DE102021102805A1

DE102021102805A1 - Axialflussmotor mit einem System zur Zirkulation von Kühlmittel durch einen Luftspalt zwischen Stator und Rotor

Info

Publication number: DE102021102805A1
Application number: DE102021102805.1A
Authority: DE
Inventors: Jian Yao; Chengwu Duan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2021-02-07
Publication date: 2021-09-16
Also published as: CN113394937A

Abstract

Ein Elektromotor enthält ein Gehäuse, eine Welle, einen Rotor, einen Stator und wenigstens einen Kühlmittelzufuhrkanal. Die Welle ist drehbar im Gehäuse gelagert und weist eine Längsachse auf. Der Rotor ist an der Welle befestigt, um sich mit ihr zu drehen. Der Stator ist entlang der Längsachse der Welle vom Rotor beabstandet, so dass sich wenigstens ein Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor ergibt. Der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal verläuft durch die Welle und/oder den Stator und ist konfiguriert, dem wenigstens einen Luftspalt eine Kühlmittelströmung zuzuführen.

Description

EINLEITUNG
Die in diesem Abschnitt bereitgestellten Informationen dienen dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder, soweit sie in diesem Abschnitt beschrieben ist, als auch die Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Anmeldung nicht anderweitig als Stand der Technik eignen können, werden weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Axialflussmotoren, die ein System zur Zirkulation eines Kühlmittels durch einen Luftspalt zwischen einem Stator und einem Rotor enthalten.
Ein Elektromotor enthält typischerweise ein Gehäuse, eine Welle, einen Stator, der an dem Gehäuse befestigt ist, und einen Rotor, der an der Welle befestigt ist. Sowohl der Stator als auch der Rotor weisen einen ferromagnetischen Kern auf. Einer des Stators und des Rotors enthält Spulenwicklungen, während der andere des Stators und des Rotors einen Permanentmagneten enthält. Wenn Strom durch die Spulenwicklungen fließt, erzeugt der Strom ein Magnetfeld, das mit einem durch den Permanentmagneten erzeugten Magnetfeld wechselwirkt. Diese Wechselwirkung erzeugt eine Kraft, die verursacht, dass sich der Rotor und die Welle drehen.
Zwei Typen von Elektromotoren sind ein Radialflussmotor und ein Axialflussmotor. In einem Radialflussmotor sind der Stator und der Rotor in einer radialen Richtung der Welle voneinander beabstandet, so dass sich ein radialer Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor ergibt, wobei deshalb die magnetischen Flüsse des Radialflussmotors radial verlaufen. In einem Axialflussmotor sind der Stator und der Rotor in einer axialen Richtung der Welle voneinander beabstandet, so dass sich ein axialer Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor ergibt, wobei deshalb die magnetischen Flüsse des Axialflussmotors axial verlaufen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Beispiel eines Elektromotors gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält ein Gehäuse, eine Welle, einen Rotor, einen Stator und wenigstens einen Kühlmittelzufuhrkanal. Die Welle ist drehbar im Gehäuse angebracht und weist eine Längsachse auf. Der Rotor ist an der Welle befestigt, um sich mit ihr zu drehen. Der Stator ist entlang der Längsachse der Welle vom Rotor beabstandet, so dass sich wenigstens ein Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor ergibt. Der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal verläuft durch die Welle und/oder den Stator und ist konfiguriert, dem wenigstens einen Luftspalt eine Kühlmittelströmung zuzuführen.
Gemäß einem Beispiel enthält der Rotor einen Permanentmagneten, der einen magnetischen Fluss erzeugt, der entlang der Längsachse der Welle verläuft.
Gemäß einem Beispiel enthält der Rotor einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, ist der Stator zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Rotors in einer axialen Richtung parallel zu der Längsachse der Welle angeordnet und enthält der wenigstens eine Luftspalt einen ersten Luftspalt, der zwischen dem ersten Abschnitt des Rotors und dem Stator angeordnet ist, und einen zweiten Luftspalt, der zwischen dem zweiten Abschnitt des Rotors und dem Stator angeordnet ist.
