WO1995024762A1 - Bürstenloser elektromotor und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

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WO1995024762A1
WO1995024762A1 PCT/EP1995/000768 EP9500768W WO9524762A1 WO 1995024762 A1 WO1995024762 A1 WO 1995024762A1 EP 9500768 W EP9500768 W EP 9500768W WO 9524762 A1 WO9524762 A1 WO 9524762A1
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coolant
electric motor
rotor
interior
brushless electric
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PCT/EP1995/000768
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Reinhard Rasch
Andreas GRÜNDL
Bernhard Hoffmann
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Gründl und Hoffmann GmbH Gesellschaft für elektrotechnische Entwicklungen
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/14—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with speed sensing devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the present invention relates to a brushless electric motor with a liquid-tight housing, an inner-running rotor which is connected to an output shaft, a stator packet arranged at a radial distance from the rotor, a coolant supply leading into the interior of the housing, and one coolant discharge leading out of the housing.
  • Such electric motors are known in the prior art in a variety of embodiments and are suitable in coolant-fed operation to deliver mechanical drive powers which cannot be achieved in uncooled operation.
  • a non-aggressive oil with low viscosity and high boiling point is generally used as the coolant.
  • Such an electrical machine with oil spray cooling is known from DE 21 45 126 A1, in which a cooling circuit with spray openings is provided on each side of the machine, which coolant escaping through these openings both on the winding heads of the Spray the stator as well as on the rotor.
  • An oil-cooled induction motor is known from DE 25 38 561 A1, in which the entire interior of the housing is completely filled with oil.
  • the oil roller pump is connected to the fan shaft. Cooling dependent on the speed of the induction motor can thereby be achieved.
  • a water-cooled brushless electric motor is known.
  • the cooling water is guided through water channels in the housing.
  • an additional air cooling for the flow through the housing is described, the circulation of the rotor ensuring air circulation.
  • the circulating air is not exchanged with the ambient air, but is passed through a heat exchanger in the interior of the housing and cooled there again.
  • a cooling water quantity control for water-cooled three-phase motors in which a control valve with a thermoregulator and a temperature sensor is arranged in the cooling water drainage.
  • the object of the invention is to keep the overall efficiency of the arrangement high and to provide an electric motor with a high power density.
  • the electric motor is further developed according to the invention by a control device which adjusts the volume flow of the coolant flowing through the interior of the housing as a function of speed and torque.
  • the volume flow through the electric motor can be adapted to the speed and the torque so that both the heat loss (at high torques) can be dissipated to the desired extent by operating the electric motor as a spray oil motor or as a sub-oil motor, and also (at high speeds) the braking effect of the coolant can be switched off by driving the electric motor (largely) dry.
  • the rotation of the rotor during operation of the electric motor already produces a certain pumping effect, which, however, is largely dependent on the speed of the electric motor.
  • the control device controls a pump which coolant feeds into the interior of the electric motor and promotes coolant discharge from the electric motor.
  • the control device controls a valve through which the volume flow of the coolant can be interrupted or reduced by the coolant supply into the interior of the electric motor and by the coolant discharge from the electric motor.
  • the location of the valve in the coolant circuit depends, among other things, on whether the pump is a suction or pressure pump. The only decisive factor is that the coolant circuit can be interrupted by the valve and that the coolant can be pumped out of the interior of the electric motor when the coolant circuit is interrupted.
  • a reservoir for the coolant can be provided, which stores the coolant, for example, when the electric motor runs dry.
  • a heat exchanger in the form of a radiator can be provided in the coolant circuit, which heat exchanger can optionally also be forced-cooled by a fan.
  • the coolant supply in the area of an end plate of the rotor extends into the interior of the housing. It is not important whether the bushing opens radially or tangentially on the rotor or its end plate, but only important that the supplied coolant - in flooded or in spray oil mode - contacts the rotor or its end plate comes to be at least partially conveyed to the outside of the stator windings.
  • the coolant is directed onto the end plate of the rotor, it is advantageous for a proportionate distribution of the coolant if the end plate of the rotor has a receiver for the coolant.
  • the coolant can then be passed on to the important parts of the electric motor to be cooled.
  • the coolant supply to the rotor passes through its axis of rotation and opens into at least two coolant lines leading to the outer circumference of the rotor.
  • This configuration offers a particularly good pumping action for the coolant, since the pump line depends on the radial path of the coolant and increases with the square of the path.
  • the pickup is circular-groove-shaped and has a continuous web on its radially outer wall, the free end of which points towards the axis of rotation of the rotor. This web ensures that the coolant does not flow away to the front (from the end face of the rotor in the direction of the housing inner wall) when the spray oil is operated, but the coolant is available for cooling the parts which are used for cooling especially need.
  • the coolant supply is offset radially inward with respect to the circumferential web, and the outlet of the coolant supply projects beyond the continuous web in the axial direction towards the base of the sensor.
  • the inner rotor has a bell-shaped shape with a free interior, it is advantageous that the transducer in the radially outer region of its base or the coolant lines (in the case of the central coolant supply) are each connected to at least one coolant channel, which in the interior of the rotor is sufficient. This allows parts arranged in the interior of the rotor to be cooled in a simple manner and parts which are set back with respect to the end plate of the rotor to be cooled by the coolant.
  • the outlet of the coolant channel in the interior of the rotor is offset radially inwards.
  • the expanded wall section of the interior has at least one coolant passage to the outside of the bell-shaped rotor.
  • the centrifugal force causes the coolant to move from the end plate of the rotor to the parts further back, it is advantageously provided that on the side of the wall section opposite the end plate of the rotor, the wall of the interior towards the free edge of the ro ⁇ tors conically expanded. Grooves can also be provided to establish preferred flow paths for the coolant on the inner wall of the rotor.
  • the coolant can also flow in channels located inside the rotor wall from the end plate of the rotor to its free end and exit there again.
  • the free edge of the rotor extends in the axial direction up to or in front of the one heads of the stator winding. There, the coolant then leaves the rotor and is thrown by centrifugal forces to the heads of the stator winding.
  • the side of the rotor facing the end plate of the rotor further wall section to the outside of the rotor in the axial direction up to or to the other heads of the stator winding extends at least one coolant channel.
  • a further possibility of cooling the stator winding heads is to guide coolant through a coolant passage in the region of the expanded wall section to the outside of the rotor to axially extending grooves machined in the outer lateral surface up to the short-circuit rings From there, the coolant is thrown by centrifugal force to the short-circuit rings and cools them. From the short-circuit rings, the coolant is thrown further radially outwards to the stator winding heads in order to cool them as well.
  • At least part of a gear is arranged in the free interior of the rotor.
  • the part of the gearbox located there is simultaneously cooled by the coolant guided along the inside of the rotor, which allows a particularly simple, encapsulated design of the gearbox with a high power density.
  • the gear is arranged in a liquid-tight gear housing, which forms an annular gap with at least a portion of the wall of the interior of the rotor, very good cooling of the gear is achieved, since the coolant then also in the spray mode between the inner wall of the rotor and the outer wall of the gearbox is positively driven.
  • the transmission can be completely immersed in transmission oil in the transmission housing.
