DE112014002445T5

DE112014002445T5 - Elektrische Maschine umfassend eine Wärmesteuereinrichtung

Info

Publication number: DE112014002445T5
Application number: DE112014002445.7T
Authority: DE
Inventors: Noman Hossain; Anthony Trzaska
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2016-02-25
Also published as: US20140339932A1; KR20160010541A; CN105210275A; WO2014186492A1

Abstract

Eine elektrische Maschine umfasst einen Stator. Der Stator umfasst einen Statorkern und mehrere Wicklungen, die durch den Statorkern getragen sind. Die mehreren Wicklungen umfassen einen ersten Wicklungskopfteil und einen zweiten Wicklungskopfteil. Ein anpassungsfähiges Kühlsystem ist fluidleitend mit dem Gehäuse verbunden. Das anpassungsfähige Kühlsystem umfasst einen ersten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Statorkern zu führen, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit einem der ersten und zweiten Wicklungskopfteile zu führen. Eine Wärmesteuereinrichtung ist betrieblich mit dem anpassungsfähigen Kühlsystem verbunden. Die Wärmesteuereinrichtung umfasst einen Kühlmittelbedarfsplan, der in einem maschinenspezifischen Kühlmittelkennfeld beschrieben ist, und ist ausgelegt und angeordnet, eine Kühlmittelzufuhr zu den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen wahlweise basierend auf dem Kühlmittelbedarfsplan anzupassen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen betreffen das Gebiet der elektrischen Maschinen und insbesondere eine elektrische Maschine mit einer Wärmesteuereinrichtung.
Viele elektrische Maschinen umfassen Kühlsysteme. Die Kühlsysteme nehmen verschiedene Formen an und sind ausgelegt, Betriebstemperaturen der elektrischen Maschine zu verringern, um die Bauteillebensdauer zu verlängern oder eine Steigerung der Spitzenleistung bereitzustellen. Elektrische Motoren umfassen häufig ein Kühlsystem, das einen rotor- oder ankerangetriebenen Lüfter aufweist. Der Lüfter führt ein Kühlmittelfluid durch den elektrischen Motor, um Wärme abzuführen. Andere Kühlsysteme umfassen das Führen eines Fluids durch einen Kühlmittelmantel, der einen Teil der elektrischen Maschine umgibt, und das direkte Sprühen des Kühlmittels auf eine oder mehrere interne Komponenten der elektrischen Maschine.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Offenbart ist eine elektrische Maschine, die ein Gehäuse mit einer Außenfläche und einer Innenfläche umfasst. Ein Stator ist unbeweglich an der Innenfläche angebracht. Der Stator umfasst einen Statorkern und mehrere Wicklungen, die durch den Statorkern getragen sind. Die mehreren Wicklungen umfassen einen ersten Wicklungskopfteil und einen zweiten Wicklungskopfteil. Ein anpassungsfähiges Kühlsystem ist fluidleitend mit dem Gehäuse verbunden. Das anpassungsfähige Kühlsystem umfasst einen ersten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Statorkern zu führen, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit einem der ersten und zweiten Wicklungskopfteile zu führen. Eine Wärmesteuereinrichtung ist betrieblich mit dem anpassungsfähigen Kühlsystem verbunden. Die Wärmesteuereinrichtung umfasst einen Kühlmittelbedarfsplan, der in einem maschinenspezifischen Kühlmittelkennfeld beschrieben ist, und ist ausgelegt und angeordnet, eine Kühlmittelzufuhr zu den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen wahlweise basierend auf dem Kühlmittelbedarfsplan anzupassen.
Ebenso offenbart ist eine Wärmesteuereinrichtung für eine elektrische Maschine. Die Wärmesteuereinrichtung umfasst ein Kühlmittelkennfeld, das einen Kühlmittelbedarfsplan für die elektrische Maschine aufweist. Die Steuereinrichtung ist ausgelegt und angeordnet, eine Kühlmittelzufuhr zu der elektrischen Maschine basierend auf dem Kühlmittelbedarfsplan zu steuern.
Weiter offenbart ist eine elektrische Maschine, die ein Gehäuse mit einer Außenfläche und einer Innenfläche umfasst. Ein Stator ist unbeweglich an der Innenfläche angebracht. Der Stator umfasst einen Statorkern und mehrere Wicklungen, die durch den Statorkern getragen sind. Die mehreren Wicklungen umfassen einen ersten Wicklungskopfteil und einen zweiten Wicklungskopfteil. Ein Rotor ist in dem Gehäuse angeordnet und drehbar relativ zu dem Stator angebracht. Ein anpassungsfähiges Kühlsystem ist fluidleitend mit dem Gehäuse verbunden. Das anpassungsfähige Kühlsystem umfasst einen ersten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Statorkern zu führen, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Rotor zu führen. Eine Wärmesteuereinrichtung umfasst einen Kühlmittelbedarfsplan, der in einem maschinenspezifischen Kühlmittelkennfeld beschrieben ist, und ist betrieblich mit dem anpassungsfähigen Kühlsystem verbunden. Die Wärmesteuereinrichtung ist ausgelegt und angeordnet, eine Kühlmittelzufuhr zu den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen wahlweise basierend auf dem Kühlmittelbedarfsplan anzupassen.