Gemäß einem Beispiel verläuft der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal durch die Welle.
Gemäß einem Beispiel enthält der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal einen Hauptkühlmittelkanal und wenigstens einen Abzweigkühlmittelkanal. Der Hauptkühlmittelkanal verläuft in einer axialen Richtung der Welle durch ein Ende derselben. Der wenigstens eine Abzweigkühlmittelkanal verläuft in einer radialen Richtung der Welle von dem Hauptkühlmittelkanal durch eine radiale Außenfläche der Welle zu dem wenigstens einen Luftspalt.
Gemäß einem Beispiel enthält der wenigstens eine Abzweigkühlmittelkanal ein Paar von Abzweigkühlmittelkanälen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Hauptkühlmittelkanals angeordnet sind.
Gemäß einem Beispiel verläuft der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal durch den Stator.
Gemäß einem Beispiel definiert das Gehäuse einen ringförmigen Kühlmittelmantel, der radial außerhalb des Stators angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal einen Hauptkühlmittelkanal und wenigstens einen Abzweigkühlmittelkanal enthält. Der Hauptkühlmittelkanal verläuft axial durch das Gehäuse von einer Seite desselben zum ringförmigen Kühlmittelmantel. Der wenigstens eine Abzweigkühlmittelkanal verläuft von dem ringförmigen Kühlmittelmantel durch das Gehäuse und den Stator radial nach innen und verläuft axial durch den Stator zu dem wenigstens einen Luftspalt.
Gemäß einem Beispiel enthält der wenigstens eine Abzweigkühlmittelkanal ein Paar von Abzweigkühlmittelkanälen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Welle angeordnet sind.
Gemäß einem Beispiel enthält der Elektromotor ferner wenigstens einen Kühlmittelrücklaufkanal, der durch das Gehäuse verläuft und konfiguriert ist, das Kühlmittel aufzunehmen, nachdem das Kühlmittel durch den wenigstens einen Luftspalt geströmt ist.
Gemäß einem Beispiel ist der wenigstens eine Kühlmittelrücklaufkanal axial auf den wenigstens einen Luftspalt ausgerichtet und radial außerhalb des wenigstens einen Luftspalts angeordnet.
Gemäß einem Beispiel enthält der Elektromotor ferner einen Sumpf und eine Pumpe. Der Sumpf ist konfiguriert, das Kühlmittel aufzufangen, das durch den wenigstens einen Kühlmittelrücklaufkanal strömt. Die Pumpe ist betreibbar, um das Kühlmittel durch den wenigstens einen Kühlmittelzufuhrkanal zu schicken.
Ein weiteres Beispiel eines Elektromotors gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält ein Gehäuse, eine Welle, einen Rotor, einen Stator und wenigstens einen Kühlmittelzufuhrkanal. Die Welle ist drehbar innerhalb des Gehäuses angebracht und weist eine Längsachse auf. Der Rotor ist an der Welle befestigt, um sich mit ihr zu drehen. Der Rotor enthält einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Der Stator ist zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Rotors angeordnet und ist entlang der Längsachse der Welle vom Rotor beabstandet, so dass sich ein erster Luftspalt zwischen dem Stator und dem ersten Abschnitt des Rotors und ein zweiter Luftspalt zwischen dem Stator und dem zweiten Abschnitt des Rotors ergeben. Der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal verläuft durch die Welle und/oder den Stator und ist konfiguriert, dem ersten und dem zweiten Luftspalt eine Kühlmittelströmung zuzuführen.
Gemäß einem Beispiel enthält der erste Abschnitt des Rotors einen ersten Permanentmagneten und enthält der zweite Abschnitt des Rotors einen zweiten Permanentmagneten. Der erste und der zweite Permanentmagnet erzeugen einen magnetischen Fluss, der entlang der Längsachse der Welle verläuft.