  • the gear oil often contains friction-reducing additives which are very aggressive and attack electrical line insulation, and besides which the gear oil often contains metal chips which would cause short-circuits in the windings of the electric motor, a second would be with circulation and cooling of the gear oil separate cooling circuit required. This second cooling circuit is no longer necessary due to the cooling of the gear housing from the outside.
  • a decisive aspect of the invention is that the coolant is conveyed to the respective parts of the electric motor as a function of the speed and the torque to be provided by the electric motor in such a way that optimum cooling takes place which corresponds to the current speed and is adapted to the torque.
  • the coolant is partly led directly and partly successively to the individual parts of the electric motor by its rotor or the centrifugal force caused by it.
  • the electric motor is preferably operated in such a way that the control device in the range from 0% to about 30% of the continuous speed and in the range from about 60% to about 100% of the maximum torque of the electric motor is the ratio of the volume flow fed in by the coolant supply Coolant to the volume flow of coolant derived by the coolant discharge so that the housing of the electric motor is completely filled with coolant.
  • control device ensures that in the range from 0% to about 100% of the continuous speed and in the range from about 10% to about 60% of the maximum torque of the electric motor, the ratio of the volume flow of the coolant fed through the coolant supply to that through the Coolant discharge derived volume flow of the coolant is set so that the coolant through the coolant in a substantially coolant-free housing of the electric motor Feed flows into the sensor, from there via the coolant channel into the interior of the rotor in its radially expanded wall section, from where it passes through the coolant channel (s) and the annular gap to the stator heads or to the outside of the rotor (eg to the bars of the rotor cage).
  • control device ensures that in the range from 0% to approximately 100% of the continuous speed and in the range from approximately 0% to approximately 10% of the maximum torque of the electric motor, no or only small amounts of the coolant into the housing of the electric motor flow in.
  • Fig. 3 shows a schematic cross section through a
  • Electric motor according to the invention shows in a first embodiment
  • Fig. 4 shows a schematic cross section through a
  • Electric motor according to the invention in a second embodiment shows.
  • EM brushless electric motor
  • the output signals of the first and second sensors 12, 14 are fed to a control device 20 via lines 16, 18.
  • the control device 20 controls via two lines 22, 24 a pump 26 which is switched into a coolant circuit which, from a coolant supply 28, which leads into a liquid-tight housing 30 of the electric motor EM, leads to a coolant outlet leading out of the housing 30 32, a coolant reservoir 34 and a radiator 36 is formed.
  • a shut-off valve V which can also be controlled by the control device 20, is switched into the coolant circuit upstream of the pump 26.
  • the control device 20 is fed by the operating voltage UB and is either by a hard-wired circuit or by a suitably programmed microprocessor with the necessary peripherals (analog / digital converter for the sensor signals, power drivers for the pump and the valve, data and program memory, etc .) realized.
  • FIG. 2 illustrates how the control device 20 controls the coolant circuit as a function of the speed (n) and the torque (M).
  • the abscissa or ordinate is in each case dimensioned as a percentage of the continuous speed or the maximum torque.
  • the control device 20 in the range from 0% to approximately 30% of the continuous speed and in the range from approximately 60% to approximately 100% of the maximum torque of the electric motor, the ratio of the volume flow of the coolant KM fed through the coolant supply 28 to that through the coolant discharge 32 ⁇ guided volume flow of the coolant KM set so that the housing 30 of the electric motor EM is completely filled with coolant KM.
  • This area is designated I in the diagram.
  • control device 20 controls in the range from 0% to about 100% of the continuous speed and in the range from about 10% to about 60% of the maximum torque of the electric motor EM the ratio of the volume flow of the coolant KM fed through the coolant supply 28 to the through the coolant Guide 32 derived volume flow of the coolant KM so that the coolant KM flows through the coolant supply 28 into the interior of the housing 30, there cools the parts to be cooled of the electric motor EM, and then the housing in substantially coolant-sump-free housing 30 of the electric motor EM 30 of the electric motor EM leaves again through the coolant discharge 32.
  • This area is designated II in the diagram.
  • control device controls the pump 26 and the valve V such that no coolant KM enters the housing 30 in the range from 0% to approximately 100% of the continuous speed and in the range from approximately 0% to approximately 10% of the maximum torque of the electric motor EM of the electric motor EM flows in and that it runs dry.
  • This area is designated III in the diagram.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the electric motor.
  • An internally running rotor 40 is rotatably mounted in the interior of the housing 30 and is connected to the output shaft 10 via a gear 42 which does not further explain the speed.
  • the rotor 40 has the shape of a bell, in the interior 43 of which the gear 42 is at least partially accommodated.
  • On its outer lateral surface 44 the rotor 40 carries a rotor laminated core 46 which is held together by a cage 52 formed from two axially spaced short-circuit rings 48a, 48b and copper rods 50 connecting them.
  • a stator packet 56 is arranged at a radial distance from the rotor, forming an annular gap 54.
  • the stator stack consists of a laminated core 58 and stator windings, the winding heads 60, 62 of which protrude on both end faces of the laminated core 58.
  • the coolant supply 28 is arranged in the axis of rotation R on the end face of the housing 30 of the electric motor EM opposite the output shaft 10.
  • the end plate 64 of the rotor 64 has a passage 66 for the coolant KM.
  • at least two coolant lines 70a, 70b leading to the outer circumference of the rotor 40 depart from the feedthrough 66.
  • the coolant lines 70a, 70b are each connected to at least one coolant channel 74 which extends into the interior 43 of the rotor 40.
  • the outlet of the coolant channels 74 into the interior 43 of the rotor 43 is offset radially inward at least with respect to a radially expanded wall section 76 of the interior 43 of the bell-shaped rotor 40.
  • the coolant KM can thus be distributed uniformly in the expanded wall section 76.
  • the expanded wall section 76 of the interior 43 has a plurality of coolant passages 78 distributed uniformly along the circumference of the rotor 40 and (not shown) grooves to the outside 44 of the bell-shaped rotor 40, through which the coolant KM can escape to the outside (rotor cooling).
  • Coolant KM which does not flow to the outside through the coolant passages 78, can flow from the enlarged wall section 76 from the enlarged wall section 76 along the inner wall 80 of the rotor 40 to the free edge 82 of the rotor 40. This is made possible by the wall 80 of the interior 43 being flared on the side of the wall section 76 opposite the end plate 64 of the rotor 40 (gear cooling).
  • the free edge 82 of the rotor 40 extends in the axial direction up to or to one of the heads 62 of the stator winding.
  • a plurality of coolant channels 84 can also extend in the same way how the coolant passages 78 are distributed along the circumference of the rotor 40.
  • the other heads 60 of the stator winding can thus also be cooled.
  • these coolant channels 84 can also be extensions of the channels 70a, 70b.
  • the coolant passages 84 are not necessary if a sufficient amount of coolant KM flows outward through the coolant passages 78 from the enlarged wall section 76, also in axial grooves (not shown) along the lateral surface of the rotor in the direction of the short-circuit rings of the rotor Rotors is moved, flung towards them by centrifugal force and flung from there to the stator winding heads.
  • the coolant KM which is thrown by the free edge 82 of the rotor 40 in the direction of the heads 60 of the stator winding or by the coolant KM which is thrown by the coolant channels 84 in the direction of the heads 62 of the stator winding is also cooled, the respective short-circuit rings 48a, 48b.