Noch weiter ist eine elektrische Maschine offenbart, die ein Gehäuse mit einer Außenfläche und einer Innenfläche umfasst. Ein Stator ist unbeweglich an der Innenfläche angebracht. Der Stator umfasst einen Statorkern und mehrere Wicklungen, die durch den Statorkern getragen sind. Die mehreren Wicklungen umfassen einen ersten Wicklungskopfteil und einen zweiten Wicklungskopfteil. Ein Rotor ist in dem Gehäuse angeordnet und drehbar relativ zu dem Stator angebracht. Ein anpassungsfähiges Kühlsystem ist fluidleitend mit dem Gehäuse verbunden. Das anpassungsfähige Kühlsystem umfasst einen ersten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit einem der ersten und zweiten Wicklungskopfteile zu führen, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Rotor zu führen. Eine Wärmesteuereinrichtung umfasst einen Kühlmittelbedarfsplan, der in einem maschinenspezifischen Kühlmittelkennfeld beschrieben ist, und ist betrieblich mit dem anpassungsfähigen Kühlsystem verbunden. Die Wärmesteuereinrichtung ist ausgelegt und angeordnet, eine Kühlmittelzufuhr zu den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen wahlweise basierend auf dem Kühlmittelbedarfsplan anzupassen.
Noch weiter offenbart ist eine elektrische Maschine, die ein Gehäuse mit einer Außenfläche und einer Innenfläche umfasst und einen Stator, der unbeweglich an der Innenfläche angebracht. Der Stator umfasst einen Statorkern und mehrere Wicklungen, die durch den Statorkern getragen sind. Die mehreren Wicklungen umfassen einen ersten Wicklungskopfteil und einen zweiten Wicklungskopfteil. Ein Rotor ist in dem Gehäuse angeordnet und drehbar relativ zu dem Stator angebracht. Ein anpassungsfähiges Kühlsystem ist fluidleitend mit dem Gehäuse verbunden. Das anpassungsfähige Kühlsystem umfasst einen ersten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Statorkern zu führen, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit einem der ersten und zweiten Wicklungskopfteile zu führen. Eine Wärmesteuereinrichtung ist betrieblich mit dem anpassungsfähigen Kühlsystem verbunden. Die Wärmesteuereinrichtung ist ausgelegt und angeordnet, eine Kühlmittelzufuhr zu den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen wahlweise basierend auf einer Kühlmitteltemperatur an einem Auslass wenigstens eines der ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufe anzupassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgenden Beschreibungen sind nicht beschränkend in irgendeiner Weise aufzufassen. Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen sind gleiche Elemente gleich nummeriert:
1 stellt eine elektrische Maschine umfassend ein anpassungsfähiges Kühlsystem in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform dar;
2 stellt ein Diagramm dar, das ein Kühlmittelkennfeld veranschaulicht, das einen Motorkühlmittelbedarfsplan der elektrischen Maschine in 1 beschreibt;
3 stellt eine elektrische Maschine umfassend ein anpassungsfähiges Kühlsystem in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform dar; und
4 stellt ein Flussdiagramm dar, das ein Verfahren zum Kühlen der elektrischen Maschine aus 1 veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine ausführliche Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der offenbarten Vorrichtung und des Verfahrens wird hierin beispielhaft und nicht beschränkend mit Bezug auf die Figuren dargelegt.
Eine elektrische Maschine in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform ist allgemein bei 2 in 1 angegeben. Die elektrische Maschine 2 ist in der Form eines elektrischen Motors dargestellt, der ein Gehäuse 4 aufweist, das eine Außenfläche 6 und eine Innenfläche 8, die einen inneren Bereich 9 festlegt, umfasst. Das Gehäuse 4 umfasst ebenso eine erste Endwand 10 und eine gegenüberliegende zweite Endwand 12. Wenigstens eine der Endwände 10 und 12 kann entfernbar sein, um einen Zugang zu dem inneren Bereich 9 bereitzustellen. Die elektrische Maschine 2 ist ebenfalls einen Stator 20, der in dem inneren Bereich 9 angeordnet ist, umfassend dargestellt. Der Stator 20 umfasst einen Statorkern 24, der unbeweglich an der Innenfläche 8 angebracht ist. Der Statorkern 24 trägt mehrere Statorwicklungen 28, die einen ersten Wicklungskopfteil 30 und einen zweiten Wicklungskopfteil 32 umfassen.
