsplatte 220 gebohrt oder auf andere geeignete Weise geschnitten sind. Zum Beispiel kann die Mehrzahl von Löchern 414 ein erstes Loch 416, das einem zweiten Loch 418 benachbart und von diesem beabstandet ist, ein drittes Loch 420, das dem zweiten Loch 418 benachbart und von diesem beabstandet ist, und so weiter, um eine obere Oberfläche 421 der Stützfläche 412 herum einschließen.
Jedes Loch von der Mehrzahl von Löchern 414 kann in Form und Abmessungen jeweils gleich sein, wobei die Form und die Abmessungen sich dafür eignen, dass die Löcher die Stützfläche 412 entlang der x-Achse durchqueren können und in einen Abschnitt der rohrförmigen Welle 406 hinein reichen. Zum Beispiel kann das erste Loch 416 die Stützfläche 412 vollständig durchqueren und in der rohrförmigen Welle 406 enden, bevor es das erste Ende 234 der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220 erreicht. Die Mehrzahl von Löchern 414 kann an oder unmittelbar vor einer zweiten Rille 426 enden, die den Außendurchmesser der rohrförmigen Welle 406 umgibt. Die zweite Rille 426 kann sich zum Teil durch die einzelnen Löcher von der Mehrzahl von Löchern 414 hindurch erstrecken und in diesen enden. Zum Beispiel kann die zweite Rille 426 auf halbem Wege durch die Breite (z.B. entlang der y-Achse) der einzelnen Löcher von der Mehrzahl von Löchern 414 enden.
Eine seitliche Oberfläche 423 der Stützfläche 412 kann ferner eine dritte Rille 424 aufweisen. Die dritte Rille 424 kann den Außendurchmesser der Stützfläche 412 umgeben und entlang der y-Achse die einzelnen Löcher von der Mehrzahl von Löchern 414 zum Teil durchqueren, wie in 4B gezeigt ist. Zum Beispiel kann sich die dritte Rille 424 durch die seitliche Oberfläche 423 hindurch erstrecken und an einem mittleren Punkt innerhalb der einzelnen Löcher von der Mehrzahl von Löchern 414 enden. Somit werden über gekoppelte Durchlässe der zweiten Rille 426, der dritten Rille 424 und der Mehrzahl von Löchern 414 Wege gebildet, die sich mit der ausgesparten Region 252 verbinden und durch die ausgabeendseitige Ausgleichsplatte 220 erstrecken. Zwei Wege sind in 4B dargestellt, wobei der erste Weg von den gestrichelten Pfeilen 254 (die auch in 2A gezeigt sind) angezeigt wird und ein zweiter Weg von einer Reihe gestrichelter Pfeile 432 angezeigt wird. Zum Beispiel kann der erste Weg, der von den gestrichelten Pfeilen 254 angezeigt wird, in der ausgesparten Region 252 beginnen, durch die seitliche Oberfläche 423 der Stützfläche 412 und über die dritte Rille 424 in das erste Loch 416 verlaufen. Der erste Weg kann dann der Länge (z. B. entlang der x-Achse) des ersten Lochs 416 folgen und außerhalb des Mantels 428 der rohrförmigen Welle 406 an der zweiten Rille 426 enden. Somit kann die ausgabeendseitige Ausgleichsplatte 220 mehrere Wege aufweisen, von denen jeweils einer an jedem Loch von der Mehrzahl von Löchern 414 ausgebildet ist. Die Konfigurationen der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220 und der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 können verwendet werden, um eine gleichmäßige Kühlung des Elektromotors bereitzustellen, wie weiter unten näher beschrieben wird.