  • the coolant passages 78 enable the coolant KM to reach the copper rods 50 of the cage in order to cool them.
  • the gear 42 is arranged in the free interior 43 of the rotor 40.
  • the gear 42 is arranged in a liquid-tight gear housing 86, which forms an annular gap 88 with a section of the wall 80 of the interior 43 of the rotor 40.
  • the gear 42 is cooled from the outside by the coolant KM, so that the gear 42 in the gearbox housing 86 can be encapsulated and substantially completely submerged in gear oil.
  • coolant outlets 32, 32 ' are provided on its two end faces, through which the heated coolant KM leaves the electric motor again in order to be cooled.
  • the coolant supply 28 could also be arranged centrally here.
  • passage 66 for the coolant supply 28 in FIG. 3 is relatively complex, which is more easily solved in the embodiment according to FIG. 4.
  • the end plate 64 of the rotor has a receiver 90 for the coolant KM.
  • the sensor 90 is designed in the shape of a circular groove and has on its radially outer wall 92 a continuous web 94, the free end 96 of which points towards the rotation axis R.
  • the coolant supply 28 is offset radially inward in relation to the circumferential web 94 or its free end 96, and the outlet 98 of the coolant supply 28 can project beyond the continuous web 94 or its free end 96 in the axial direction toward the base 102 of the receiver 90.
  • the inlet 104 of the coolant channel 74 at the base 104 of the receiver 90 is offset radially inward relative to the outlet 106 of the coolant channel 74 into the interior 43 of the rotor 40.
  • the outlet 106 of the coolant channel 74 is offset radially inward into the interior 43 of the rotor 40 relative to a radially expanded wall section 76 of the interior 43 of the rotor 40.
  • the further path of the coolant KM is otherwise the same as in the embodiment according to FIG. 3.

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Abstract

Bürstenloser Elektromotor mit einem flüssigkeitsdichten Gehäuse (30), einem innenlaufenden Rotor (40), der mit einer Abtriebswelle (10) verbunden ist, einem zu dem Rotor (40) in radialem Abstand angeordneten Statorpaket (56), einer in das Innere des Gehäuses (30) führenden Kühlmittelzuführung (28), und einer aus dem Gehäuse (30) herausführenden Kühlmittelabführung (32), wird, um den Wirkungsgrad der Anordnung insgesamt hoch zu halten und außerdem einen Elektromotor mit einer hohen Leistungsdichte bereitzustellen, eine den durch das Innere des Gehäuses (30) fließenden Volumenstrom des Kühlmittels (KM) drehzahl- und drehmomemtabhängig einstellende Steuereinrichtung (20) vorgesehen.

Description

Bürstenloser Elektromotor und Verfahren zu dessen Betrieb
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen bürstenlosen Elektro¬ motor mit einem flüssigkeitsdichten Gehäuse, einem innen¬ laufenden Rotor, der mit einer Abtriebswelle verbunden ist, ei¬ nem zu dem Rotor in radialem Abstand angeordneten Statorpaket, einer in das Innere des Gehäuses führenden Kühlmittelzuführung, und einer aus dem Gehäuse herausführenden Kühlmittelabführung.
Derartige Elektromotoren sind im Stand der Technik in viel¬ fachen Ausführungsformen bekannt und sind im kühlmittelbe¬ schickten Betrieb geeignet, mechanische Antriebsleistungen ab¬ zugeben, die im ungekühlten Betrieb nicht erreichbar sind. Als Kühlmittel wird in der Regel ein nicht aggressives Öl mit ge¬ ringer Viskosität und hohem Siedepunkt verwendet.
Aus der DE 21 45 126 AI ist eine derartige elektrische Maschine mit Ölsprühkühlung bekannt, bei der auf jeder Seite der Maschi¬ ne in ihrem Inneren je ein Kühlkreis mit Sprühöffnungen vorge¬ sehen ist, die das durch diese Öffnungen austretende Kühlmittel sowohl auf die Wickelköpfe des Stators, als auch auf den Rotor sprühen.
Allerdings sind bekannte Motoren meistens so ausgestaltet und dimensioniert, daß sie entweder permanent als Sprühölmotoren oder permanent als Unterölmotoren betrieben werden.
Bei Anwendungen, die gleichmäßige Antriebsleistungen benötigen, können derartige Motoren bei guten Leistungsdichten und hohem Wirkungsgrad eingesetzt werden. Wenn eine Anwendung jedoch stark wechselnde Drehzahlen und/oder Drehmomente erfordert, wie dies z.B. beim Antrieb von Kraft¬ fahrzeugen der Fall ist, sinkt der Wirkungsgrad in der Gesamt¬ bilanz (Gesamt-Drehzahl- bzw. Gesamt-Drehmomentbereich) erheb¬ lich, da z.B. bei hohen Drehzahlen das Kühlmittel im Unterölmo¬ tor erhebliche Verluste bringt.
Es sind daher verbesserte Kühlsysteme vorgeschlagen worden.
Aus der AT 10 80 63 ist ein fremdbelüfteter Asynchronmotor be¬ kannt, bei dem die Drehzahl und damit die Leistung des Kühlven¬ tilators in Abhängigkeit von der Schlupffrequenz des zu lüften¬ den Motors derart gesteuert ist, daß die Kühlwirkung mit der Schlupffrequenz wächst.
Aus der DE 25 38 561 AI ist ein ölgekühlter Induktionsmotor be¬ kannt, bei dem das gesamte Gehäuseinnere vollständig mit Öl ge¬ füllt ist. Bei diesem Induktionsmotor ist die Olumwalzpumpe mit der Lüfterwelle verbunden. Dadurch kann eine von der Drehzahl des Induktionsmotors abhängige Kühlung erreicht werden.
Aus der DE 42 13 132 AI ist ein wassergekühlter bürstenloser Elektromotor bekannt. Das Kühlwasser wird hierbei durch Wasser¬ kanäle in dem Gehäuse geführt. Neben der Wasserkühlung wird noch eine zusätzliche Luftkühlung für die Durchströmung des Ge¬ häuses beschrieben, wobei das Umlaufen des Läufers für eine LuftZirkulation sorgt. Dabei wird die zirkulierende Luft nicht mit der Umgebungsluft ausgetauscht, sondern im Inneren des Ge¬ häuses durch einen Wärmetauscher geführt und dort wieder abge¬ kühlt.
Aus der DE 24 55 567 AI ist eine Kühlwasser-Mengen-regelung für wassergekühlte Drehstrommotoren bekannt, bei der in der Kühl¬ wasserableitung ein Regelventil mit einem Thermoregler und ei¬ nem Temperaturfühler angeordnet ist. Die Erfindung hat die Aufgabe, den Wirkungsgrad der Anordnung insgesamt hoch zu halten und einen Elektromotor mit einer hohen Leistungsdichte bereitzustellen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung der Elektromotor durch eine den durch das Innere des Gehäuses fließenden Volumenstrom des Kühlmittels drehzahl- und drehmomentabhängig einstellende Steuereinrichtung weitergebildet.
