DE69505813T2

DE69505813T2 - Asynchronmotor und verfahren zur kühlung desselben

Info

Publication number: DE69505813T2
Application number: DE69505813T
Authority: DE
Inventors: Frank A. Baltimore Md 21227 Lindberg
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: SatCon Technology Corp
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1995-06-01
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2015-06-02
Also published as: ATE173117T1; MY113715A; CN1077345C; CA2192461A1; MX9606297A; TW270254B; CN1154181A; JPH10501399A; EP0764358B1; WO1995034936A1; EP0764358A1; DE69505813D1; US5519269A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Induktionsmotoren. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf elektrische Induktionsmotoren und Verfahren zur Kühlung desselben. Obwohl die Erfindung bei einer Vielzahl von Anwendungen einsetzbar ist, eignet sie sich insbesondere zur Verwendung im Antriebssystem eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, und wird insbesondere in Verbindung hiermit im folgenden erläutert.

Erläuterung des Stands der Technik

Herkömmliche elektrische Motoren, und insbesondere Induktionsmotoren mit Käfiganker, bestehen im allgemeinen aus einem Ständer und einem Läufer. Sowohl Ständer als auch Läufer bestehen aus einen Kern von magnetischen Blechpaketen, welche Leiter enthalten, die typischerweise aus Kupfer bestehen. Der Ständer umfaßt auch leitende Endhauben an seinen beiden Enden.
Beim Betrieb des Motors wird sowohl vom Ständer als auch vom Läufer Wärme im Blechpaket und den Leitungen erzeugt. Um eine Überhitzung und ein Versagen des Motors zu verhindern, müssen sowohl der Ständer als auch der Läufer gekühlt werden. Gemäß einem herkömmlichen Kühlverfahren wird ein Kühlmittel, typischerweise Öl, an einem jeden Ende des Motorgehäuses in den Motor gepumpt. Düsen sprühen das Kühlmittel auf leitende Endwindungen des Ständers und Endhauben des Läufers. Das Kühlmittel sickert aufgrund der Schwerkraft in einen Motorsumpf, wo es aus dem Motor, durch einen Ölkühler hindurch und zurück zu den Sprühdüsen gepumpt wird.
Gemäß diesem Verfahren benetzt das Kühlmittel nur die leitenden Endwindungen und Endhauben des Ständers bzw. Rotors. Die Leiter, insbesondere die im Ständerblechpaket, sind die Hauptwärmequellen innerhalb des Motors. In diesen Leitern erzeugte Wärme muß mittels Wärmeleitung vom Zentrum des Ständers zu dessen Enden geleitet werden. Bei den in Anwendungen in elektrisch betriebenen Fahrzeugen typischerweise auftretenden hohen Leistungspegeln kann dieses Kühlverfahren möglicherweise den Motor nicht ausreichend kühlen, so daß es zu einem Motorschaden kommt.
WO-A-85/00475 bezieht sich auf einen elektrischen Synchronmotor. Der Motor hat einen Ständer mit sogenannten Nuten. Durch die Nuten verläuft ein Kanal durch welches das Kühlmittel fließen kann. Das Kühlmittel tritt auch mit dem Läufer in Kontakt. Die Entfernung des Kühlmittels vom Läufer erfolgt durch Zentrifugalkräfte.
EP-A-0543280 bezieht sich auf einen elektrischen Motor, bei welchem der Läufer mit Nuten versehen ist. Die Nuten enthalten Windungen. Kühlmittel wird durch die Nuten geführt. Der Läufer ist luftgekühlt.
LU-A-40598 bezieht sich ebenfalls auf einen elektrischen Motor, bei welchem der Läufer mit Nuten versehen ist. Die Nuten umfassen Windungen. Kühlmittel wird dazu gebracht, durch einen Teil der Nuten zu fließen, welcher von der Windung getrennt ist. Die Kühlung des Läufers wird nicht beschrieben.
US-A-4611137 bezieht sich auf das Kühlen eines Motors mit Käfiganker, bei dem ein Kühlmittel von Düsen eingespritzt wird und auf gegenüberliegende Endflächen des Läufers gerichtet wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Fahrzeugmotor, und zugehörige Kühlverfahren, welche im wesentlichen die Probleme aufgrund von Beschränkungen und Nachteilen des Stands der Technik überwinden.
Zusätzliche Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und werden teilweise aus der Beschreibung deutlich, oder können durch Ausführung der Erfindung in Erfahrung gebracht werden. Die Ziele und weitere Vorteile der Erfindung werden insbesondere durch das Gerät und das Ver fahren verwirklicht, welche in der schriftlichen Beschreibung erläutert sind, sowie in den Ansprüchen und in den beigefügten Zeichnungen.
Um diese und andere Vorteile zu verwirklichen und in Übereinstimmung mit dem der Erfindung zugrundelegenden Zweck, wie sie im folgenden verkörpert und ausführlich beschrieben werden, stellt die Erfindung einen Motor für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Kühlen desselben bereit, wie in den nachfolgenden Ansprüchen beansprucht. Weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es ergibt sich aus der vorhergehenden allgemeinen Beschreibung und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, daß diese nur beispielhaft und erläuternd gemeint sind, und lediglich dem Zweck dienen, die beanspruchte Erfindung weitergehend zu erläutern.