Gemäß einem Beispiel verläuft der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal durch die Welle.
Gemäß einem Beispiel enthält der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal einen Hauptkühlmittelkanal und wenigstens ein Paar von Abzweigkühlmittelkanälen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Hauptkühlmittelkanals angeordnet sind. Der Hauptkühlmittelkanal verläuft axial durch ein Ende der Welle. Das wenigstens eine Paar von Abzweigkühlmittelkanälen verläuft radial vom Hauptkühlmittelkanal durch eine radiale Außenfläche der Welle zu dem ersten und dem zweiten Luftspalt.
Gemäß einem Beispiel enthält das wenigstens eine Paar von Abzweigkühlmittelkanälen ein erstes Paar von Abzweigkühlmittelkanälen und ein zweites Paar von Abzweigkühlmittelkanälen. Das erste Paar von Abzweigkühlmittelkanälen verläuft radial vom Hauptkühlmittelkanal durch die radiale Außenfläche der Welle zum ersten Luftspalt. Das zweite Paar von Abzweigkühlmittelkanälen verläuft radial vom Hauptkühlmittelkanal durch die radiale Außenfläche der Welle zum zweiten Luftspalt.
Gemäß einem Beispiel verläuft der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal durch den Stator.
Gemäß einem Beispiel definiert das Gehäuse einen ringförmigen Kühlmittelmantel, der radial außerhalb des Stators angeordnet ist, und enthält der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal einen Hauptkühlmittelkanal und wenigstens ein Paar von Abzweigkühlmittelkanälen. Der Hauptkühlmittelkanal verläuft axial durch das Gehäuse von einer Seite desselben zum ringförmigen Kühlmittelmantel. Das wenigstens eine Paar von Abzweigkühlmittelkanälen verläuft vom ringförmigen Kühlmittelmantel durch das Gehäuse und den Stator radial nach innen und verläuft axial durch den Stator in entgegengesetzten Richtungen zu dem ersten und dem zweiten Luftspalt.
Gemäß einem Beispiel enthält das wenigstens eine Paar von Abzweigkühlmittelkanälen ein erstes und ein zweites Paar von Abzweigkühlmittelkanälen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Welle angeordnet sind.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offensichtlich. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele sind nur für Veranschaulichungszwecke vorgesehen und sind nicht vorgesehen, den Schutzumfang der Offenbarung einzuschränken.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird aus der ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen vollständiger verstanden; es zeigen:

1 eine Schnittansicht eines Beispiels eines Elektromotors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
2 eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels eines Elektromotors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.

In den Zeichnungen können die Bezugszeichen wiederverwendet werden, um ähnliche und/oder völlig gleiche Elemente zu identifizieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Axialflussmotor weist eine kompakte Baugruppe mit einer hohen Leistungs- oder Drehmomentdichte auf. Die Kühlung eines Axialflussmotors ist jedoch aufgrund seiner kompakten Baugruppe eine Herausforderung. Falls ein Axialflussmotor nicht richtig gekühlt wird, kann der Axialflussmotor hohe Temperaturen erreichen. Bei hohen Temperaturen kann die Leistung eines Magneten in einem Axialflussmotor signifikant verringert werden oder sogar dauerhaft entmagnetisiert werden.
Um dieses Problem zu lösen, enthält ein Axialflussmotor gemäß der vorliegenden Offenbarung ein System zum Zuführen von Kühlmittel in den Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor. Das Kühlmittel strömt wiederum durch den Luftspalt, um sowohl den Permanentmagneten als auch die Spulenwicklungen zu kühlen. Das Zuführen von Kühlmittel durch den Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor in einem Radialflussmotor ergibt ein hohes Schleppmoment. In einem Axialflussmotor kann jedoch ein Kühlmittel in den Luftspalt zwischen Stator und Rotor zugeführt werden, ohne dass sich ein hohes Schleppmoment ergibt.