Durch diese Maßnahme kann der Volumenstrom durch den Elektro¬ motor an die Drehzahl und das Drehmoment so angepaßt werden, daß sowohl die Verlustwärme (bei hohem Drehmomenten) im ge¬ wünschten Umfang abgeführt werden kann, indem der Elektromotor als Sprühölmotor oder als Unterölmotor betrieben wird, als auch (bei hohen Drehzahlen) die Bremswirkung des Kühlmittels ausge¬ schaltet werden kann, indem der Elektromotor (weitgehend) trok- ken gefahren wird.
Durch die Rotation des Rotors im Betrieb des Elektromotors ent¬ steht bereits eine gewisse Pumpwirkung, die jedoch weitgehend von der Drehzahl des Elektromotors abhängig ist. Um auch bei niedrigen Drehzahlen (und hohen Drehmomenten) eine ausreichende Kühlwirkung zu erreichen, oder wenn die Pumpwirkung des Elek¬ tromotors selbst nicht ausreicht, ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung eine Pumpe ansteuert, die das Kühlmittel durch die Kühlmittelzuführung in das Innere des Elektromotors und durch die Kühlmittelabführung aus dem Elektromotor heraus fördert.
Um sicherstellen zu können, daß bei hohen Drehzahlen der Elek¬ tromotor auch (weitgehend) trocken, das heißt ohne (oder nur mit geringen Mengen) Kühlmittel betrieben werden kann, ist vor¬ gesehen, daß die Steuereinrichtung ein Ventil ansteuert, durch das der Volumenstrom des Kühlmittels durch die Kühlmittelzufüh¬ rung in das Innere des Elektromotors und durch die Kühlmittel¬ abführung aus dem Elektromotor heraus unterbrechbar bzw. redu¬ zierbar ist. Der Ort des Ventils in dem Kühlmittelkreislauf ist unter an¬ derem davon abhängig, ob die Pumpe eine Saug- oder Druckpumpe ist. Entscheidend ist lediglich, daß der Kühlmittelkreislauf durch das Ventil unterbrechbar ist, und daß das Kühlmittel bei unterbrochenem Kühlmittelkreislauf aus dem Innern des Elektro¬ motors herausgepumpt werden kann.
Weiterhin kann ein Reservoir für das Kühlmittel vorgesehen sein, das das Kühlmittel zum Beispiel dann speichert, wenn der Elektromotor trocken läuft.
Schließlich kann zur Abkühlung des im Innern des Elektromotors erwärmten Kühlmittels in dem Kühlmittelkreislauf ein Wär¬ metauscher in Gestalt eines Radiators vorgesehen sein, der ggf. auch durch ein Gebläse zwangsgekühlt sein kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des bürstenlosen Elektro¬ motors reicht die Kühlmittelzuführung im Bereich einer Stirn¬ platte des Rotors in das Innere des Gehäuses. Dabei ist nicht entscheidend, ob die Durchführung radial oder tangential an dem Rotor bzw. dessen Stirnplatte mündet, sondern lediglich wich¬ tig, daß das zugeführte Kühlmittel - im gefluteten oder im Sprühöl-Betrieb - mit dem Rotor bzw. dessen Stirnplatte im Be¬ rührung kommt, um zumindest zum Teil nach außen zu den Stator¬ wicklungen gefördert zu werden.
Wenn das Kühlmittel auf die Stirnplatte des Rotors geleitet wird, ist es für eine anteilige Verteilung des Kühlmittels von Vorteil, wenn die Stirnplatte des Rotors einen Aufnehmer für das Kühlmittel aufweist. Damit kann dann eine Weiterleitung des Kühlmittels zu den wichtigen zu kühlenden Teilen des Elektromo¬ tors erfolgen.
Bei einer Ausführungsform des Elektromotors geht die Kühl¬ mittelzuführung zu dem Rotor durch dessen Rotationsachse und mündet in wenigstens zwei zu dem äußeren Umfang des Rotors hin¬ führende Kühlmittelleitungen. Diese Ausgestaltung bietet eine besonders gute Pumpwirkung für das Kühlmittel, da die Pumplei- stung vom radialen Weg des Kühlmittels abhängig ist und mit dem Quadrat des Weges anwächst.
Bei einer anderen Ausführungsform des Elektromotors ist vor¬ gesehen, daß der Aufnehmer kreisnutförmig ist und an seiner ra¬ dial außen liegenden Wandung einen durchgehenden Steg aufweist, dessen freies Ende zu der Rotationsachse des Rotors hinweist. Dieser Steg stellt sicher, daß das Kühlmittel beim Sprühölbe- trieb nicht nach vorne (von der Stirnseite des Rotors in Rich¬ tung auf die Gehäuseinnenwand) wegfließt, sondern das Kühlmit¬ tel für die Kühlung der Teile zur Verfügung steht, die der Küh¬ lung besonders bedürfen.
Zur besonders einfachen Zuführung des Kühlmittels ist vor¬ gesehen, daß die KühlmittelZuführung gegenüber dem umlaufenden Steg radial nach innen versetzt ist, und der Auslaß der Kühl¬ mittelzuführung den durchgehenden Steg in axialer Richtung zum Grund des Aufnehmers hin überragt.
Wenn der innenliegende Rotor eine glockenförmige Gestalt mit einem freien Innenraum aufweist, ist es vorteilhaft, daß der Aufnehmer im radial außen liegenden Bereich seines Grundes bzw. die Kühlmittelleitungen (im Fall der zentralen Kühlmittelzufüh¬ rung) jeweils mit wenigstens einem Kühlmittelkanal verbunden sind, der in den Innenraum des Rotors reicht. Damit können auf einfache Weise im Innern des Rotors angeordnete Teile gekühlt werden und durch das Kühlmittel auch gegenüber der Stirnplatte des Rotors zurückgesetzte Teile gekühlt werden.
Um einen sicheren Transport des Kühlmittels aus dem kreisnut- förmigen Aufnehmer in andere Bereiche des Elektromotors sicher¬ zustellen, bzw. um eine vollständige Entleerung des Aufnehmers zu ermöglichen, ist es vorgesehen, den Einlaß des Kühlmittel- kanales am Grunde des Aufnehmers gegenüber dem Auslaß des Kühl- mittelkanales in den Innenraum des Rotors radial nach innen zu versetzen. Um in der Innenwandung des Rotors ein bestimmtes Volumen an Kühlmittel aufnehmen zu können, das zum einen den Rotor kühlen kann und zum anderen als Vorrat für Kühlmittel dient, das an andere Teile des Elektromotors weitergeleitet werden kann, ist es vorteilhaft, daß der Auslaß des Kühlmittelkanales in den In¬ nenraum des Rotors zumindest gegenüber einem radial erweiterten Wandungsabschnitt des Innenraumes des glockenförmiges Rotor ra¬ dial nach innen versetzt ist.
Um die Weiterleitung des Kühlmittels aus diesem erweiterten Wandungsabschnitt zu anderen Teilen des Elektromotors zu er¬ möglichen, weist der erweiterte Wandungsabschnitt des Innen¬ raumes wenigstens einen Kühlmitteldurchlaß zur Außenseite des glockenförmigen Rotors auf.
Damit durch die Fliehkraft das Kühlmittel sich von der Stirn¬ platte des Rotors auch zu den weiter hinten liegenden Teilen bewegt, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß sich an der der Stirnplatte des Rotors entgegengesetzten Seite des Wandungsab¬ schnittes die Wandung des Innenraumes zum freien Rand des Ro¬ tors hin konisch erweitert. Dabei können auch Rillen vorgesehen sein, um bevorzugte Strömungswege für das Kühlmittel an der In¬ nenwand des Rotors festzulegen.