Kurze Figurenbeschreibung

Die beiliegende Figuren sind beigefügt um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, und werden durch die Beschreibung in Bezug genommen und bilden ein Teil derselben. Sie stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar, und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien zu erläutern.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Antriebssystem für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, in welchem ein Motor und ein Kühlverfahren für denselben gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm welches das Kühlmittelflußsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist ein Querschnitt eines Motors längs der in Fig. 6 gezeigten Linie C-C des Motorgehäuses gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine Ansicht vom Ende eines Ständerblechpakets, welches den Kern des Ständers eines erfindungsgemäßen Motors bildet;
Fig. 5 ist eine Ansicht von der Seite auf eine Nut in einen leitende Windun gen enthaltenden Ständer in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine Querschnitt von der Seite eines erfindungsgemäßen Motorgehäuses;
Fig. 7 ist eine Seitenansicht auf ein Deckband, welches in einem erfindungsgemäßen Motor verwendet wird;
Fig. 8 ist eine Ansicht vom Ende her auf das in Fig. 7 gezeigten Deckband;
Fig. 9 ist ein der Fig. 3 entsprechender Querschnitt eines Motors, welcher den Kühlmittelflußpfad gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 10 ist ein Querschnitt des Motors längs der in Fig. 6 gezeigten Linie B-B des Motorgehäuses, welche weiterhin den Kühlmittelfluß gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, welches ein Kühlmittelflußsystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist ein Querschnitt durch einen Motor, längs der in Fig. 6 gezeigten Linie B-B eines Motorgehäuses, welches den Kühlmittelflußpfad gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 13 ist ein Querschnitt eines Motors längs der Linie C-C des in Fig. 6 gezeigten Motorgehäuses, und zeigt weiterhin den Kühlmittelflußpfad gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, welches ein Kühlmittelflußsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, welches ein Kühlmittelflußsystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 16 ist eine Ansicht vom Ende auf die Läuferblechpakete, welche in einem Läufer eines erfindungsgemäßen Motors verwendet werden.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingehend erläutert, wobei Beispiele hiervon in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Teile in den verschiedenen Figuren.
Die vorliegende Erfindung, welche sich auf einen elektrischen Induktionsmotor und Verfahren zum Kühlen desselben bezieht, wird unter Bezugnahme auf das in Fig. 1 gezeigte elektrische Fahrzeugantriebssystem 10 gezeigt. Das elektrische Fahrzeugantriebssystem 10 umfaßt eine Systemreglereinheit 12, eine Motorbaugruppe 14, ein Kühlsystem 16, eine Batterie 18 und einen Gleichstrom/Gleichstromwandler 20. Die Systemreglereinheit 12 umfaßt eine hohle Kühlplatte 22. Die hauptsächlich wärmeerzeugenden elektrischen Bauteile sind ein Batterieladegerät 24 und ein Motorregler 26. Andere Komponenten in der Systemreglereinheit umfassen ein Leistungsverteilungsmodul 28 und einen Fahrgestellregler 30. Diese Komponenten stehen in thermischen Kontakt mit der Kühlplatte. Das Kühlsystem 16 umfaßt eine Ölpumpeneinheit 38, welche Kühlmittel durch die Kühlplatte 22 und den Motor 34 sowie einen Kühler/Ventilator 40 pumpt. Die Motorbaugruppe 15 umfaßt einen Funktionsdrehmelder 32, den Motor 34 und ein Filter 36.
Der Motor 34 ist bevorzugterweise ein Dreiphasenwechselstrom-Induktionsmotor mit einer oder mehreren elektrisch isolierten Dreiphasenwindungen, welche in der Lage sind ein hohes Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit zu erzeugen, um eine Leistungscharakteristik vergleichbar mit der herkömmlicher mit Mineralkraftstoffen angetriebener Motoren zu erzeugen. Der Läufer des Motors 24 ist mit der Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden. Bevorzugterweise sind die separaten Windungen in einer jeden Nut des Ständers 46 im wesentlichen übereinanderliegend angeordnet, so daß der Strom in jedem Leiter zum Drehmoment des Motors beiträgt. Auf diese Weise können unterschiedliche elektrisch voneinander unabhängige Dreiphasenleistungsbrücken verwendet werden, um denselben Motor anzutreiben.