In 1 enthält ein Elektromotor 10 ein Gehäuse 12, eine Welle 14, einen Rotor 16, einen Stator 18, einen oder mehrere Kühlmittelzufuhrkanäle 20 und einen oder mehrere Kühlmittelrücklaufkanäle 22. Das Gehäuse 12 umschließt den Rotor 16, den Stator 18 und wenigstens einen Abschnitt der Welle 14. Das Gehäuse 12 kann den Rotor 16 und den Stator 18 mit Ausnahme des Ortes, an dem die Welle 14 und die Kühlmittelrücklaufkanäle 22 durch das Gehäuse 12 verlaufen, vollständig umschließen. Die Kühlmittelrücklaufkanäle 22 können durch das Gehäuse 12 und/oder durch eine in das Gehäuse 12 eingesetzte Leitung definiert sein.
Das Gehäuse 12 enthält einen Hauptkörper 24 und ein Paar von Lagern 26. Der Hauptkörper 24 kann aus einem Metall oder einem Kunststoff ausgebildet (z. B. gegossen, geformt) sein. Der Hauptkörper 24 enthält eine Seitenwand 28, eine erste Stirnkappe 30 und eine zweite Stirnkappe 32. Die Seitenwand 28 kann eine zylindrische Form aufweisen, wobei jede der ersten und der zweiten Stirnkappe 30 und 32 eine Scheibenform aufweisen kann. Die Seitenwand 28, die erste Stirnkappe 30 und die zweite Stirnkappe 32 können einteilig als ein einheitlicher Körper ausgebildet sein oder separat geformt und miteinander verbunden sein.
Jede der ersten und der zweiten Stirnkappe 30 und 32 definiert ein Loch 34, das eines der Lager 26 aufnimmt und trägt. Die Lager 26 sind z. B. unter Verwendung von Befestigungselementen und/oder einer Presspassung an dem Hauptkörper 24 befestigt. Die Lager 26 stützen die Welle 14, während sie der Welle 14 ermöglichen, sich relativ zum Gehäuse 12 zu drehen. Die Grenzflächen zwischen den Lagern 26 und dem Gehäuse 12 und zwischen den Lagern 26 und der Welle 14 können abgedichtet sein, um eine hindurchgehende Fluidströmung zu verhindern.
Die Welle 14 ist über die Lager 26 drehbar innerhalb des Gehäuses 12 angebracht. Die Welle 14 weist eine Längsachse 36, ein erstes axiales Ende 38, ein zweites axiales Ende 40, das dem ersten axialen Ende 38 gegenüberliegt, und eine radiale Außenfläche 42, die um den Umfang der Welle 14 verläuft, auf. In dem gezeigten Beispiel ist das erste axiale Ende 38 der Welle 14 innerhalb des Lochs 34 in der ersten Stirnkappe 30 angeordnet, wobei es nicht über die erste Stirnkappe 30 hinaus (z. B. links von der ersten Stirnkappe 30) vorsteht, während das zweite axiale Ende 40 der Welle 14 außerhalb des Gehäuses 12 angeordnet ist und über das Loch 34 in der zweiten Stirnkappe 32 hinaus (z. B. rechts von der zweiten Stirnkappe 32) vorsteht.
Der Rotor 16 ist an der Welle 18 befestigt, um sich mit dieser zu drehen. Der Rotor 16 enthält einen ersten Abschnitt 44 und einen zweiten Abschnitt 46. Jeder des ersten und des zweiten Abschnitts 44 und 46 enthält einen ferromagnetischen (z. B. Eisen-) Kern 48 und einen Permanentmagneten 50. Der ferromagnetische Kern 48 weist eine Form einer Ringscheibe mit einem Mittelloch 52 auf, das so dimensioniert ist, um die Welle 14 aufzunehmen, und so dass sich eine Linie-zu-Linie-, Schlupf- oder Presspassung zwischen dem Mittelloch 52 und der radialen Außenfläche 42 der Welle 14 ergibt. Der ferromagnetische Kern 48 ist an der Welle 14 z. B. unter Verwendung von Passfedern, Keilen und/oder einer Presspassung zwischen dem Mittelloch 52 im ferromagnetischen Kern 48 und der Welle 14 befestigt. Der ferromagnetische Kern 48 weist eine erste axiale Oberfläche 54, eine zweite axiale Oberfläche 56, die der ersten axialen Oberfläche 54 gegenüberliegt, und eine radiale Oberfläche 58 auf. Die erste axiale Oberfläche 54 ist vom Stator 18 abgewandt, während die zweite axiale Oberfläche 56 dem Stator 18 zugewandt ist.