Außerdem kann das Kühlmittel auch in im Innern der Rotorwandung liegenden Kanälen von der Stirnplatte des Rotors zu dessen freiem Ende fließen und dort wieder austreten.
Um das Kühlmittel zu den einen (hinteren) Köpfen der Stator¬ wicklung zu führen, ist vorgesehen, daß sich der freie Rand des Rotors in axialer Richtung bis vor oder zu den einen Köpfen der Statorwicklung erstreckt. Dort wird dann das Kühlmittel den Ro¬ tor verlassen und durch Zentrifugalkräfte zu den Köpfen der Statorwicklung geschleudert.
Um das Kühlmittel auch zu den anderen (vorderen) Köpfen der Statorwicklung zu führen, kann vorgesehen sein, daß sich von der der Stirnplatte des Rotors zugewandten Seite des er- weiterten Wandungsabschnittes zu der Außenseite des Rotors in axialer Richtung bis vor oder zu den anderen Köpfen der Stator¬ wicklung wenigstens ein Kühlmittelkanal erstreckt.
Eine weitere Möglichkeit, die Statorwickelköpfe zu kühlen, be¬ steht darin, Kühlmittel durch einen Kühlmitteldurchlaß im Be¬ reich des erweiterten Wandungsabschnitts zur Außenseite des Ro¬ tors hin zu in der äußeren Mantelfläche eingearbeiteten axial verlaufenden Nuten jeweils bis zu den Kurzschlußringen zu füh¬ ren. Von dort wird das Kühlmittel durch die Fliehkraft zu den Kurzschlußringen hingeschleudert und kühlt diese. Von den Kurz¬ schlußringen aus wird das Kühlmittel weiter radial nach außen zu den Statorwickelköpfen geschleudert, um auch diese zu küh¬ len.
Um das Kühlmittel auch zu der Außenseite des Rotors bzw. zu dort angebrachten Teilen (z.B. Rotorkäfig) zu führen, kann vor¬ gesehen sein, daß sich von dem erweiterten Wandungsabschnitt zu der Außenseite des Rotors in radialer Richtung wenigstens ein Kühlmitteldurchlaß erstreckt, durch den Kühlmittel zu an der Außenseite des Rotors angeordneten Stäben des Rotorkäfigs gelangen kann.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Elektro¬ motors ist in dem freien Innenraum des Rotors zumindest ein Teil eines Getriebes angeordnet. Auf diese Weise wird durch das an der Innenseite des Rotors entlanggeführte Kühlmittel gleich¬ zeitig der dort befindliche Teil des Getriebes gekühlt, was ei¬ ne besonders einfache, da gekapselte Ausführung des Getriebes bei hoher Leistungsdichte erlaubt.
Insbesondere wenn das Getriebe in einem flüssigkeitsdichten Ge¬ triebegehäuse angeordnet ist, das zumindest mit einem Abschnitt der Wandung des Innenraumes des Rotors einen Ringspalt bildet, wird eine sehr gute Kühlung des Getriebes erreicht, da dann das Kühlmittel auch im Spruholbetrieb zwischen der Innenwandung des Rotors und der Außenwandung des Getriebes zwangsgeführt ist. Damit kann das Getriebe in dem Getriebegehäuse im wesentlichen vollständig in Getriebeöl getaucht sein. Da das Getriebeöl oft¬ mals reibungsverringernde Zusätze enthält, die sehr aggressiv sind und elektrische Leitungsisolierungen angreifen, und außer¬ dem Getriebeöl oft Metallspäne enthält, die in den Wicklungen des Elektromotors Kurzschlüsse verursachen würden, wäre bei ei¬ ner Umwälzung und Kühlung des Getriebeöls ein zweiter separater Kühlkreislauf erforderlich. Dieser zweite Kühlkreislauf ist durch die Kühlung des Getriebegehäuses von außen nicht mehr er¬ forderlich.
Ein entscheidender Gesichtspunkt ist also bei der Erfindung, daß das Kühlmittel in Abhängigkeit von der durch den Elektromo¬ tor zu erbringenden Drehzahl und dem Drehmoment so zu den je¬ weiligen Teilen des Elektromotors hingefördert wird, daß eine optimale Kühlung erfolgt, die der momentanen Drehzahl und dem Drehmoment angepaßt ist. Dazu wird das Kühlmittel teilweise di¬ rekt und teilweise nacheinander zu den einzelnen Teilen des Elektromotors durch dessen Rotor bzw. die durch diesen hervor¬ gerufene Fliehkraft hingeführt.
Dabei wird der Elektromotor bevorzugt in der Weise betrieben, daß die Steuereinrichtung im Bereich von 0% bis etwa 30% der Dauerdrehzahl und im Bereich von etwa 60% bis etwa 100% des Ma¬ ximaldrehmomentes des Elektromotors das Verhältnis des durch die KühlmittelZuführung eingespeisten Volumenstroms des Kühl¬ mittels zu dem durch die Kühlmittelabführung abgeleiteten Volu¬ menstrom des Kühlmittels so einstellt, daß das Gehäuse des Elektromotors vollständig mit Kühlmittel gefüllt ist.
Weiterhin wird durch die Steuereinrichtung sichergestellt, daß im Bereich von 0% bis etwa 100% der Dauerdrehzahl und im Be¬ reich von etwa 10% bis etwa 60% des Maximaldrehmomentes des Elektromotors das Verhältnis des durch die Kühlmittelzuführung eingespeisten Volumenstroms des Kühlmittels zu dem durch die Kühlmittelabführung abgeleiteten Volumenstrom des Kühlmittels so einstellt ist, daß bei im wesentlichen kühlmittelsumpffreien Gehäuse des Elektromotors das Kühlmittel durch die Kühlmittel- Zuführung in den Aufnehmer einströmt, von dort über den Kühl¬ mittelkanal in den Innenraum des Rotors in dessen radial erwei¬ terten Wandungsabschnitt gelangt, von wo es durch den/die Kühl- mittelkanal/kanäle und den Ringspalt zu den Statorköpfen bzw. zu der Außenseite des Rotors (z.B. zu den Stäben des Rotorkä¬ figs) gelangt.
Schließlich wird durch die Steuereinrichtung erreicht, daß im Bereich von 0% bis etwa 100% der Dauerdrehzahl und im Bereich von etwa 0% bis etwa 10% des Maximaldrehmomentes des Elektromo¬ tors kein oder nur geringe Mengen des Kühlmittels in das Gehäu¬ se des Elektromotors einströmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, wobei
Fig. 1 eine Prinzipschaltung des Elektromotors mit der damit verbundenen Steuereinrichtung zeigt,
Fig. 2 ein Diagramm der unterschiedlichen Betriebs- zustände zeigt.
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch einen
Elektromotor gemäß der Erfindung in einer er¬ sten Ausführungsform zeigt, und
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch einen
Elektromotor gemäß der Erfindung in einer zwei¬ ten Ausführungsform zeigt.