Die elektrische Maschine 2 ist ebenfalls dargestellt, eine Rotorbaugruppe 40 zu umfassen, die einen Rotorkörper 44 umfasst, der durch eine Welle 50 getragen ist. Der Rotorkörper 40 kann eine Vielzahl an Formen annehmen und viele umfassen Wicklungen und/oder Permanentmagnete. Die Welle 50 umfasst ein erstes Ende 52, das an der ersten Endwand 10 durch ein erstes Lager 54 gehalten ist, und ein zweites Ende 56, das an der zweiten Endwand 12 durch ein zweites Lager 58 gehalten ist. Es ist zu verstehen, dass die Rotorbaugruppe 40 nicht darauf beschränkt ist, an beiden Enden der Welle 50 gehalten zu sein. Die Rotorbaugruppe 44 kann ebenso in einer auskragenden Art von einer der ersten und zweiten Endwände 10 und 12 gehalten sein. Die elektrische Maschine 2 ist ebenfalls dargestellt, einen Anschlussblock 64 zu umfassen, der eine Schnittstelle zwischen den Wicklungen 28 und externen elektrischen Quellen oder Lasten bereitstellt.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsform umfasst die elektrische Maschine 2 ein anpassungsfähiges Kühlsystem 70. Das anpassungsfähige Kühlsystem 70 umfasst einen ersten Kühlmittelkreislauf 72, einen zweiten Kühlmittelkreislauf 74, einen dritten Kühlmittelkreislauf 76 und einen vierten Kühlmittelkreislauf 78. Der erste Kühlmittelkreislauf 72 umfasst einen Einlassteil 80, der ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Statorkern 24 führt, und einen Auslassteil 82, der das Kühlmittel aus dem Gehäuse 4 führt. Es ist zu verstehen, dass das Kühlmittel durch einen Mantel (nicht dargestellt) geführt werden kann, der in dem Gehäuse 4 in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Statorkern 24 ausgebildet ist oder durch Kanäle, die in dem Statorkern 24 ausgebildet sind, geführt werden kann. Andere Mechanismen zum Austausch von Wärme zwischen dem Kühlmittel und dem Statorkern können ebenfalls eingesetzt werden.
Der zweite Kühlmittelkreislauf 74 umfasst einen ersten Einlassabschnitt 84, der Kühlmittel in Richtung auf den ersten Wicklungskopfteil 30 liefert, und einen ersten Auslassabschnitt 86, der Kühlmittel aus dem Gehäuse 4 führt. In ähnlicher Weise umfasst der dritte Kühlmittelkreislauf 76 einen zweiten Einlassabschnitt 88, der ein Kühlmittel in Richtung auf den zweiten Wicklungskopfteil 32 führt, und einen zweiten Auslassabschnitt 90, der das Kühlmittel aus dem Gehäuse 4 führt. Das Kühlmittel kann in einer Wärmeaustauschbeziehung mit den ersten und zweiten Wicklungskopfteilen 30 und 32 durch eine Vielzahl an Zuführsystemen umfassend sowohl den direkten als auch den indirekten Kontakt mit den Wicklungen 28 geführt werden. Der vierte Kühlkreislauf 78 ist parallel mit dem ersten Kühlmittelkreislauf 72 verbunden dargestellt und liefert Kühlfluid durch den Rotor 44. Insbesondere umfasst der vierte Kühlkreislauf 78 einen Rotoreinlassabschnitt 91, der fluidleitend mit dem Einlassteil 80 und Rotor 44 durch die Welle 50 verbunden ist. Der vierte Kühlkreislauf 78 umfasst ebenso Kühlfluidauslässe (nicht dargestellt), die an einem äußeren Umfang des Rotors 44 bereitgestellt sind. Die Kühlfluidauslässe ermöglichen, dass Kühlmittel aus dem Rotor 44 geführt wird und zu dem ersten Auslassabschnitt 86 und/oder dritten Auslassabschnitt 90 geführt wird.
Das anpassungsfähige Kühlsystem 70 ist ebenfalls dargestellt, ein erstes Ventil 92 zu umfassen, das in dem Einlassteil 80 angeordnet ist, ein zweites Ventil 94, das in dem ersten Einlassabschnitt 84 angeordnet ist, und ein drittes Ventil 96, das in dem zweiten Einlassabschnitt 88 angeordnet ist. Das anpassungsfähige Kühlsystem 70 ist ferner dargestellt, einen Einlass 100 zu umfassen, der fluidleitend mit dem Einlassteil 80 und den ersten und zweiten Einlassabschnitten 84 und 88 verbunden ist. Der Einlass 100 ist ebenso fluidleitend mit einer Pumpe 102 verbunden, die Kühlmittel in den ausgewählten ersten Kühlmittelkreislauf 72, den zweiten Kühlmittelkreislauf 74, den dritten Kühlmittelkreislauf 76 und/oder den vierten Kühlmittelkreislauf 78 liefert. Ein Auslass 104 ist fluidleitend mit dem Auslassteil 82 und den ersten und zweiten Auslassabschnitten 86 und 90 verbunden. Der Auslass 104 kann das Kühlmittel zu einem Wärmetauscher (nicht dargestellt) liefern und zurück zu dem Einlass 100 oder zu einem anderen System (ebenfalls nicht dargestellt).