Betrachtet man nun wieder 2A, so können die Wege innerhalb der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220 an der Mehrzahl von axialen Kanälen 262 innerhalb des Lamellenpakets 210 ausgerichtet sein und über die zurückgesetzte Region 252 mit diesen verbunden sein, wenn die ausgabeendseitige Ausgleichsplatte 220 und die drehgeberendseitige Ausgleichsplatte 224 an dem Lamellenpaket 210 eingespannt sind (z.B. über die laterale Kraft, die durch das Anziehen der Sicherungsmutter 228 ausgeübt wird). Ferner kann sich die Mehrzahl von axialen Kanälen 262 innerhalb des Lamellenpakets 210 an der ausgesparten Region 248 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 ausrichten und mit diesen verbunden sein. Darüber hinaus kann die zurückgesetzte Region 248 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 über eine Mehrzahl von Löchern 256, die einen Mantel 258, der die Rotorwelle 208 umfasst, senkrecht durchqueren, mit dem hohlen Abschnitt der Rotorwelle 208 verbunden sein. Die Mehrzahl von Löchern 256 kann innerhalb des Abschnitts der Rotorwelle 208 liegen, der in der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 aufgenommen ist. Somit wird ein kontinuierlicher Weg, auf dem ein Kühlöl oder ein flüssiges Kühlmittel durch den Rotor 206 strömen kann, zwischen den Ausgleichsplatten 220, 224, dem Lamellenpaket 210 und der Rotorwelle 208 gebildet.
Zum Beispiel kann eine Getriebeölpumpe 244 eine Ölzufuhr vom ausgabeseitigen Ende 230 durch die Mitte der rotierenden Rotorwelle 208 zum drehgeberseitigen Ende 232 pumpen. In manchen Beispielen kann die Ölzufuhr aus einem Reservoir innerhalb des Getriebes kommen. In manchen Beispielen kann die Ölzufuhr aus irgendeiner geeigneten Quelle, wie etwa dem Maschinenölverteiler, kommen. In manchen Beispielen kann die Ölzufuhr von einer anderen Pumpe in die Rotorwelle 208 gepumpt werden. Das Öl kann dann vom drehgeberseitigen Ende 232 der Rotorwelle 208 über die Mehrzahl von Löchern 256 in die zurückgesetzte Region 248 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 strömen, wobei die drehgeberendseitige Ausgleichsplatte 224 dazu dient, das Öl zu regulieren, während es radial aus der Mitte der Rotorwelle 208 auswärts strömt. Das Öl, das in der ausgesparten Region 248 der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte 224 enthalten ist, kann dann in die Mehrzahl von axialen Kanälen 262 des Lamellenpakets 210 und zurück zu dem ausgabeseitigen Ende 230 der Rotorwelle 208 strömen (z.B. kann der Strom des Öls um 180 Grad in Bezug auf die Richtung, in der es gepumpt wurde, versetzt sein). Das Öl kann dann aus der Mehrzahl von axialen Kanälen 262 in die zurückgesetzte Region 252 der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220 strömen. Das Öl kann dann aus der ausgesparten Region 252 durch die dritte Rille 424 der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte 220 und in die Mehrzahl von Löchern 414 strömen, wo es über die zweite Rille 426 der rohrförmigen Welle 406 austreten kann. Das austretende Öl kann in die Getriebeölpumpe 244 strömen, wo es dann zurück in das drehgeberseitige Ende 232 der Rotorwelle 208 gepumpt werden kann. Ein Beispiel für diesen Weg durch den vierten Kanal 270 des Lamellenpakets 210 wird von einer Reihe von Pfeilen 245 angezeigt.
Somit kann das Öl kontinuierlich und gleichmäßig durch den Rotor 206 strömen, wenn der Elektromotor in Betrieb ist. Während das Öl durch den Rotor 206 gewälzt wird, kann erzeugte Wärme auf das Öl übertragen werden, wodurch der Elektromotor gekühlt wird. Ferner kann durch Durchleiten des Öls durch die Mehrzahl von axialen Kanälen 262 ein Gesamtwiderstand zwischen dem Öl und dem Lamellenpaket 210 verringert werden, wodurch der Wirkungsgrad der von dem Öl bereitgestellten Kühlung erhöht wird. Somit kann durch das Kühlsystem 202 eine gleichmäßige Kühlung bereitgestellt werden, ohne dem Elektromotor zusätzliches Gewicht hinzuzufügen. In manchen Ausführungsformen kann die Innenfläche der Mehrzahl von axialen Kanälen 262 mit einer Auskleidung (z.B. einer dielektrischen Auskleidung) ausgekleidet sein, so dass eine andere Art von Kühlmittel (z.B. Wasser) von dem Kühlsystem 202 verwendet werden kann. In manchen Ausführungsformen kann ein passives Einfangsystem statt der Getriebeölpumpe 244 verwendet werden, um den kontinuierlichen Strom des Öls durch den Rotor 206 aufrechtzuerhalten.