Der Permanentmagnet 50 weist eine Form einer Ringscheibe mit einem Mittelloch 60 auf, das so dimensioniert ist, um die Welle 14 aufzunehmen, und so dass sich eine Spielpassung zwischen dem Mittelloch 60 und der radialen Außenfläche 42 der Welle 14 ergibt. Der Permanentmagnet 50 ist unter Verwendung z. B. eines Klebstoffs und/oder Befestigungselementen an der zweiten axialen Oberfläche 56 des Rotors 16 befestigt. Der Permanentmagnet 50 erzeugt einen magnetischen Fluss 62, der entlang der Längsachse 36 der Welle 14 verläuft. In dieser Hinsicht ist der Elektromotor 10 ein Axialflussmotor.
Der Stator 18 weist eine Form einer Ringscheibe mit einem Mittelloch 64 auf, das so dimensioniert ist, um die Welle 14 aufzunehmen, und so dass sich eine Spielpassung zwischen dem Mittelloch 64 und der Welle 14 ergibt. Der Stator 18 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 44 und 46 des Rotors 16 angeordnet. Der Stator 18 ist von dem ersten Abschnitt 44 des Rotors 16 entlang der Längsachse 36 der Welle 14 beabstandet, so dass sich ein erster Luftspalt 66 zwischen dem Stator 18 und dem ersten Abschnitt 44 des Rotors 16 ergibt. Der Stator 18 ist von dem zweiten Abschnitt 46 des Rotors 16 entlang der Längsachse 36 der Welle 14 beabstandet, so dass sich ein zweiter Luftspalt 68 zwischen dem Stator 18 und dem zweiten Abschnitt 46 des Rotors 16 ergibt. Jeder des ersten und des zweiten Luftspalts 66 und 68 kann 1 Millimeter (mm) groß sein. Jeder Kühlmittelrücklaufkanal 22 ist axial auf einen des ersten und des zweiten Luftspalts 66 und 68 ausgerichtet und radial außerhalb dieses Luftspalts 66 oder 68 angeordnet.
Der Stator 18 enthält einen ferromagnetischen Kern und die Spulenwicklungen. Die Spulenwicklungen im Stator 18 erzeugen einen magnetischen Fluss 70, der entlang der Längsachse 36 der Welle 14 verläuft und in der Richtung bezüglich des durch den Permanentmagneten 50 erzeugten magnetischen Flusses 62 entgegengesetzt ist. Der Stator 18 weist eine erste axiale Oberfläche 72, eine zweite axiale Oberfläche 74, die der ersten axialen Oberfläche 72 gegenüberliegt, und eine radiale Oberfläche 76 auf. Die erste axiale Oberfläche 72 ist dem ersten 44 des Rotors 16 zugewandt, während die zweite axiale Oberfläche 74 dem zweiten Abschnitt 46 des Rotors 16 zugewandt ist. Der Stator 18 ist z. B. unter Verwendung eines Klebstoffs, Befestigungselementen und/oder einer Presspassung zwischen der radialen Oberfläche 76 des Stators 18 und der Seitenwand 28 des Gehäuses 12 an der Seitenwand 28 des Gehäuses 12 befestigt.