Der Funktionsdrehmelder 32 ist in der Nähe des Motors 34 angebracht um die Drehzahl der Motorwelle zu erfassen und Signale für den Motorregler 26 bereitzustellen, welche die Geschwindigkeit der Motorwelle anzeigt. Der Funktionsdrehmelder 32 kann einen kommerziell verfügbaren Funktionsdrehmelder oder andere bekannte Drehmelder enthalten. Referenzsignale für den Funktionsdrehmelder 32 werden durch den Motorregler 26 bereitgestellt.
Fig. 2 veranschaulicht einen geschlossenen Kreislauf für ein Kühlmittelflußsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt fließt das Kühlmittel (welches bevorzugterweise ein synthetisches, niedrigviskoses, hochtemperaturbeständiges Öl enthält) im wesentlichen durch die Pumpeneinheit 38, den Kühler/Ventilator 40, die Platte 22, das Filter 36 und in Reihe damit durch den Motor 34. Der Kühler/Ventilator 40 entfernt Wärme aus dem Kühlmittel, und das Kühlmittel wird durch den Filter 36 gefiltert, bei welchem es sich um einen kommerziell erhältlichen bekannten Ölfilter handeln kann. Die Geschwindigkeit der Pumpe steuert die Durchflußrate des Kühlmittels durch den Motor 34.
Der Motor 34 umfaßt ein Gehäuse 44, ein Ständerblechpaket 46 und einen Läufer 48, wie in Fig. 3 gezeigt. Der Läufer 48 besteht bevorzugterweise aus einer Stahlwelle, Eisenblechen, aus Kupfer gefertigten Käfigleitungen und aus Kupfer gefertigten Endleitungen, welche alle Kupferleitungen des Läufers an jedem Ende des Läufers miteinander verbinden. Wie allgemein bekannt, besteht das Ständerblechpaket 46 aus einem Stapel laminierter Ständerbleche 50, welche bevorzugterweise dieselbe Dicke aufweisen wie die Eisenblechpakete im Läufer, und Kupferleitungen, welche in die Nuten gewickelt sind. Wie aus der Fig. 4 am deutlichsten zu entnehmen ist, umfaßt das Ständerblechpaket 50 eine Vielzahl von längs des Umfangs angebrachten Nuten 52. Wenn die Bleche 50 zusammen gestapelt werden um das Ständerblechpaket 46 zu bilden, erstrecken sich die Nuten 52 axial zu gegenüberliegenden Enden 54 des Ständerblechpakets 46. Eine jede Nut umfaßt leitenden Windungen 56 bei denen es sich bevorzugterweise um runde Drähte handelt, wie in Fig. 5 gezeigt. Alternativ können die Windungen 56 andere gemäß dem Stand der Technik bekannte Formen aufweisen und sind bevorzugterweise aus Kupfer hergestellt. Die leitenden Windungen 56 werden unter dem Ständerblechpaket 46 gewunden, um sich von den Ständernuten 52 wegzuerstrecken und freiliegende leitende Endwindungen 58 und 60 zu bilden. Die Endwindungen 58 und 60 erheben sich von den beiden Enden 54 des Ständerblechpakets 46 weg.
Der Läufer 48 ist zwischen dem Ständerblechpaket 46 angebracht und umfaßt Endhauben 62. Zwischen den Endhauben sind eine Vielzahl von dünnen Blechen angebracht, wie in Fig. 16 gezeigt. Diese Bleche weisen Löcher oder Nuten 100 auf, welche miteinander ausgerichtet sind. Diese Nuten 100 sind mit Kupferleitungen 102 (Fig. 3) ausgefüllt, welche sich von einem Ende 62 zum anderen Ende erstrecken und elektrisch und mechanisch mit den Endhauben 62 verbunden sind. Bevorzugterweise sind die Endhauben 62 und die im Induktionskäfig geführten Leiter 102 aus Kupfer hergestellt.
Das Gehäuse 44, von dem eine Ansicht vom Ende her in Fig. 6 gezeigt ist, umfaßt zwischen den Endhauben 64 das Ständerblechpaket 46. Das Gehäuse 44 umfaßt einen Kühlmitteleinlaß 66, einen Kühlmittelsumpf 68 und einen Kühlmittelauslaß 70 (in Fig. 3 gezeigt), welcher an den Kühlmittelsumpf 68 angrenzt.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist an jeder Endhaube 64 ein Kühlmitteldüsenring 72 angebracht, welcher eine ringförmige Kammer 74 umschließt. Zumindest eine Sprühdüse 76 ist auf einer jeden Düsen 72 aufgesetzt, um eine große Fläche der Rotorendhauben 62 mit Kühlmittel zu besprühen, während sich der Läufer 48 dreht.