5 ist ein Ablaufschema, das ein Verfahren 500 zum Kühlen von Lamellen eines Rotors eines elektrischen Motors gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Das Verfahren 500 wird unter Bezugnahme auf das System und die Komponenten, die oben unter Bezugnahme auf 1-4B beschrieben wurden, beschrieben, könnte aber auch mit anderen Systemen/Komponenten (z.B. einem elektrischen Motor eines elektrischen Fahrzeugs, elektrischen Motoren von Maschinen) ausgeführt werden, ohne vom Bereich dieser Offenbarung abzuweichen. Das Verfahren 500 kann gemäß Befehlen ausgeführt werden, die in einem nicht-flüchtigen Speicher einer Rechenvorrichtung, wie etwa einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) oder einem Steuersystem (z.B. dem Steuersystem 122 von 1) eines Fahrzeugs gespeichert sind.
Bei 502 kann das Verfahren 500 das Einspeisen von Öl durch die Mitte einer rotierenden Rotorwelle des elektrischen Motors über eine Pumpe oder ein passives Einfangsystem einschließen. Die Pumpe oder das passive Einfangsystem kann sich innerhalb eines Getriebes (z.B. in der Getriebeölpumpe 244 von 2B), mit dem die Rotorwelle funktional gekoppelt ist, befinden. Das Öl kann aus dem Getriebe in ein erstes Ende der hohlen Rotorwelle gespeist werden, wo das Öl zu einem zweiten Ende der Rotorwelle strömt. Bei 504 kann das Öl aus der Rotorwelle hinaus strömen (z.B. über eine Zentrifugalkraft oder durch Pumpen). Die Rotorwelle kann von einem Mantel gebildet werden, der einen oder mehrere Leitungswege aufweist, die dem zweiten Ende der Rotorwelle benachbart sind. Während die Rotorwelle rotiert, kann Öl innerhalb der Rotorwelle durch Zentrifugalkraft aus den Leitungswegen hinaus strömen. Zum Beispiel kann die Rotorwelle eine Mehrzahl von senkrechten Löchern (z.B. die Mehrzahl von Löchern 256 von 2A) aufweisen, die dem zweiten Ende benachbart sind und den Außenumfang der Rotorwelle umgeben.
Bei 506 kann das auswärts strömende Öl zu axialen Löchern innerhalb des Rotors gelenkt werden. Das auswärts strömende Öl kann über eine Ausgleichsplatte (z.B. die drehgeberendseitige Ausgleichsplatte 224 von 2A, 3A und 3B), die als Einheit mit dem zweiten Enden der Rotorwelle verkoppelt ist, zu den axialen Löchern des Rotors gelenkt werden, wobei die Ausgleichsplatte die Region, welche die Leitungswege innerhalb des Mantels enthält, und ein Lamellenpaket umgibt. Zum Beispiel kann die Ausgleichsplatte im Wesentlichen scheibenförmig sein und eine zentrale Öffnung aufweisen, die mit einem O-Ring ausgekleidet ist. Die Ausgleichsplatte kann ferner mindestens eine zurückgesetzte Region innerhalb einer rückseitigen Fläche aufweisen, wobei eine mit einem O-Ring ausgekleidete Rille die zurückgesetzte Region umgibt. Die Rotorwelle kann an der rückseitigen Fläche in die zentrale Öffnung eingeführt werden, wobei von dem O-Ring eine Abdichtung zwischen der Rotorwelle und der Ausgleichsplatte gebildet wird. Durch das Koppeln der Rotorwelle mit der Ausgleichsplatte kann die rückseitige Fläche der Ausgleichsplatte noch mehr an dem Lamellenpaket gesichert werden (z.B. können die rückseitige Fläche der Ausgleichsplatte und ein erstes Ende des Lamellenpakets in Flächenkontakt stehen), wobei die mit einem O-Ring ausgekleidete Rille, welche die zurückgesetzte Region umgibt, eine Abdichtung zwischen dem Lamellenpaket und der Ausgleichsplatte bildet. Das Lamellenpaket kann eine Mehrzahl von axialen Löchern aufweisen, die verwendet werden können, um das Gewicht des Rotors zu verringern. Die axialen Löcher können an der ausgesparten Region der Ausgleichsplatte ausgerichtet und damit verbunden sein. Wenn das Öl aus den Leitungswegen innerhalb des Mantels der Rotorwelle auswärts strömt, kann das Öl innerhalb der ausgesparten Region der Ausgleichsplatte gesammelt werden, wo es über eine Zentrifugalkraft des Rotors in die axialen Löcher des Lamellenpakets gelenkt wird (z.B. sind die axialen Löcher die einzigen Durchlässe, die mit der ausgesparten Region verbunden sind, die den passiven Strom des Öls über eine Zentrifugalkraft ermöglichen, wenn das Öl aktiv aus der verbundenen Rotorwelle gepumpt wird).