Die Kühlmittelzufuhrkanäle 20 führen dem ersten und dem zweiten Luftspalt 66 und 68 ein Kühlmittel zu. Die Kühlmittelzufuhrkanäle 20 können durch die Welle 18 und/oder durch eine Leitung, die in die Welle 18 eingesetzt ist, definiert sein. Die Kühlmittelzufuhrkanäle 20 enthalten einen Hauptkühlmittelkanal 78, ein erstes Paar von Abzweigkühlmittelkanälen (oder Öffnungen) 80 und ein zweites Paar von Abzweigkühlmittelkanälen (oder Öffnungen) 82. Der Hauptkühlmittelkanal 78 verläuft in einer axialen Richtung 84 oder axial entlang der Längsachse 36 der Welle 14. Zusätzlich verläuft der Hauptkühlmittelkanal 78 durch das zweite axiale Ende 40 der Welle 14, wobei aber der Hauptkühlmittelkanal 78 nicht durch das erste axiale Ende 38 der Welle 14 verläuft. In dieser Hinsicht kann der Hauptkühlmittelkanal 78 als ein Sackloch in der Welle 14 betrachtet werden.
Die Abzweigkühlmittelkanäle 80 verlaufen vom Hauptkühlmittelkanal 78 radial (z. B. in einer radialen Richtung 86) durch die radiale Außenfläche 42 der Welle 18 in entgegengesetzten Richtungen nach außen zum ersten Luftspalt 66. Die Abzweigkühlmittelkanäle 82 verlaufen vom Hauptkühlmittelkanal 78 durch die radiale Außenfläche 42 der Welle 18 in entgegengesetzte Richtungen radial nach außen zum zweiten Luftspalt 68. Im gezeigten Beispiel verlaufen die Abzweigkühlmittelkanäle 80, 82 nicht rein in der radialen Richtung 86. Die Richtung, in der die Abzweigkühlmittelkanäle 80, 82 verlaufen, befindet sich jedoch innerhalb eines kleinen Winkels (z. B. 15 Grad) zur radialen Richtung 86.
Während des Betriebs des Elektromotors 10 schickt eine Pumpe 88 ein Kühlmittel (z. B. Öl) aus einem Sumpf 90 durch eine Kühlmittelzufuhrleitung 92 in den Hauptkühlmittelkanal 78. Die Pumpe 88 und der Sumpf 90 können als ein Abschnitt des Elektromotors 10 und/oder als ein Abschnitt eines Kühlsystems für den Elektromotor 10 betrachtet werden. Von der Kühlmittelzufuhrleitung 92 strömt das Kühlmittel axial durch das zweite axiale Ende 40 der Welle 18 und in den Hauptkühlmittelkanal 78 der Welle 14. Vom Hauptkühlmittelkanal 78 strömt das Kühlmittel durch die Abzweigkühlmittelkanäle 80, 82 radial nach außen zu dem und durch den ersten und zweiten Luftspalt 66 bzw. 68. Die Drehung des Rotors 16 und der Welle 18 kann auf das aus den Abzweigkühlmittelkanälen 80, 82 strömende Kühlmittel eine Zentrifugalkraft ausüben, was verursachen kann, dass das Kühlmittel durch den ersten und zweiten Luftspalt 66 und 68 strömt. Zusätzlich oder alternativ kann die Pumpe 88 das durch die Kühlmittelzufuhrleitung 92 strömende Kühlmittel unter Druck setzen, wobei diese Druckbeaufschlagung verursachen kann, dass das Kühlmittel durch den ersten und den zweiten Luftspalt 66 und 68 strömt.