Die elektrische Motor 34 gemäß der ersten Ausführungsform umfaßt weiterhin ein Paar von Deckbändern 78, welche im Gehäuse 44 eingeschlossen sind. Wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, ist jedes Deckband 78 im wesentlichen glockenförmig mit einem inneren Durchmesser und einem inneren Kragen 80 und einem äußeren Durchmesser an einer Öffnung 82. Wie in Fig. 3 gezeigt, erstrecken sich die Deckbänder 78 von den gegenüberliegenden Enden 54 durch das Ständerblechpaket 46 zu den Endhauben 64 hin. Die Endhauben 46, welche am Gehäuse 44 angeschraubt sind, halten die Deckbänder 78 am Ständerblechpaket 46 fest. Die Deckbänder 78 können auch auf andere geeignete Weise fixiert sein. Der nach innen vorstehende Kragen 80 eines jeden Deckbandes 78 steht in Kontakt mit dem inneren Durchmesser der Endlaminierung 50 des Bänderblechpakets 46. Die Deckbänder 78 definieren dadurch innere ringförmige Kammern 84 und äußere ringförmige Kammern 86 und 88.
Gemäß der ersten Ausführungsform fließt ein Kühlmittel durch die Ständernuten 52, Düsen 76 und einen Sumpf 68, welche allesamt hintereinander geschaltet sind. Beim Betrieb tritt das Kühlmittel, bevorzugterweise Öl, nach Abkühlen im Kühler/Ventilator 40 und Durchlaufen der Kühlplatte 22 und des Filter 26 in den elektrischen Motor 34 am Einlaß 66 ein, wie in Fig. 9 gezeigt. Die Geschwindigkeit der Pumpe regelt die Durchflußmenge des in den Einlaß 66 eintretenden Kühlmittels. Das Kühlmittel tritt mit den leitenden Endwindungen 58 in Kontakt und kühlt diese während es die äußere ringförmige Kammer 86 auffüllt. Die Deckbänder 78, welche die Kammer 86 festlegen, richten das Kühlmittel dann gegen die Ständernuten 52 und füllen den Raum zwischen den leitenden Windungen 56 aus. Das Kühlmittel kontaktiert praktisch alle leitenden Windungen 66, kühlt die Windungen 56 und das Ständerblechpaket 46.
Nachdem das Kühlmittel durch die Nuten 52 hindurchgetreten ist, tritt es mit den leitenden Endwindungen 60 in Kontakt und kühlt diese während es die äußere ringförmige Kammer 88 ausfüllt. Das Deckband 78, welche die Kammer 88 festlegt, lenkt das Kühlmittel dann durch eine Öffnung 90 in eine Passage 92 im oberen Teil des Gehäuses 44, wie in Fig. 10 gezeigt. Die Passage 92 lenkt das Kühlmittel in die Passage 94 in den Endhauben 64 und letztendlich in die Kammern 74, welche durch einen jeden Düsenring 72 festgelegt sind. Die Düsen 76 sprühen das Kühlmittel in die ringförmigen Kammern 84 auf die Endhauben 62 des Läufers 48, wie in Fig. 9 und IO gezeigt. Im Läufer 48 erzeugte Wärme wird zu den Endhauben 62 geleitet, welche durch das von den Düsen 76 ausgestoßene Kühlmittelspray gekühlt werden.
Nachdem die Endhauben 62 benetzt worden sind, fließt das Kühlmittel in den ringförmigen Kammern 64 vorbei an den Endhauben 62 zum Kühlmittelsumpf 68, wie durch gestrichelte Pfeile in Fig. 9 und IO veranschaulicht. Die Kühlmittelpumpeneinheit 38 (Fig. 2) pumpt dann das Kühlmittel aus dem Kühlmittelsumpf durch den Kühlmittelauslaß 70 zurück zum Kühler/Ventilator 40. Das Kühlmittel kühlt nicht nur den Ständer des Motors sowie dessen Läufer, sondern dient auch zur Schmierung der Motorlager 95.
Fig. 11 zeigt ein Kühlmittelflußsystem für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, welches einen elektrischen Antriebsmotor 34' gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt. Bei dieser zweiten Ausfüh rungsform ist der Fließpfad des Kühlmittels gekennzeichnet durch eine Parallelströmung durch den Motor 34'. Wie in Fig. 12 gezeigt, umfaßt ein Gehäuse 44' zusätzlich zum Kühlmitteleinlaß 66 einen zweiten Kühlmitteleinlaß 96. Das vom Filter 36 heranströmende Kühlmittel teilt sich in zwei unterschiedliche Strömungen auf, welche jeweils ein Ventil 42 umfassen, um die Durchflußrate des Kühlmittels zu einem jeden der Kühlmitteleinlässe 66 und 96 zu steuern.
Wie in Fig. 13 gezeigt, wird der Kühlmittelfluß wie bei der ersten Ausführungsform zum Einlaß 66 hin und durch die Ständernuten 52 hindurch gelenkt. Das Deckband 78, welches in der Nähe des Einlasses 66 angebracht ist, lenkt das Kühlmittel in die Ständernuten 52.
Anders als bei der ersten Ausführungsform ist jedoch ein zweites Deckband 78 im Gehäuse 44' nicht am Ende 54 des Ständerblechpakets 56 vorgesehen, an welchem das Kühlmittel die Ständernuten 52 verläßt. Deshalb gibt es an diesem Ende 54 eine einzelne Kammer 98, welche der Kombination der ringförmigen Kammern 84 und 88 der ersten Ausführungsform entspricht. Nach Verlassen der Ständernuten 52 füllt das Kühlmittel die Kammer 98 und benetzt und kühlt die Endwindungen 60. Es ist jedoch nicht wesentlich, daß das Öl in vollständigen Kontakt mit den Endwindungen 60 tritt, weil Wärme, die in diesen erzeugt wird, aufgrund von Wärmeleitung zu den Ständernuten 52 geleitet wird, wo die Ölkühlung der Drähte 56 effektiver ist. Das Kühlmittel fließt dann durch ein Loch oder einen Schlitz 104, welche in der Nähe der leitenden Endwindungen angebracht sind, in den Kühlmittelsumpf 68, wie durch den gestrichelten Pfeil 99 in Fig. 13 gezeigt ist.