In Fig. 1 ist ein mit EM bezeichneter bürstenloser, als In¬ nenläufer ausgebildeter Elektromotor EM gezeigt, der an seiner Abtriebswelle 10 einen nur schematisch gezeigten ersten Sensor 12 zur Erfassung der Drehzahl (n) und einen ebenfall nur sche¬ matisch gezeigten zweiten Sensor 14 zur Erfassung des Drehmo¬ mentes (M) aufweist. Die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Sensors 12, 14 werden über die Leitungen 16, 18 einer Steuereinrichtung 20 zugeführt. Die Steuereinrichtung 20 steuert über zwei Leitungen 22, 24 ei¬ ne Pumpe 26 an, die in einen Kühlmittelkreislauf eingeschaltet ist, der aus einer Kühlmittelzuführung 28, die in ein flüssig¬ keitsdichtes Gehäuse 30 des Elektromotors EM führt, einer aus dem Gehäuse 30 herausführenden Kühlmittelabführung 32, einem Kühlmittelreservoir 34 und einem Radiator 36 gebildet ist. Um den Kühlmittelkreislauf unterbrechen zu können, ist vor der Pumpe 26 ein ebenfalls durch die Steuereinrichtung 20 ansteuer¬ bares Absperrventil V in den Kühlmittelkreislauf eingeschaltet.
Die Steuereinrichtung 20 wird durch die Betriebsspannung ÜB ge¬ speist und ist entweder durch eine fest verdrahtete Schaltung oder durch einen entsprechend programmierten Microprozessor mit der erforderlichen Peripherie (Analog/ Digitalwandler für die Sensorsignale, Leistungstreiber für die Pumpe und das Ventil, Daten- und Programmspeicher etc.) realisiert.
In Fig. 2 ist veranschaulicht, wie die Steuereinrichtung 20 in Abhängigkeit von der Drehzahl (n) und dem Drehmoment (M) den Kühlmittelkreislauf steuert. Die Abszisse bzw. Ordinate ist je¬ weils in Prozent der Dauerdrehzahl bzw. des Maximaldrehmomentes bemaßt.
Durch die Steuereinrichtung 20 wird im Bereich von 0% bis etwa 30% der Dauerdrehzahl und im Bereich von etwa 60% bis etwa 100% des Maximaldrehmomentes des Elektromotors das Verhältnis des durch die KühlmittelZuführung 28 eingespeisten Volumenstromes des Kühlmittels KM zu dem durch die Kühlmittelabführung 32 ab¬ geleiteten Volumenstrom des Kühlmittels KM so eingestellt, daß das Gehäuse 30 des Elektromotors EM vollständig mit Kühlmittel KM gefüllt ist. Dieser Bereich ist in dem Diagramm mit I be¬ zeichnet.
Weiterhin steuert die Steuereinrichtung 20 im Bereich von 0% bis etwa 100% der Dauerdrehzahl und im Bereich von etwa 10% bis etwa 60% des Maximaldrehmomentes des Elektromotors EM das Ver¬ hältnis des durch die Kühlmittelzuführung 28 eingespeisten Vo¬ lumenstromes des Kühlmittels KM zu dem durch die Kühlmittelab- führung 32 abgeleiteten Volumenstrom des Kühlmittels KM so, daß bei im wesentlichen kühlmittelsumpffreien Gehäuse 30 des Elek¬ tromotors EM das Kühlmittel KM durch die Kühlmittelzuführung 28 in das Innere des Gehäuses 30 einströmt, dort die zu kühlenden Teile des Elektromotors EM kühlt, und dann das Gehäuse 30 des Elektromotors EM durch die Kühlmittelabführung 32 wieder ver¬ läßt. Dieser Bereich ist in dem Diagramm mit II bezeichnet.
Der Verlauf des Weges, den das Kühlmittel KM im Innern des Ge¬ häuse 30 des Elektromotors EM im einzelnen nimmt, wird weiter unten im Zusammenhang mit der Beschreibung des Elektromotors EM selbst erläutert.
Schließlich wird durch die Steuereinrichtung die Pumpe 26 und das Ventil V so angesteuert, daß im Bereich von 0% bis etwa 100% der Dauerdrehzahl und im Bereich von etwa 0% bis etwa 10% des Maximaldrehmomentes des Elektromotors EM kein Kühlmittel KM in das Gehäuse 30 des Elektromotors EM einströmt und daß dieser trocken läuft. Dieser Bereich ist in dem Diagramm mit III be¬ zeichnet.
Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform des Elektromotors. Im Innern des Gehäuses 30 ist ein innenlaufender Rotor 40 drehbar gelagert, der - über ein nicht weiter erläutertes drehzahlun¬ tersetzendes Getriebe 42 - mit der Abtriebswelle 10 verbunden ist. Der Rotor 40 hat die Form einer Glocke, in deren Innerem 43 das Getriebe 42 zumindest teilweise untergebracht ist. An seiner äußeren Mantelfläche 44 trägt der Rotor 40 ein Läufer¬ blechpaket 46, das durch einen aus zwei axial beabstandeten Kurzschlußringen 48a, 48b und diese verbindende Kupferstäbe 50 gebildeten Käfig 52 zusammengehalten ist. Zu dem Rotor ist un¬ ter Bildung eines Ringspaltes 54 in radialem Abstand ein Sta¬ torpaket 56 angeordnet. Das Statorpaket besteht aus einem Blechpaket 58 sowie Statorwicklungen, deren Wickelköpfe 60, 62 an beiden Stirnseiten des Blechpaketes 58 überstehen. In der Rotationsachse R ist auf der der Abtriebswelle 10 ent¬ gegengesetzten Stirnseite des Gehäuses 30 des Elektromotors EM die Kühlmittelzuführung 28 angeordnet. Bei dieser Ausführungs- form weist die Stirnplatte 64 des Rotors 64 eine Durchführung 66 für das Kühlmittel KM auf. Von der Durchführung 66 gehen - aus Gründen der Symmetrie - wenigstens zwei zu dem äußeren Um¬ fang des Rotors 40 hinführende Kühlmittelleitungen 70a, 70b weg.
Die Kühlmittelleitungen 70a, 70b sind jeweils mit wenigstens einem Kühlmittelkanal 74 verbunden, der in den Innenraum 43 des Rotors 40 reicht.
Der Auslaß der Kühlmittelkanäle 74 in den Innenraum 43 des Ro¬ tors 43 ist zumindest gegenüber einem radial erweiterten Wan¬ dungsabschnitt 76 des Innenraumes 43 des glockenförmigen Rotors 40 radial nach innen versetzt. Damit kann sich in dem erweiter¬ ten Wandungsabschnitt 76 das Kühlmittel KM gleichmäßig vertei¬ len.
Der erweiterte Wandungsabschnitt 76 des Innenraumes 43 weist mehrere entlang des Umfangs des Rotors 40 gleichmäßig verteilte Kühlmitteldurchlässe 78 und (nicht veranschaulichte) Nuten zur Außenseite 44 des glockenförmigen Rotors 40 hin auf, durch die das Kühlmittel KM nach außen gelangen kann (Rotorkühlung) .