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsform umfasst der Einlass 100 einen Einlasstemperatursensor 106 und der Auslass 104 umfasst einen Auslasstemperatursensor 108. Der Einlasstemperatursensor 106 ist angeordnet, eine Temperatur des Kühlmittels zu erfassen, das in den Einlass 100 strömt, und der Auslasstemperatursensor 108 ist angeordnet, eine Temperatur des Kühlmittels zu erfassen, das durch den Auslass 104 strömt. An diesem Punkt ist zu verstehen, dass, obwohl der Kühlkreislauf 78 parallel mit dem Kühlkreislauf 72 in 1 verbunden dargestellt ist und daher ebenfalls durch das Ventil 92 gesteuert wird, der Kühlkreislauf 78 mit dem Einlass 100 mit einem separaten Ventil (nicht dargestellt) verbunden sein könnte. Mit einer solchen Anordnung könnte der Kühlkreislauf 78 unabhängig von dem Kühlkreislauf 72 gesteuert werden. Die elektrische Maschine 2 ist ebenfalls dargestellt, eine Motorsteuereinrichtung 110 zu umfassen. Die Motorsteuereinrichtung 110 empfängt erfasste Betriebsparameter des Motors von Sensoren 112. Die Sensoren 112 sind ausgelegt, einen oder mehrere Betriebsparameter zu erfassen, wie zum Beispiel eine Stromaufnahme, eine Rotordrehzahl, ein Rotordrehmoment und/oder eine Spannung. Die Motorsteuereinrichtung 110 definiert und misst die Betriebsparameter der elektrischen Maschine 2. Die Motorsteuereinrichtung 110 umfasst ebenso oder ist betrieblich verbunden mit einer Wärmesteuereinrichtung 116. Die Wärmesteuereinrichtung 116 ist betrieblich mit dem Eingangstemperatursensor 106, dem Ausgangstemperatursensor 108 und den Ventilen 92, 94 und 96 verbunden.
Bei niedrigen Drehzahlen bis zu etwa einer Grunddrehzahl der elektrischen Maschine 2 kann es wünschenswerter sein, I²R oder Kupferverluste an den ersten und zweiten Wicklungskopfteilen 30 und 32 zu verringern. In solchen Fällen werden die Ventile 92, 94 und 96 wahlweise gesteuert, um mehr Kühlmittel zu den zweiten und dritten Kühlmittelkreisläufen 74 und 76 zu liefern, als dass es zu dem ersten Kühlmittelkreislauf 72 und dem vierten Kühlmittelkreislauf 78 geliefert würde. Die Wärmesteuereinrichtung 116 kann ebenso ausgelegt sein, andere Parameter der elektrischen Maschine 2 zu erfassen um festzustellen, wie Änderungen in der Kühlmittelzufuhr die Leistungsfähigkeit beeinflussen. Die Wärmesteuereinrichtung 116 kann dann Informationen speichern, um ein maschinenspezifisches Temperaturkennfeld für die elektrische Maschine 2 zu erzeugen. Die Wärmesteuereinrichtung 116 kann dann das maschinenspezifische Temperaturkennfeld einsetzen, um die Positionen der Ventile 92, 94 und 96 zu steuern, um den Maschinenbetrieb über alle Drehzahl- und Drehmomentbereiche zu verbessern.
Zusätzlich zu dem Vorstehenden überwacht die Wärmesteuereinrichtung 116 die Kühlmitteleinlasstemperatur und die Kühlmittelauslasstemperatur durch den Einlasstemperatursensor 106 und den Auslasstemperatursensor 108. Basierend auf der Kühlmitteleinlasstemperatur und der Kühlmittelauslasstemperatur signalisiert die Wärmesteuereinrichtung 116 der Pumpe 102, die Kühlmitteldurchflussmenge durch das anpassungsfähige Kühlsystem 70 anzupassen. Insbesondere kann die Wärmesteuereinrichtung 116 der Pumpe 102 signalisieren, die Kühlmitteldurchflussmenge zu verringern, wenn die Temperaturen unterhalb eines vorherbestimmten Schwellenwerts liegen, um den Energiebedarf für das System zu verringern und die gesamte Systemleistungsfähigkeit zu steigern.
An diesem Punkt ist zu verstehen, dass die Wärmesteuereinrichtung 116 in der Motorsteuereinrichtung 110 eingebettet sein kann oder eine separate Komponente sein kann, die mit der Motorsteuereinrichtung 110 verbunden sein kann. Falls sie eine separate Komponente ist, kann die Wärmesteuereinrichtung 116 als ein Zusatzteil angeboten werden, das in existierende elektrische Maschinen integriert werden kann, ohne aufwendige Modifikationen zu erfordern. Ferner kann die Wärmesteuereinrichtung 116, obwohl sie als mit den Sensoren 106 und 108 und den Ventilen 92, 94 und 96 verbunden dargestellt ist, integrierte Ventile und Sensoren umfassen, die den Kühlmitteldurchfluss innerhalb einer zugehörigen elektrischen Maschine steuern.