Kühlmittel, welches durch den zweiten Kühlmitteleinlaß 96 eintritt, fließt in die Passage 92, wie in Fig. 12 gezeigt. Die Passage 92 leitet das Kühlmittel zu der Passage 94 in den Endhauben 64 und letztendlich in die Kammern 74, welche durch einen jeden Düsenring 72 festgelegt sind. Wie in der ersten Ausführungsform sprühen die Düsen 76 Kühlmittel auf die Endhauben 62 des Läufers 48.
Nach Benetzen und Kühlen der Endhauben 62 wird das Kühlmittel in den ringförmigen Kammer 64 über das Deckband 78 zum Kühlmittelsumpf 68 geleitet, wie durch den gestrichelten Pfeil 79 veranschaulicht. Das Kühlmittel in den Kammern 98 fließt in den Kühlmittelsumpf 68 zusammen mit dem Kühlmittel, welches durch die Läufernuten 52 geflossen ist, wie durch den gestrichelten Pfeil 99 veranschaulicht. Die Kühlmittelpumpeneinheit 38 pumpt dann das Kühlmittel vom Sumpf 68 durch den Kühlmittelauslaß 70 zurück zum Kühler/Ventilator 40.
Fig. 14 zeigt ein Kühlmittelflußsystem für ein elektrisches Fahrzeug gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Bei dieser dritten Ausführungsform wird Kühlmittel, welches aus dem Filter 36 strömt, in drei separate Teilströme aufgeteilt, von denen zwei zum Motor 34 strömen und der dritte durch eine separate Vorrichtung geführt wird, welche ebenfalls einer Kühlung bedarf, wie z. B. ein Getriebe. Ventile 42, welche in einer jeden Leitung vorgesehen sind, regeln die Durchflußraten der Kühlmitteleinlässe 66 und 96 des Motors 34' und zum Getriebe hin.
Der Kühlmittelstrom in einem Motor 34' gemäß einer dritten Ausführungsform ist durch denselben parallelen Strömungsverlauf wie bei der zweiten Ausführungsform gekennzeichnet. Das Kühlmittel, welches in das Getriebe eintritt und dieses kühlt, fließt in den Kühlmittelsumpf 68 des Motors 34', wo das gesamte Kühlmittel zum Kühler/Ventilator 40 zurückgepumpt wird.
Fig. 15 zeigt ein Kühlmittelflußsystem für ein elektrisches Fahrzeug gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser vierten Ausführungsform tritt ein aus dem Filter 36 ausfließendes Kühlmittel durch einen Einlaß 66 in einen Motor 34". Der Kühlmittelpfad durch den Motor 34" ist gekennzeichnet durch die in Reihe hintereinander geschaltete Fließanordnung wie bei der ersten Ausführungsform. Anders als bei der ersten Ausführungsform wird jedoch ein Teil des Kühlmittels welche die Ständernuten 52 verläßt und in die Passage 92 eintritt zu einer Vorrichtung außerhalb des Motors 34" wird geführt, welche einer Kühlung bedarf, wie z. B. ein Getriebe. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Leitung von einem Loch in der Passage 92 zum Getriebe führt. Das aus dem Getriebe austretende Kühlmittel kehrt zum Motor 34" zurück tritt in den Kühlmittelsumpf 62 ein, wo das gesamte Kühlmittel mittels der Pumpeneinheit 38 zum Kühler/Ventilator zurückgepumpt wird.
Das Verfahren zum Kühlen des Motors gemäß der vorliegenden Erfindung bringt das Kühlmittel in direkten Kontakt mit der Hauptwärmequelle im Motor, während gleichzeitig der Motor geschmiert wird. Das Ständerblechpaket und insbesondere die leitenden Windungen innerhalb der Ständernuten erzeugen den größten Teil der Wärme innerhalb des Motors, typischerweise ungefähr 2/3 hiervon. Der Rest der Wärme wird im Läufer und durch kleine Anteile von Reibung und Luftwiderstand erzeugt. Durch Hindurchführen des Kühlmittels durch die Ständernuten und in Kontakt mit den leitenden Windungen kann der Motor die hohen Leistungspegel erbringen, welche charakteristisch sind für Anwendungen bei elektrischen Fahrzeugen ohne Überhitzung. Dies ermöglicht es, einen kleineren leichteren und weniger teueren Motor für gegebene Leistungsanforderungen zu verwenden.
Es ist ersichtlich für den Fachmann, daß verschiedene Abänderungen im elektrischen Motor und dem zugehörigen Verfahren seiner Kühlung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können. Es ist deshalb angestrebt, daß die vorliegende Erfindung auch Abänderungen der Erfindung abdeckt, vorausgesetzt, daß sie in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