Auf der Seite des Elektromotors 10, die am weitesten vom Sumpf 90 entfernt ist, (z. B. die obere Hälfte des Elektromotors 10, wie in 1 gezeigt ist), strömt das Kühlmittel in der axialen Richtung 84, nachdem das Kühlmittel durch den ersten und zweiten Luftspalt 66 und 68 geströmt ist. Spezifischer strömt das Kühlmittel axial zwischen den radialen Oberflächen 58 des Rotors 16 und einer radialen Innenfläche 94 des Gehäuses 12, wobei es in Richtung der ersten und der zweiten Stirnkappe 30 und 32 des Gehäuses 12 strömt. Das Kühlmittel strömt dann z. B. aufgrund der Schwerkraft radial (z. B. in der Abwärtsrichtung) in Richtung des Abschnitts der Seitenwand 28, der sich am nächsten an dem Sumpf 90 befindet. Sobald das Kühlmittel den Abschnitt der Seitenwand 28 erreicht hat, der sich am nächsten an dem Sumpf 90 befindet, strömt das Kühlmittel axial zu den Kühlmittelrücklaufkanälen 22.
Auf der Seite des Elektromotors 10, die sich am nächsten an dem Sumpf 90 befindet, (z. B. die untere Hälfte des Elektromotors 10, wie in 1 gezeigt ist), strömt das Kühlmittel direkt zu den Kühlmittelrücklaufkanälen 22, nachdem es durch den ersten und den zweiten Luftspalt 66 und 68 geströmt ist. Das durch die Kühlmittelrücklaufkanäle 22 strömende Kühlmittel wird durch den Sumpf 90 aufgefangen. Folglich kann das Kühlmittel abermals in der oben beschriebenen Weise durch den ersten und den zweiten Luftspalt 66 und 68 des Elektromotors 10 zirkulieren.
In 2 ist ein Elektromotor 100 zu dem Elektromotor 10 völlig gleich, mit Ausnahme, dass der Elektromotor 100 die Kühlmittelzufuhrkanäle 102 anstelle der Kühlmittelzufuhrkanäle 20 enthält und der Elektromotor 100 einen Kühlmittelmantel 104 enthält. Zusätzlich sind die Kühlmittelrücklaufkanäle 22 näher an die erste und die zweite Stirnkappe 30 und 32 bewegt, um den Kühlmittelmantel 104 aufzunehmen. Im gezeigten Beispiel ist ein Kühlmittelrücklaufkanal 22 auf den Spalt zwischen der ersten Stirnkappe 30 des Gehäuses 12 und dem ersten Abschnitt 44 des Rotors 16 ausgerichtet, während der andere Kühlmittelrücklaufkanal 22 auf den Spalt zwischen dem zweiten Abschnitt 46 des Rotors 16 und der zweiten Stirnkappe 32 des Gehäuses 12 ausgerichtet ist. Der Kühlmittelmantel 104 ist durch die Seitenwand 28 des Gehäuses 12 definiert und weist eine ringförmige oder torische Form auf, die um den gesamten Umfang der Seitenwand 28 verläuft.
Die Kühlmittelzufuhrkanäle 102 enthalten einen Hauptkühlmittelkanal 106, ein erstes Paar von Abzweigkühlmittelkanälen 108 und ein zweites Paar von Abzweigkühlmittelkanälen 110. Der Hauptkühlmittelkanal 106 verläuft in der axialen Richtung 84 von der Kühlmittelzufuhrleitung 92 zum Kühlmittelmantel 104. Der Hauptkühlmittelkanal 106 kann durch das Gehäuse 12 und/oder durch eine Leitung, die in das Gehäuse 12 eingesetzt ist, definiert sein.
Jeder der Abzweigkühlmittelkanäle 108 enthält einen ersten Abschnitt 112 und einen zweiten Abschnitt 114. Der erste Abschnitt 112 jedes Abzweigkühlmittelkanals 108 verläuft von dem Kühlmittelmantel 104 radial nach innen zu dem zweiten Abschnitt 114 dieses Abzweigkühlmittelkanals 108. Der zweite Abschnitt 114 jedes Abzweigkühlmittelkanals 108 verläuft von dem ersten Abschnitt 112 dieses Abzweigkühlmittelkanals 108 axial (z. B. nach links) zu dem ersten Luftspalt 66 zwischen dem Stator 18 und dem ersten Abschnitt 44 des Rotors 16.