Von dem erweiterten Wandungsabschnitt 76 kann Kühlmittel KM, das nicht durch die Kühlmitteldurchlässe 78 nach außen strömt, von dem erweiterten Wandungsabschnitt 76 aus entlang der inne¬ ren Wandung 80 des Rotors 40 zum freien Rand 82 des Rotors 40 hin strömen. Dies wird dadurch ermöglicht, daß sich an der der Stirnplatte 64 des Rotors 40 entgegengesetzten Seite des Wan¬ dungsabschnittes 76 die Wandung 80 des Innenraumes 43 konisch erweitert (Getriebekühlung) .
Der freie Rand 82 des Rotors 40 erstreckt sich bei der ge¬ zeigten Ausführungsform in axialer Richtung bis vor oder zu den einen Köpfen 62 der Statorwicklung. Von der der Stirnplatte 64 des Rotors 40 zugewandten Seite des erweiterten Wandungsabschnittes 76 zu der Außenseite 44 des Ro¬ tors 40 in axialer Richtung bis vor oder zu den anderen Köpfen 60 der Statorwicklung können sich ebenfalls mehrere Kühlmittel¬ kanäle 84 erstrecken, die in gleicher Weise wie die Kühlmittel¬ durchlässe 78 entlang des Umfangs des Rotors 40 verteilt sind. Damit können auch die anderen Köpfe 60 der Statorwicklung ge¬ kühlt werden. Anstatt aus dem erweiterten Wandungsabschnitt 76 abzugehen, können diese Kühlmittelkanäle 84 auch Verlängerungen der Kanäle 70a, 70b sein. Allerdings sind die Kühlmittel¬ durchlässe 84 dann entbehrlich, wenn von dem erweiterten Wan¬ dungsabschnitt 76 eine ausreichende Menge Kühlmittel KM durch die Kühlmitteldurchlässe 78 nach außen strömt, sich auch in (nicht gezeigten) axialen Nuten entlang der Mantelfläche des Rotors in Richtung der Kurzschlußringe des Rotors bewegt, zu diesen durch die Fliehkraft hingeschleudert und von dort zu den Statorwicklungsköpfen geschleudert wird.
Außerdem werden durch das Kühlmittel KM, das von dem freien Rand 82 des Rotors 40 in Richtung der Köpfe 60 der Stator¬ wicklung geschleudert wird, bzw. durch das Kühlmittel KM, das von den Kühlmittelkanälen 84 in Richtung der Köpfe 62 der Sta¬ torwicklung geschleudert wird, auch die jeweiligen Kurzschlu߬ ringe 48a, 48b gekühlt.
Die Kühlmitteldurchlässe 78 ermöglichen hingegen, daß das Kühl¬ mittel KM zu den Kupferstäben 50 des Käfigs gelangen kann, um diese zu kühlen.
Wie bereits erwähnt, ist in dem freien Innenraum 43 des Rotors 40 zumindest ein Teil des Getriebes 42 angeordnet. Das Getriebe 42 ist in einem flüssigkeitsdichten Getriebegehäuse 86 angeord¬ net, das mit einem Abschnitt der Wandung 80 des Innenraumes 43 des Rotors 40 einen Ringspalt 88 bildet.
Auf diese Weise wird das Getriebe 42 von außen durch das Kühl¬ mittel KM gekühlt, so daß das Getriebe 42 in dem Getriebege- häuse 86 gekapselt und im wesentlichen vollständig in Getriebe¬ öl versenkt sein kann.
Im äußeren unteren Bereich des Gehäuses 30 des Elektromotors EM sind an dessen beiden Stirnseiten Kühlmittelabführungen 32, 32' vorgesehen, durch die das erwärmte Kühlmittel KM den Elektromo¬ tor wieder verläßt, um abgekühlt zu werden.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind gegenüber Fig. 3 zwei wesentliche Änderungen insofern vorgenommen, als hier die Kühl¬ mittelzuführung 28 außermittig angeordnet ist und außerdem wei¬ tere Kühlmittelzuführungen 28*, 28" vorhanden sind, um die Köp¬ fe 60, 62 der Statorwicklung getrennt zu kühlen. Diese Variante hat den Vorteil, daß insbesondere bei zähem Kühlmittel (z.B. wegen niedriger Umgebungstemperatur) sichergestellt ist, daß trotz seiner Zähigkeit die Köpfe 60, 62 der Statorwicklung ge¬ kühlt werden, obwohl durch die Kühlmitteldurchlässe 78, 84 und vom freien Rand 82 des Rotors 40 noch nicht ausreichend Kühl¬ mittel KM zu den Köpfe 60, 62 der Statorwicklung hin gelangt. Außerdem kann durch diese Ausführungsform eine unabhängige Küh¬ lung des Stators und des Rotors erfolgen. Schließlich wird so erreicht, daß nur geringere Mengen bei höheren Drehzahlen aus dem Innern des Rotors gepumpt werden müssen.
Die Kühlmittelzuführung 28 könnte auch hier zentrisch ange¬ ordnet sein.
Außerdem ist die Durchführung 66 für die Kühlmittelzuführung 28 in Fig. 3 relativ aufwendig, was bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 einfacher gelöst ist.
Im übrigen sind gleiche Teile wie in Fig. 3 auch mit den glei¬ chen Bezugszeichen versehen und werden nachstehend nicht noch¬ mals erläutert.
Die Stirnplatte 64 des Rotors weist einen Aufnehmer 90 für das Kühlmittel KM auf. Der Aufnehmer 90 ist kreisnutförmig ausge¬ staltet und weist an seiner radial außenliegenden Wandung 92 einen durchgehenden Steg 94 auf, dessen freies Ende 96 zur Ro¬ tationsachse R hinweist.
Die Kühlmittelzuführung 28 ist gegenüber dem umlaufenden Steg 94 bzw. dessen freiem Ende 96 radial nach innen versetzt, und der Auslaß 98 der Kühlmittelzuführung 28 kann den durchgehenden Steg 94 bzw. dessen freies Ende 96 in axialer Richtung zum Grund 102 des Aufnehmers 90 hin überragen. Der Einlaß 104 des Kuhlmittelkanales 74 am Grunde 104 des Aufnehmers 90 ist gegen¬ über dem Auslaß 106 des Kuhlmittelkanales 74 in den Innenraum 43 des Rotors 40 radial nach innen versetzt. Außerdem ist der Auslaß 106 des Kuhlmittelkanales 74 in den Innenraum 43 des Ro¬ tors 40 gegenüber einem radial erweiterten Wandungsabschnitt 76 des Innenraumes 43 des Rotors 40 radial nach innen versetzt.
Der weitere Weg des Kühlmittels KM ist im übrigen gleich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3.

Claims

Ansprüche
1. Bürstenloser Elektromotor mit
- einem flüssigkeitsdichten Gehäuse (30) ,
- einem innenlaufenden Rotor (40) , der mit einer Ab¬ triebswelle (10) verbunden ist,
- einem zu dem Rotor (40) in radialem Abstand angeordneten Statorpaket (56) ,
- einer in das Innere des Gehäuses (30) führenden Kühlmit¬ telzuführung (28) , und
- einer aus dem Gehäuse (30) herausführenden Kühlmittelab¬ führung (32) , gekennzeichnet durch
- eine den durch das Innere des Gehäuses (30) fließenden Volumenstrom des Kühlmittels (KM) drehzahl- und drehmo¬ mentabhängig einstellende Steuereinrichtung (20) .