Bei 508 kann das Öl durch die axialen Löcher des Rotors strömen. Während der Rotor weiter rotiert, kann das Öl, das aus der ausgesparten Region der Ausgleichsplatte in das Lamellenpaket geströmt ist, zum ersten Ende der Rotorwelle und zum Getriebe zurückströmen. Bei 510 kann das Öl aus den axialen Rotorlöchern zur Pumpe oder zum passiven Einfangsystem gelenkt werden. Das Öl kann aus den axialen Löchern des Lamellenpakets hinaus und in die zweite Ausgleichsplatte strömen. Die zweite Ausgleichsplatte kann mit dem Lamellenpaket zur Einheit gekoppelt sein und eine zurückgesetzte Region aufweisen.
Die zurückgesetzte Region der zweiten Ausgleichsplatte kann mit einer Reihe von Löchern verbunden sein, die den größten Teil der Länge der Ausgleichsplatte durchqueren und in einer verbundenen Rille enden. Wenn das Lamellenpaket mit der zweiten Ausgleichsplatte gekoppelt ist, können sich die axialen Löcher mit der ausgesparten Region verbinden, so dass Öl aus den axialen Löchern in die zurückgesetzte Region strömen kann (z.B. transportiert von dem positiven Druckgradienten, der sich aus der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte ergibt, wobei der Auslass in Bezug auf den Einlass radial weiter außen liegt). Öl innerhalb der ausgesparten Region kann dann in die Reihe von Löchern innerhalb der zweiten Ausgleichsplatte und zu der Rille gelenkt werden. Öl innerhalb der Rille kann dann über eine Zentrifugalkraft aus der Ausgleichsplatte hinaus und in das Getriebe gelenkt werden. Wenn danach der Elektromotor noch in Betrieb ist, kann das Verfahren 500 zu 502 zurückkehren. Falls der Elektromotor nicht mehr in Betrieb ist (z.B. der Rotor nicht mehr rotiert), kann das Verfahren 500 enden.
1-4B zeigen beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn solche Elemente im direkten Kontakt miteinander oder direkt gekoppelt abgebildet sind, dann können sie in mindestens einem Beispiel als in direktem Kontakt miteinander bzw. direkt gekoppelt beschrieben werden. Ebenso können Elemente, die aneinander angrenzend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in zumindest einem Beispiel aneinander angrenzen 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 als „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 liegend, 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). 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.
Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Kühlung von Lamellen eines Rotors eines elektrischen Motors unter Verwendung von Öl erreicht werden. Das Öl kann von einer Getriebeölpumpe durch eine Rotorwelle gepumpt werden, während die Rotorwelle rotiert, wo das Öl anschließend über eine erste Ausgleichsplatte und eine Zentrifugalkraft zu den axialen Löchern des Rotors umgelenkt wird. Das Öl kann dann durch den Rotor in einer Richtung strömen, die zu der, in der es gepumpt wurde, entgegengesetzt ist. Das Öl wird mit der Oberfläche der Rotorlamellen in direkten Kontakt gebracht, wodurch eine Kontaktfläche vergrößert wird und ein Wärmewiderstand insgesamt verringert wird und der Rotor gleichmäßig gekühlt wird. Das Öl wird dann durch eine zweite Ausgleichsplatte geleitet, wo es zurück zum Getriebe gelenkt wird, und kann für eine kontinuierliche Kühlung des Elektromotors zurück in die Rotorwelle gepumpt werden.