1. Ein elektrischer Fahrzeugmotor (34) mit einem Läufer (48), einem Ständerblechpaket (46) und einem dazwischenliegenden Luftspalt, der ferner umfaßt:

ein Gehäuse (44) einschließlich eines Endhaubenpaars (64) und mit einem obenliegenden Kühlmitteleinlaß (66) bzw. einem Einlaßpaar (66, 96), und mit einem Kühlmittelauslaß (70) zu einem unten angeordneten Sumpf (68) für ein flüssiges Kühlmittel;

das im Gehäuse (44) eingeschlossene Ständerblechpaket (46), wobei das Ständerblechpaket gegenüberliegende Enden zwischen den Endkappen aufweist, eine Vielzahl radialer Nute (52) sich axial zwischen den einander gegenüberliegenden Enden erstreckt, leitende Wicklungen (56) in den Nuten angeordnet sind, und leitende Endwindungen (58, 60) aus den Nuten vorstehen;

den Läufer, einschließlich einander gegenüberliegende Endkappen (62);

und einen Kühlmittelpfad bzw. Kühlmittelpfade, die am Kühlmitteleinlaß bzw. an den Kühlmitteleinlässen beginnen, sich durch die Nute erstrecken sowie zu den Läuferendkappen geleitet werden und am Kühlmittelauslaß enden, und das Kühlmittel in der Lage ist, unter Schwerkrafteinwirkung dem Kühlmittelpfad bzw. den Kühlmittelpfaden zu folgen.