Insbesondere umfasst die Wärmesteuereinrichtung 116 ein Kühlmittelkennfeld 120, das einen Motorkühlbedarfsplan 182, dargestellt in 2, umfasst, das eine Betriebsdrehzahl mit Verlusten im Stator 24 oder Eisenverlusten 184 und Verlusten in den Statorwicklungen 28 oder Kupferverlusten 186 sowie kombinierten Verlusten 188 korreliert. Das Kühlmittelkennfeld 120 und die zugehörigen Motorkühlbedarfspläne werden während der Entwicklung der elektrischen Maschine 2 entwickelt. Wie weiter unten ausführlicher erläutert werden wird, steuert die Wärmesteuereinrichtung 116 den Kühlmitteldurchfluss durch die elektrische Maschine 2 basierend auf dem Kühlmittelkennfeld 120. Bei niedrigen Drehzahlen bis zu etwa einer Grunddrehzahl der elektrischen Maschine 2 kann es wünschenswerter sein, I²R oder Kupferverluste 186 an den ersten und zweiten Wicklungskopfteilen 30 und 32 zu verringern. In solchen Fällen werden die ersten, zweiten und dritten Ventile 92, 94 und 96 wahlweise gesteuert, um mehr Kühlmittel zu den zweiten und dritten Kühlmittelkreisläufen 74 und 76 zu liefern, als dass es zu dem ersten Kühlmittelkreislauf 72 und dem vierten Kühlmittelkreislauf 78 geliefert würde. Bei höheren Drehzahlen kann es wünschenswerter sein, die Eisenverluste 184 zu verringern. In solch einem Fall werden die ersten, zweiten und dritten Ventile 92, 94 und 96 wahlweise gesteuert, um mehr Kühlmittel zu dem ersten Kühlmittelkreislauf 72 und dem vierten Kühlmittelkreislauf 74 zu liefern, als dass es zu den zweiten und dritten Kühlmittelkreisläufen 74 und 76 geliefert würde. Kurz gesagt stützt sich die Wärmesteuereinrichtung 116 auf das Kühlmittelkennfeld 120, um den Kühlmittelbedarf und den Kühlmitteldurchfluss durch die elektrische Maschine 2 zu bestimmen.
An diesem Punkt ist zu verstehen, dass die Wärmesteuereinrichtung 116 in der Motorsteuereinrichtung 110 eingebettet sein kann oder eine separate Komponente sein kann, die mit der Motorsteuereinrichtung 110 verbunden sein kann. Falls sie eine separate Komponente ist, kann die Wärmesteuereinrichtung 116 als ein Zusatzteil angeboten werden, das in existierende elektrische Maschinen integriert werden kann, ohne aufwendige Modifikationen zu erfordern. Ferner kann die Wärmesteuereinrichtung 116, obwohl sie als mit den Ventilen 92, 94 und 96 verbunden dargestellt ist, integrierte Ventile umfassen, die den Kühlmitteldurchfluss innerhalb einer zugehörigen elektrischen Maschine steuern.
Bezug wird nun auf 3 genommen, wobei gleiche Bezugsziffern korrespondierende Teile in den jeweiligen Ansichten beim Beschreiben einer Motorsteuereinrichtung 190 in Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der beispielhaften Ausführungsform repräsentieren. Die Motorsteuereinrichtung 190 empfängt erfasste Betriebsparameter des Motors von den Sensoren 196. Die Sensoren 196 sind ausgelegt, einen oder mehrere Betriebsparameter zu erfassen, wie zum Beispiel eine Stromaufnahme, eine Rotordrehzahl, ein Rotordrehmoment und/oder eine Spannung. Die Motorsteuereinrichtung 190 ist mit einer Wärmesteuereinrichtung 200 verbunden. Die Wärmesteuereinrichtung 200 ist mit einem Einlasstemperatursensor 106, einem Auslasstemperatursensor 108 sowie Ventilen 92, 94 und 96 verbunden. Eingangsgrößen von den Sensoren 146 werden zu der Wärmesteuereinrichtung 200 geführt, die wiederum die Ventile 92, 94 und 96 steuern kann (basierend auf dem Wert der Eingangssensoren 146), um die Kühlmittelzufuhr durch jeweils die ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Kühlmittelkreisläufe 72, 74, 76 und/oder 78 anzupassen, um Betriebstemperaturen zu verringern und die Maschinenleistung zu verbessern. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist die Wärmesteuereinrichtung 200 betrieblich mit einem ersten Auslasstemperatursensor 206 verbunden, der an einer Fluidrückleitung 90 positioniert ist, einem zweiten Auslasstemperatursensor 208, der an einer Kühlmittelrückleitung 82 positioniert ist, und einem dritten Auslasstemperatursensor 210, der an einer Kühlmittelrückleitung 86 positioniert ist.
Die Wärmesteuereinrichtung 200 empfängt Eingangssignale von den Auslasstemperatursensoren 206, 208 und 210, die zum Beispiel eine höhere Wärmeabgabe in einem Kühlmittelrückzweig in Bezug auf einen anderen zeigen. Basierend auf den Signalen von einem oder mehreren der Auslasstemperatursensoren 206, 208 und 210 steuert die Wärmesteuereinrichtung 200 die Kühlmittelzufuhr zu den ersten, zweiten, dritten und vierten Kühlmittelkreisläufen 72, 74, 76 und 78 durch Anpassen der Durchflussmenge in jedem Kreislauf. Zum Beispiel kann die Temperatur am Auslasstemperatursensor 208 einen Bedarf für mehr Kühlung am Statorkern 24 anzeigen, als derzeit für die ersten und zweiten Wicklungskopfteile 30 und 32 benötigt wird. In einem solchen Fall werden die Ventile 92, 94, 96 wahlweise gesteuert, um mehr Kühlmittel zu dem ersten Kühlmittelkreislauf 72 und dem vierten Kühlmittelkreislauf 78 zu liefern als jenes, das zu den zweiten und dritten Kühlmittelkreisläufen 74 und 76 geliefert wird. Die Wärmesteuereinrichtung 200 kann ebenso ausgelegt sein, andere Parameter der elektrischen Maschine 2 zu erfassen um zu bestimmen, wie Änderungen der Kühlmittelzufuhr die Leistungsfähigkeit beeinflussen. Die Wärmesteuereinrichtung 200 kann dann Informationen in ihrem Speicher speichern, um ein verbessertes und optimiertes Temperaturkennfeld zu erzeugen, das spezifisch ist für eine bestimmte Maschine und/oder einen Arbeitszyklus.