Das Kühlsystem kann eine Ölzufuhr aufweisen, wobei die Ölzufuhr dafür ausgelegt ist, Öl durch einen geschlossenen Kreislauf strömen zu lassen, wobei der geschlossene Kreislauf nur einen inneren Weg der Rotorwelle, einen oder mehrere Leitungswege und/oder eine oder mehrere Aussparungen der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte, einen oder mehrere Gewichtsreduzierungskanäle des Lamellenpakets und einen oder mehrere Leitungswege und/oder eine oder mehrere Aussparungen der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte aufweist. Die Ölzufuhr muss Öl nur zu dem inneren Weg fließen lassen, der innere Weg muss das Öl nur zu dem einen oder den mehreren Leitungswegen und/oder der einen oder den mehreren Aussparungen der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte fließen lassen, der eine oder die mehreren Leitungswege und/oder die eine oder die mehreren Aussparungen der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte müssen das Öl nur zu dem einen oder den mehreren Gewichtsreduzierungskanälen des Lamellenpakets fließen lassen, der eine oder mehreren Gewichtsreduzierungskanäle des Lamellenpakets müssen das Öl nur zu dem einen oder den mehreren Leitungswegen und/oder der einen oder den mehreren Aussparungen der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte fließen lassen, und der eine oder die mehreren Leitungswege und/oder die eine oder die mehreren Aussparungen der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte müssen das Öl nur zurück zu der Ölzufuhr fließen lassen. Keine anderen Leitungswege oder Kanäle müssen in den geschlossenen Kreislauf kommen. Es ist möglich, dass der geschlossene Kreislauf Öl nur aus der Ölzufuhr empfängt. In manchen Ausführungsformen kann das Kühlsystem eine Kühlmittelzufuhr aufweisen, wobei die Kühlmittelzufuhr dafür ausgelegt ist, Kühlmittel durch den geschlossenen Kreislauf fließen zu lassen, wie oben beschrieben. Es ist möglich, dass der geschlossene Kreislauf Kühlmittel nur aus der Kühlmittelzufuhr empfängt.
Wie hierin verwendet, ist ein Element oder ein Schritt, der im Singular genannt ist und dem das Wort „ein(e)“ vorausgeht, so zu verstehen, dass der Plural der Elemente oder Schritte nicht ausgeschlossen ist, solange ein solcher Ausschluss nicht ausdrücklich angegeben ist. Ferner sollen Verweise auf „eine Ausführungsform“ der vorliegenden Erfindung nicht so aufgefasst werden, als würde dadurch die Existenz zusätzlicher Ausführungsformen, welche die genannten Merkmale beinhalten, ausgeschlossen. Solange nichts Gegenteiliges ausgesagt wird, können darüber hinaus Ausführungsformen, die ein Element oder eine Mehrzahl von Elementen mit einer bestimmten Eigenschaft „umfassen“, „einschließen“ oder „aufweisen“, solche zusätzlichen Elemente einschließen, die diese Eigenschaft nicht haben. Die Begriffe „einschließen“ und „bei dem/der/denen“ werden als die allgemeinsprachlichen Äquivalente der jeweiligen Ausdrücke „umfassen“ und „wobei“ verwendet. Darüber hinaus werden die Ausdrücke „erste“, „zweite“ und „dritte“ usw. nur als Bezeichner verwendet und sollen keine numerischen Anforderungen oder eine bestimmte Lagereihenfolge an ihren Objekten auferlegen.
In dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele verwendet, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich der besten Weise, und auch, um Durchschnittfachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung, einschließlich des Herstellens und Verwendens jeglicher Vorrichtungen oder Systeme, und der Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren, in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Bereich der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele einschließen, die Durchschnittsfachleuten einfallen mögen. Solche anderen Beispiele sollen im Bereich der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente aufweisen, die sich Wortsinn der Ansprüche kaum unterscheiden.

Claims

System zum Kühlen eines elektrischen Motors, umfassend: eine Rotorwelle, die rotationsfähig in einem Motorgehäuse montiert ist; ein Lamellenpaket, das mit der Rotorwelle zu einer Einheit verbunden ist; eine drehgeberendseitige Ausgleichsplatte, die mit einem ersten Ende des Lamellenpakets und einem ersten Ende der Rotorwelle zu einer Einheit verbunden ist; eine ausgabeendseitige Ausgleichsplatte, die mit einem zweiten Ende des Lamellenpakets und einem zweiten Ende der Rotorwelle zu einer Einheit verbunden ist; und eine Ölzufuhr, die mit der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte und der Rotorwelle gekoppelt ist, wobei ein geschlossener Kühlmittelkreislauf zwischen dem Getriebe, der Rotorwelle, der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte, dem Lamellenpaket und der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte ausgebildet ist.