2. Der elektrische Fahrzeugmotor gemäß Anspruch 1, der ferner umfaßt: Ein Paar Deckbänder (78), die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, um das Kühlmittel durch die Nute und zum Kühlmittelauslaß zu leiten, wobei sich jedes Deckband des Deckbandpaars von einem der einander gegenüberliegenden Enden des Ständerblechpakets aus zur entsprechenden Endhaube erstreckt.

3. Der elektrische Fahrzeugmotor gemäß Anspruch 2, in dem jedes Deckband des Deckbandpaars (78) im wesentlichen haubenförmig ist und eine Mündung an einer der Endhauben aufweist.

4. Der elektrische Fahrzeugmotor gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, in dem der Kühlmittelpfad wenigstens eine Düse (76) aufweist, die jeweils an jeder Endhaube befestigt ist, um einen Kühlmittelstrahl auf die Endkappen zu lenken.

5. Der elektrische Fahrzeugmotor gemäß Anspruch 1, der ferner ein Deckband (78) umfaßt, das im Gehäuse angeordnet ist, um Kühlmittel in die Nute des Ständerblechpakets zu leiten, wobei sich das Deckband vom Ende des Ständerblechpakets aus, an dem das Kühlmittel in die Nute eintritt, zur entsprechenden Endhaube erstreckt.

6. Der elektrische Fahrzeugmotor gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, enthaltend: ein Kühlmitteleinlaßpaar (66, 96) im Gehäuse; und einen Kühlmittelpfad, der an einem der Kühlmitteleinlässe (96) beginnt und sich zu den Endkappen (62) erstreckt und am Kühlmittelauslaß endet.

7. Der elektrische Fahrzeugmotor gemäß Anspruch 6, in dem der eine Kühlmittelpfad wenigstens eine Düse (76) beinhaltet, die jeweils an jeder Endhaube befestigt ist, um einen Kühlmittelstrahl auf die Endkappen zu lenken.

8. Der elektrische Fahrzeugmotor gemäß Anspruch 5, in dem das Deckband (78) im wesentlichen haubenförmig ist und eine Verengung am Ende des Ständerblechpakets aufweist, an dem das Kühlmittel in die Nute eintritt.

9. Der elektrische Fahrzeugmotor gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, in dem der Kühlmittelpfad bzw. die Kühlmittelpfade die leitenden Endwindungen (58, 60) berühren.

10. Der elektrische Fahrzeugmotor gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, der ferner enthält: Mittel zum Leiten eines Teils des Kühlmittels aus dem Pfad zu einer Vorrichtung, die außerhalb des elektrischen Fahrzeugmotors angeordnet ist und gekühlt werden muß, wobei das richtunggebende Mittel entlang dem Kühlmittelpfad in Strömungsrichtung vor dem Teil des Kühlmittelpfads angeordnet ist, der die Endkappen berührt.

11. Der elektrische Fahrzeugmotor gemäß Anspruch 10, der ferner enthält: Mittel zum Rückführen des aus dem Kühlmittelpfad abgeleiteten Kühlmittelteils zum Kühlmittelpfad am Kühlmittelausgang.

12. Ein elektrischer Fahrzeugmotor (34) mit einem Läufer (48), einem Ständerblechpaket (46) und einem dazwischenliegenden Luftspalt, der ferner umfaßt: ein Gehäuse (44) einschließlich eines Endhaubenpaars (64) und mit einem obenliegenden Kühlmitteleinlaß (66) bzw. einem Einlaßpaar (66, 96) und einem Kühlmittelauslaß (70) zu einem unten angeordneten Sumpf (68) für ein flüssiges Kühlmittel;

das im Gehäuse (44) eingeschlossene Ständerblechpaket (46), wobei das Ständerblechpaket einander gegenüberliegende Enden zwischen den Endkappen aufweist; eine Vielzahl radialer Nute (52) sich axial zwischen den einander gegenüberliegenden Enden erstreckt, leitende Wicklungen (56) in den Nuten angeordnet sind und leitende Endwindungen (58, 60) aus den Nuten vorstehen;

mindestens ein Deckband (78), das im Gehäuse angeordnet ist, um das Kühlmittel durch die Nute und zum Kühlmittelauslaß zu leiten, wobei sich jedes dieser Deckbänder von einem der einander gegenüberliegenden Enden des Ständerblechpakets (46) aus zur entsprechenden Endhaube (64) erstreckt;

den Läufer, der einander gegenüberliegende Endkappen (62) aufweist;

und einen Kühlmittelpfad oder Kühlmittelpfade, die am Kühlmitteleinlaß bzw. an den Kühlmitteleinlässen beginnen, sich durch die Nute (52) erstrecken sowie zu den Läuferendkappen (62) geleitet werden und am Kühlmittelauslaß (70) enden, und das Kühlmittel in der Lage ist, unter Schwerkrafteinwirkung dem Kühlmittelpfad bzw. den Kühlmittelpfaden zu folgen.