Zusätzlich zu dem Vorstehenden überwacht die Wärmesteuereinrichtung 200 die Kühlmitteleinlasstemperatur und die Kühlmittelauslasstemperatur durch den Einlasstemperatursensor 106 und die Auslasstemperatursensoren 206, 208 und/oder 210. Basierend auf der Kühlmitteleinlasstemperatur und der/den Kühlmittelauslasstemperatur(en) signalisiert die Wärmesteuereinrichtung 200 der Pumpe 102, die Kühlmitteldurchflussmenge durch das anpassungsfähige Kühlsystem 70 anzupassen. Insbesondere kann die Wärmesteuereinrichtung 200 der Pumpe 102 signalisieren, die Kühlmitteldurchflussmenge zu verringern, wenn die Temperaturen unterhalb eines vorherbestimmten Schwellenwerts liegen, um den Energiebedarf für das System zu verringern und die gesamte Systemleistungsfähigkeit zu steigern.
An diesem Punkt ist zu verstehen, dass die Wärmesteuereinrichtung 200 in der Motorsteuereinrichtung 190 eingebettet sein kann oder eine separate Komponente sein kann, die mit der Motorsteuereinrichtung 190 verbunden sein kann. Falls sie eine separate Komponente ist, kann die Wärmesteuereinrichtung 200 als ein Zusatzteil angeboten werden, das in existierende elektrische Maschinen integriert werden kann, ohne aufwendige Modifikationen zu erfordern. Ferner kann die Wärmesteuereinrichtung 200, obwohl sie als mit den Ventilen 92, 94 und 96 verbunden dargestellt ist, integrierte Ventile umfassen, die den Kühlmitteldurchfluss innerhalb einer zugehörigen elektrischen Maschine steuern.
Bezug wird nun auf 4 zum Beschreiben eines Verfahrens 300 zum Betreiben einer elektrischen Maschine 2 in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform genommen. Die Motorsteuereinrichtung 110 bestimmt anfänglich einen oder mehrere Betriebsparameter der elektrischen Maschine 2 in Block 304. Die Betriebsparameter können eine Betriebsdrehzahl, einen Betriebsstrom, ein Betriebsdrehmoment und/oder eine Spannung oder eine Kühlmitteltemperatur am Einlass 100, am Auslassteil 82, am ersten Auslassabschnitt 86 und/oder am zweiten Auslassabschnitt 90 umfassen. Der/Die Betriebsparameter wird/werden zur Überprüfung zur Wärmesteuereinrichtung 116/200 geleitet. In Übereinstimmung mit einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsform kann die Wärmesteuereinrichtung 116/200 die Betriebsparameter mit dem maschinenspezifischen Kühlmittelkennfeld 120 vergleichen oder einfach den Kühlmitteldurchfluss basierend auf der Kühlmitteltemperatur in Block 306 anpassen. Ein Kühlbedarf wird in Block 308 basierend auf Kühlparametern festgestellt, die den Betriebsparametern zugehhörig sind. Falls keine Kühlung oder Änderung in der Kühlung erforderlich ist, wird/werden der/die Betriebsparameter fortgesetzt überwacht. Falls eine Kühländerung angezeigt ist, wird in Block 310 eine Menge an Eisenkühlung bestimmt und in Block 312 wird eine Menge an gewünschter Kupferkühlung bestimmt. An dieser Stelle öffnet die Wärmesteuereinrichtung 116 wahlweise eines oder mehrere der Ventile 92, 94 und/oder 96, um Kühlmittel durch einen oder mehrere der ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Kühlmittelkreisläufe 72, 74, 76 und/oder 78 zu führen, wie in Block 314 angegeben ist, und die Betriebsparameter werden fortgesetzt überwacht.