System nach Anspruch 1, wobei der geschlossene Kühlmittelkreislauf einen inneren Weg durch die Rotorwelle, einen oder mehrere Leitungswege und/oder eine oder mehrere Aussparungen der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte, einen oder mehrere Gewichtsreduzierungskanäle des Lamellenpakets und einen oder mehrere Leitungswege und/oder eine oder mehrere Aussparungen der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte einschließt.
System nach Anspruch 2, wobei die Ölzufuhr dafür ausgelegt ist, Öl zu dem inneren Weg fließen zu lassen, der innere Weg dafür ausgelegt ist, Öl zu dem einen oder den mehreren Leitungswegen und/oder der einen oder den mehreren Aussparungen der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte fließen zu lassen, der eine oder die mehreren Leitungswege und/oder die eine oder die mehreren Aussparungen der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte dafür ausgelegt sind, Öl zu dem einen oder den mehreren Gewichtsreduzierungskanälen des Lamellenpakets fließen zu lassen, der eine oder die mehreren Gewichtsreduzierungskanäle des Lamellenpakets dafür ausgelegt sind, das Öl zu dem einen oder den mehreren Leitungswegen und/oder der einen oder den mehreren Aussparungen der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte fließen zu lassen, und der eine oder die mehreren Leitungswege und/oder die eine oder die mehreren Aussparungen der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte dafür ausgelegt sind, das Öl zu der Ölzufuhr fließen zu lassen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die drehgeberendseitige Ausgleichsplatte abdichtend mit dem ersten Ende des Lamellenpakets und dem ersten Ende der hohlen Welle verbunden ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ausgabeendseitige Ausgleichsplatte abdichtend mit dem zweiten Ende des Lamellenpakets und dem zweiten Ende der hohlen Welle verbunden ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die hohle Welle eine Mehrzahl von Löchern aufweist, die dem ersten Ende benachbart sind.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die drehgeberendseitige Ausgleichsplatte die Mehrzahl von Löchern der hohlen Welle umgibt.
Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Motors, umfassend: Einspeisen von Kühlmittel durch eine Mitte einer rotierenden Rotorwelle; Fließenlassen von Kühlmittel aus der Rotorwelle nach außen; Lenken des nach außen fließenden Kühlmittels zu axialen Löchern in einem Rotor; Fließenlassen von Kühlmittel durch die axialen Löcher; und Lenken von Kühlmittel aus den axialen Löchern.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Kühlmittel über eine Pumpe oder ein passives Einfangsystem durch die Rotorwelle eingespeist wird und das Kühlmittel über ein oder mehrere laterale Löcher in der Rotorwelle aus der Rotorwelle strömt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Kühlmittel, das durch das eine oder die mehreren lateralen Löcher in der Rotorwelle strömt, in einer ausgesparten Region der drehgeberendseitigen Ausgleichsplatte gesammelt wird, wo die zurückgesetzte Region mit den lateralen Löchern der Rotorwelle und den axialen Löchern des Rotors gekoppelt ist, wobei das Kühlmittel innerhalb der ausgesparten Region zu den axialen Löchern des Rotors strömt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Kühlmittel, das durch die axialen Löcher des Rotors strömt, in eine ausgesparte Region einer ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte strömt, die mit dem Rotor gekoppelt ist, und das Kühlmittel in der ausgesparten Region über einen oder mehrere Wege innerhalb der ausgabeendseitigen Ausgleichsplatte in eine Pumpe oder ein passives Einfangsystem strömt, wobei der eine oder die mehreren Wege mit der ausgesparten Region und der Pumpe oder dem passiven Einfangsystem gekoppelt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei eine Wasser-Glycol-Lösung als das Kühlmittel verwendet wird und durch die axialen Löcher gelassen wird, wobei die Innenfläche der axialen Löcher mit einer dielektrischen Auskleidung ausgekleidet ist.