2. Bürstenloser Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß
- die Steuereinrichtung (20) eine Pumpe (26) ansteuert, die das Kühlmittel (KM) durch die Kühlmittelzuführung (28) in das Innere des Elektromotors (EM) und durch die Kühlmit¬ telabführung (32) aus dem Elektromotor (EM) heraus för¬ dert.
3. Bürstenloser Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Steuereinrichtung (20) ein Ventil (V) ansteuert, durch das der Volumenstrom des Kühlmittels (KM) durch die Kühlmittelzuführung (28) in das Innere des Elektromotors (EM) und durch die Kühlmittelabführung (32) aus dem Elek¬ tromotor (EM) heraus unterbrechbar ist.
4. Bürstenloser Elektromotor nach einem der vorherigen An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Kühlmittelzuführung (28) im Bereich einer Stirnplatte (64) des Rotors (40) in das Innere des Gehäuses (30) reicht.
5. Bürstenloser Elektromotor nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Stirnplatte (64) des Rotors (40) einen Aufnehmer (90) für das Kühlmittel (KM) aufweist.
6. Bürstenloser Elektromotor nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Kuhlmittelzufuhrung (28) zu dem Rotor (40) durch des¬ sen Rotationsachse (R) geht und in wenigstens zwei zu dem äußeren Umfang des Rotors (40) hinführende Kühlmittel¬ leitungen (70a, 70b) mündet.
7. Bürstenloser Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß
- der Aufnehmer (90) kreisnutförmig ausgestaltet ist und an seiner radial außenliegenden Wandung (92) einen durchge¬ henden Steg (94) aufweist, dessen freies Ende (96) zur Rotationsachse (R) des Rotors (40) hinweist.
8. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Kühlmittelzuführung (28) gegenüber dem umlaufenden Steg (94) radial nach innen versetzt ist, und
- der Auslaß (98) der Kühlmittelzuführung (28) den durchge¬ henden Steg (96) in axialer Richtung zum Grund (102) des Aufnehmers (90) hin überragt.
9. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Rotor (40) eine glockenförmige Gestalt mit einem freien Innenraum (43) aufweist.
10. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Aufnehmer (90) im radial außen liegenden Bereich sei¬ nes Grundes (102) bzw. die Kühlmittelleitungen (70a, 70b) jeweils mit wenigstens einem Kühlmittelkanal (74) verbun¬ den sind, der in den Innenraum (43) des Rotors (40) reicht.
11. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Einlaß (104) des Kuhlmittelkanales (74) am Grunde (104) des Aufnehmers (90) gegenüber dem Auslaß (106) des Kuhlmittelkanales (74) in den Innenraum (43) des Rotors (40) radial nach innen versetzt ist.
12. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Auslaß (106) des Kuhlmittelkanales (74) in den In¬ nenraum (43.) des Rotors (40) zumindest gegenüber einem radial erweiterten Wandungsabschnitt (76) des Innenraumes (43) des Rotors (40) radial nach innen versetzt ist.
13. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- der erweiterte Wandungsabschnitt (76) des Innenraumes (43) wenigstens einen Kühlmitteldurchlaß (78) zur Außen¬ seite (44) des Rotors (40) aufweist.
14. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- sich an der der Stirnplatte (64) des Rotors (40) entge¬ gengesetzten Seite des erweiterten Wandungsabschnittes (76) die Wandung (80) des Innenraumes (43) zum freien Rand (82) des Rotors (40) hin konisch erweitert.
15. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- sich der freie Rand (82) des Rotors (40) in axialer Rich¬ tung bis vor oder zu den einen Köpfen (62) der Stator¬ wicklung (56) erstreckt.
16. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- sich von der der Stirnplatte (64) des Rotors (40) zuge¬ wandten Seite des erweiterten Wandungsabschnittes (76) zu der Außenseite des Rotors (44) in axialer Richtung bis vor oder zu den anderen Köpfen (60) der Statorwicklung (56) wenigstens ein Kühlmittelkanal (84) erstreckt.
17. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- sich von dem erweiterten Wandungsabschnitt (76) zu der Außenseite (44) des Rotors (40) in radialer Richtung we¬ nigstens ein Kühlmitteldurchlaß (78) erstreckt, durch den Kühlmittel (KM) zu an der Außenseite des Rotors ange¬ ordneten Stäben (50) eines Rotorkäfigs (52) gelangen kann.
18. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- in dem freien Innenraum (43) des Rotors (40) zumindest ein Teil eines Getriebes (42) angeordnet ist.
19. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- das Getriebe (42) in einem flüssigkeitsdichten Getriebe¬ gehäuse (86) angeordnet ist, das zumindest mit einem Ab¬ schnitt (80) der Wandung des Innenraumes (43) des Rotors (40) einen Ringspalt (88) bildet.
20. Bürstenloser Elektromotor nach wenigstens einem der vorhe¬ rigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- das Getriebe (42) in dem Getriebegehäuse (86) gekapselt ist und im wesentlichen vollständig in Getriebeöl ge¬ taucht ist.
21. Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors mit den Merkmalen wenigstens eines der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Steuereinrichtung im Bereich von 0% bis etwa 30% der Dauerdrehzahl und im Bereich von etwa 60% bis etwa 100% des Maximaldrehmomentes des Elektromotors das Verhältnis des durch die Kühlmittelzuführung eingespeisten Volumen¬ strom des Kühlmittels zu dem durch die Kühlmittelab¬ führung abgeleiteten Volumenstrom des Kühlmittels so ein¬ stellt, daß das Gehäuse des Elektromotors vollständig mit Kühlmittel gefüllt ist.
22. Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors mit den Merkmalen wenigstens eines der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Steuereinrichtung im Bereich von 0% bis etwa 100% der Dauerdrehzahl und im Bereich von etwa 10% bis etwa 60% des Maximaldrehmomentes des Elektromotors das Verhältnis des durch die Kühlmittelzuführung eingespeisten Volumen¬ strom des Kühlmittels zu dem durch die Kühlmittelab¬ führung abgeleiteten Volumenstrom des Kühlmittels so ein¬ stellt, daß bei im wesentlichen kühlmittelsumpffreien Ge¬ häuse des Elektromotors das Kühlmittel durch die Kühlmit¬ telzuführung in den Aufnehmer bzw. die radial verlaufen¬ den Kühlmittelkanäle einströmt, von dort über den Kühl¬ mittelkanal in den Innenraum des Rotors in dessen radial erweiterten Wandungsabschnitt gelangt, von wo es durch den/die Kühlmittelkanal/kanäle und den Ringspalt zu den Statorköpfen bzw. zu der Außenseite des Rotors gelangt.
23. Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Elektromotors mit den Merkmalen wenigstens eines der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß - die Steuereinrichtung im Bereich von 0% bis etwa 100% der Dauerdrehzahl und im Bereich von etwa 0% bis etwa 10% des Maximaldrehmomentes des Elektromotors das Verhältnis des durch die Kühlmittelzuführung eingespeisten Volumenstroms des Kühlmittels zu dem durch die Kühlmittelabführung ab¬ geleiteten Volumenstrom des Kühlmittels so einstellt, daß kein oder nur geringe Mengen von Kühlmittel in das Gehäu¬ se des Elektromotors einströmen.
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