An dieser Stelle ist zu verstehen, dass beispielhafte Ausführungsformen ein System oder Systeme zur wahlweisen Zufuhr von Kühlmittel zu Teilbereich einer elektrischen Maschine bereitstellen. Der Kühlmitteldurchfluss zu bestimmten Komponenten kann wahlweise zugeschnitten werden, um sich mit Echtzeitbetriebsbedingungen zu befassen. Auf diese Weise kann ein zusätzlicher Kühlmitteldurchfluss zu einer Komponente geleitet werden, die eine erhöhte Wärmeabfuhr benötigt, um die Gesamtleistung der elektrischen Maschine zu verbessern. Durch die wahlweise Steuerung des Kühlmitteldurchflusses kann die Kühlsystemgröße verringert werden. Insbesondere muss das Kühlsystem nicht ausgebildet sein, einem maximalen Kühlbedarf für alle Komponenten Rechnung zu tragen. Der Kühlbedarf für die Komponenten einer elektrischen Maschine verändert sich während des Betriebs. Wie vorstehend erläutert wurde, kann während eines Betriebs mit hoher Drehzahl der Statorkern von einer zusätzlichen Kühlung profitieren, um die Eisenverluste zu verringern, während die Wicklungskopfteile nicht so viel Kühlung benötigen mögen. Umgekehrt können während eines Betriebs mit niedriger Drehzahl bis zu einer Grunddrehzahl die Wicklungskopfteile von einer zusätzlichen Kühlung profitieren, um I²R oder Kupferverluste zu verringern, wobei der Statorkern nicht so viel Kühlung erfordern mag.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform oder Ausführungsformen beschrieben wurde, ist von den Fachleuten zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Elemente hiervon durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Außerdem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Geltungsbereich hiervon zu verlassen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt ist, die als die beste erachtete Art zur Ausführung dieser Erfindung offenbart ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen einschließt, die in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen.

Claims

Elektrische Maschine aufweisend: ein Gehäuse umfassend eine Außenfläche und eine Innenfläche; einen Stator, der unbeweglich an der Innenfläche angebracht ist, wobei der Stator einen Statorkern umfasst und mehrere Wicklungen, die durch den Statorkern getragen sind, wobei die mehreren Wicklungen einen ersten Wicklungskopfteil und einen zweiten Wicklungskopfteil umfassen; einen Rotor, der in dem Gehäuse angeordnet ist und drehbar relativ zu dem Stator angebracht ist; ein anpassungsfähiges Kühlsystem, das fluidleitend mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei das anpassungsfähige Kühlsystem einen ersten Kühlmittelkreislauf umfasst, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Statorkern zu führen, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit einem der ersten und zweiten Wicklungskopfteile zu führen; und eine Wärmesteuereinrichtung, die einen Kühlmittelbedarfsplan umfasst, der in einem maschinenspezifischen Kühlmittelkennfeld beschrieben ist, und die betrieblich mit dem anpassungsfähigen Kühlsystem verbunden ist, wobei die Wärmesteuereinrichtung ausgelegt und angeordnet ist, eine Kühlmittelzufuhr zu den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen wahlweise basierend auf dem Kühlmittelbedarfsplan anzupassen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der erste Kühlmittelkreislauf einen Einlassteil umfasst, der ausgelegt ist, Kühlmittel zu dem Gehäuse zu führen, und einen Auslassteil, der ausgelegt ist, Kühlmittel aus dem Gehäuse zu führen, und der zweite Kühlmittelkreislauf einen Einlassabschnitt umfasst, der ausgelegt ist, Kühlmittel zu dem Gehäuse zu führen, und einen Auslassabschnitt, der ausgelegt ist, Kühlmittel aus dem Gehäuse zu führen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, ferner aufweisend: ein erstes Ventil, das in dem Einlassteil angeordnet ist, und ein zweites Ventil, das in dem Einlassabschnitt angeordnet ist, wobei die Wärmesteuereinrichtung betrieblich mit jedem der ersten und zweiten Ventile verbunden ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, ferner aufweisend: eine Motorsteuereinrichtung, die betrieblich mit der elektrischen Maschine und der Wärmesteuereinrichtung verbunden ist, wobei die Motorsteuereinrichtung wenigstens einen Sensor umfasst, der ausgelegt und angeordnet ist, einen Betriebsparameter der elektrischen Maschine zu erfassen, und betrieblich mit der Wärmesteuereinrichtung verbunden ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei der wenigstens eine Sensor einen Drehzahlsensor, einen Stromsensor, einen Spannungssensor oder einen Drehmomentsensor umfasst.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, ferner aufweisend: wenigstens einen Temperatursensor, der betrieblich mit der Wärmesteuereinrichtung verbunden ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen dritten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem anderen der ersten und zweiten Wicklungskopfteile zu führen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, ferner aufweisend: einen vierten Kühlmittelkreislaus, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel zu dem Rotor zu führen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, wobei der vierte Kühlmittelkreislauf fluidleitend parallel mit dem ersten Kühlmittelkreislauf verbunden ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittelkennfeld in der Wärmesteuereinrichtung gespeichert ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Einlass, der fluidleitend mit den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen verbunden ist, und einen Auslass, der fluidleitend mit den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen verbunden ist, wobei der Einlass einen Einlasstemperatursensor umfasst, der ausgelegt und angeordnet ist, eine Temperatur des Kühlmittels, das in die ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufe strömt, zu erfassen, und der Auslass einen Auslasstemperatursensor umfasst, der ausgelegt und angeordnet ist, eine Temperatur des Kühlmittels, das aus den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen strömt, zu erfassen, wobei der Einlasstemperatursensor und der Auslasstemperatursensor jeweils betrieblich mit der Wärmesteuereinrichtung verbunden sind.
Wärmesteuereinrichtung für eine elektrische Maschine, aufweisend: ein Kühlmittelkennfeld, das einen Kühlmittelbedarfsplan für die elektrische Maschine umfasst, wobei die Steuereinrichtung ausgelegt und angeordnet ist, eine Kühlmittelzufuhr zu der elektrischen Maschine basierend auf dem Kühlmittelbedarfsplan zu steuern.