13. Ein Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Fahrzeugmotors (34), das aus den folgenden Schritten besteht: Zuführen eines flüssigen Kühlmittels zu einem Kühlmitteleinlaß (66) oder einem Kühlmitteleinlaßpaar (66, 96) oben auf einem Motorgehäuse (44), wobei das Motorgehäuse ein Paar Endhauben (64) aufweist:

Leiten des Kühlmittels durch eine Vielzahl radialer Nute (52) eines Ständerblechpakets (46), wobei das Ständerblechpaket innerhalb des Gehäuses eingeschlossen ist und einander gegenüberliegende Enden zwischen den Endhauben und den leitenden Endwindungen (58, 60) aufweist, die aus den Nuten vorstehen, und in dem sich die Nute axial zwischen den einander gegenüberliegenden Enden erstrecken und leitende Wicklungen (56) aufnehmen;

und auch Leiten des Kühlmittels zu den Endkappen (62) eines Läufers (48), der im Ständerblechpaket angeordnet ist;

und Herausführen des Kühlmittels aus einem Kühlmittelauslaß (70) des Gehäuses.

14. Das Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Fahrzeugmotors gemäß Anspruch 13, in dem der Schritt des Leitens des Kühlmittels die folgenden Teilschritte umfaßt:

Führen des Kühlmittels gegen ein Paar Deckbänder (78), wobei jedes Deckband dieses Paars im Motorgehäuse angeordnet ist und sich von den einander gegenüberliegenden Enden des Ständerblechpakets aus zu einer entsprechenden Endhaube erstreckt; und

Führen des Kühlmittels von den Deckbändern durch die Nute und zum Kühlmittelauslaß.

15. Das Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Fahrzeugmotors gemäß Anspruch 14, wobei jedes Deckband des Deckband paars (78) im wesentlichen haubenförmig ist und eine Mündung an einer der Endhauben (64) aufweist.

16. Das Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Fahrzeugmotors gemäß Anspruch 13, das ferner den Schritt beinhaltet, daß die leitenden Endwindungen (58, 60) mit dem Kühlmittel in Berührung kommen.

17. Das Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Fahrzeugmotors gemäß einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 16, in dem der Schritt des Leitens des Kühlmittels die folgenden Teilschritte umfaßt:

Führen des Kühlmittels gegen ein Deckband (78), das im Motorgehäuse angeordnet ist und sich vom Ende des Ständerblechpakets aus, an dem das Kühlmittel in die Nute eintritt, zu einer entsprechenden Endhaube (64) erstreckt; und

Leiten des Kühlmittels vom Deckband in die Nute (52).

18. Das Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Fahrzeugmotors gemäß einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 17, das ferner die folgenden Schritte umfaßt:

Zuführen eines Kühlmittels zu einem Paar Kühlmitteleinlässen (66, 96) im Motorgehäuse,

Besprühen der Endkappen (62) des Läufers mit dem Kühlmittel, das einem der Kühlmitteleinlässe (96) zugeführt wurde; und

Herausführen des dem Kühlmitteleinlaß zugeführten Kühlmittels aus dem Kühlmittelauslaß des Motorgehäuses.

19. Das Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Fahrzeugmotors gemäß einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 18, in dem der Schritt des Leitens des Kühlmittels zu den Endkappen beinhaltet das Spritzen des Kühlmittels zu den Endkappen aus mindestens einer Düse (76), die jeweils an jeder der Endhauben befestigt sind.

20. Das Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Fahrzeugmotors gemäß einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 19, in dem die Kühlflüssigkeit Öl ist.

21. Das Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Fahrzeugmotors gemäß einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 20, das ferner die folgenden Schritte umfaßt:

Leiten eines Teils des Kühlmittels, das durch das Ständerblechpaket zu einer außerhalb des elektrischen Fahrzeugs angeordneten Vorrichtung geleitet wird, die gekühlt werden muß; und

Rückführen des zu der Vorrichtung geleiteten Kühlmittelteils zum Kühlmittelauslaß.