Wärmesteuereinrichtung nach Anspruch 12, wobei die Wärmesteuereinrichtung betrieblich mit einem oder mehreren Sensoren verbunden ist, die ausgelegt und angeordnet sind, einen Betriebsparameter der elektrischen Maschine zu erfassen.
Wärmesteuereinrichtung nach Anspruch 13, wobei der eine oder die mehreren Sensoren Temperatursensoren umfassen, die ausgelegt und angeordnet sind, Temperaturen in einem Stator einer elektrischen Maschine zu erfassen.
Wärmesteuereinrichtung nach Anspruch 13, wobei der eine oder die mehreren Sensoren wenigstens einen Stromsensor, einen Drehzahlsensor, einen Drehmomentsensor und/oder einen Spannungssensor umfassen.
Wärmesteuereinrichtung nach Anspruch 12, wobei die Wärmesteuereinrichtung betrieblich mit einem oder mehreren Ventilen verbunden ist, die ausgelegt und angeordnet sind, die Kühlmittelzufuhr durch die elektrische Maschine zu steuern.
Wärmesteuereinrichtung nach Anspruch 12, wobei das Kühlmittelkennfeld unmittelbar zur elektrischen Maschine zugehörig ist.
Elektrische Maschine aufweisend: ein Gehäuse umfassend eine Außenfläche und eine Innenfläche; einen Stator, der unbeweglich an der Innenfläche angebracht ist, wobei der Stator einen Statorkern umfasst und mehrere Wicklungen, die durch den Statorkern getragen sind, wobei die mehreren Wicklungen einen ersten Wicklungskopfteil und einen zweiten Wicklungskopfteil umfassen; einen Rotor, der in dem Gehäuse angeordnet ist und drehbar relativ zu dem Stator angebracht ist; ein anpassungsfähiges Kühlsystem, das fluidleitend mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei das anpassungsfähige Kühlsystem einen ersten Kühlmittelkreislauf umfasst, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Statorkern zu führen, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Rotor zu führen; und eine Wärmesteuereinrichtung, die einen Kühlmittelbedarfsplan umfasst, der in einem maschinenspezifischen Kühlmittelkennfeld beschrieben ist, und die betrieblich mit dem anpassungsfähigen Kühlsystem verbunden ist, wobei die Wärmesteuereinrichtung ausgelegt und angeordnet ist, eine Kühlmittelzufuhr zu den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen wahlweise basierend auf dem Kühlmittelbedarfsplan anzupassen.
Elektrische Maschine aufweisend: ein Gehäuse umfassend eine Außenfläche und eine Innenfläche; einen Stator, der unbeweglich an der Innenfläche angebracht ist, wobei der Stator einen Statorkern umfasst und mehrere Wicklungen, die durch den Statorkern getragen sind, wobei die mehreren Wicklungen einen ersten Wicklungskopfteil und einen zweiten Wicklungskopfteil umfassen; einen Rotor, der in dem Gehäuse angeordnet ist und drehbar relativ zu dem Stator angebracht ist; ein anpassungsfähiges Kühlsystem, das fluidleitend mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei das anpassungsfähige Kühlsystem einen ersten Kühlmittelkreislauf umfasst, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit einem der ersten und zweiten Wicklungskopfteile zu führen, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Rotor zu führen; und eine Wärmesteuereinrichtung, die einen Kühlmittelbedarfsplan umfasst, der in einem maschinenspezifischen Kühlmittelkennfeld beschrieben ist, und die betrieblich mit dem anpassungsfähigen Kühlsystem verbunden ist, wobei die Wärmesteuereinrichtung ausgelegt und angeordnet ist, eine Kühlmittelzufuhr zu den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen wahlweise basierend auf dem Kühlmittelbedarfsplan anzupassen.
Elektrische Maschine aufweisend: ein Gehäuse umfassend eine Außenfläche und eine Innenfläche; einen Stator, der unbeweglich an der Innenfläche angebracht ist, wobei der Stator einen Statorkern umfasst und mehrere Wicklungen, die durch den Statorkern getragen sind, wobei die mehreren Wicklungen einen ersten Wicklungskopfteil und einen zweiten Wicklungskopfteil umfassen; einen Rotor, der in dem Gehäuse angeordnet ist und drehbar relativ zu dem Stator angebracht ist; ein anpassungsfähiges Kühlsystem, das fluidleitend mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei das anpassungsfähige Kühlsystem einen ersten Kühlmittelkreislauf umfasst, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Statorkern zu führen, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf, der ausgelegt ist, ein Kühlmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit einem der ersten und zweiten Wicklungskopfteile zu führen; und eine Wärmesteuereinrichtung, die betrieblich mit dem anpassungsfähigen Kühlsystem verbunden ist, wobei die Wärmesteuereinrichtung ausgelegt und angeordnet ist, eine Kühlmittelzufuhr zu den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen wahlweise basierend auf einer Kühlmitteltemperatur an einem Auslass wenigstens eines der ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufe anzupassen.