Jeder der Abzweigkühlmittelkanäle 110 enthält einen ersten Abschnitt 116 und einen zweiten Abschnitt 118. Der erste Abschnitt 116 jedes Abzweigkühlmittelkanals 110 verläuft von dem Kühlmittelmantel 104 radial nach innen zu dem zweiten Abschnitt 118 dieses Abzweigkühlmittelkanals 110. Der zweite Abschnitt 118 jedes Abzweigkühlmittelkanals 110 verläuft von dem ersten Abschnitt 116 dieses Abzweigkühlmittelkanals 110 axial (z. B. nach links) zu dem zweiten Luftspalt 68 zwischen dem Stator 18 und dem zweiten Abschnitt 46 des Rotors 16.
Während des Betriebs des Elektromotors 100 schickt die Pumpe 88 ein Kühlmittel (z. B. Öl) aus dem Sumpf 90 durch die Kühlmittelzufuhrleitung 92 in den Hauptkühlmittelkanal 106. Das Kühlmittel strömt von der Kühlmittelzufuhrleitung 92 axial durch den Hauptkühlmittelkanal 106 zum Kühlmittelmantel 104. Vom Kühlmittelmantel 104 strömt das Kühlmittel durch die ersten Abschnitte 112 der Abzweigkühlmittelkanäle 108 radial nach innen zu den zweiten Abschnitten 114 der Abzweigkühlmittelkanäle 108 und durch die zweiten Abschnitte 114 zum ersten Luftspalt 66. Ähnlich strömt das Kühlmittel durch die ersten Abschnitte 116 der Abzweigkühlmittelkanäle 110 radial nach innen zu den zweiten Abschnitten 118 der Abzweigkühlmittelkanäle 110 und durch die zweiten Abschnitte 118 zum zweiten Luftspalt 68. Die Drehung des Rotors 16 und der Welle 18 kann eine Zentrifugalkraft auf das aus den Abzweigkühlmittelkanälen 108, 110 strömende Kühlmittel ausüben, was verursachen kann, dass das Kühlmittel durch den ersten und den zweiten Luftspalt 66 und 68 strömt. Zusätzlich oder alternativ kann die Pumpe 88 das durch die Kühlmittelzufuhrleitung 92 strömende Kühlmittel unter Druck setzen, wobei diese Druckbeaufschlagung verursachen kann, dass das Kühlmittel durch den ersten und den zweiten Luftspalt 66 und 68 strömt.
Auf der Seite des Elektromotors 100, die am weitesten vom Sumpf 90 entfernt ist, (z. B. die obere Hälfte des Elektromotors 100, wie in 02 gezeigt ist), strömt das Kühlmittel in der axialen Richtung 84, nachdem das Kühlmittel durch den ersten und den zweiten Luftspalt 66 und 68 geströmt ist. Spezifischer strömt das Kühlmittel axial zwischen den radialen Oberflächen 58 des Rotors 16 und der radialen Innenfläche 94 des Gehäuses 12, wobei es in Richtung der ersten und der zweiten Stirnkappe 30 und 32 des Gehäuses 12 strömt. Das Kühlmittel strömt dann z. B. aufgrund der Schwerkraft radial (z. B. in einer Abwärtsrichtung) in Richtung des Abschnitts der Seitenwand 28, der sich am nächsten an dem Sumpf 90 befindet. Sobald das Kühlmittel den Abschnitt der Seitenwand 28 erreicht hat, der sich am nächsten an dem Sumpf 90 befindet, strömt das Kühlmittel axial zu den Kühlmittelrücklaufkanälen 22.
Auf der Seite des Elektromotors 100, der sich am nächsten an dem Sumpf 90 befindet, (z. B. die untere Hälfte des Elektromotors 100, wie in 2 gezeigt ist), strömt das Kühlmittel direkt zu den Kühlmittelrücklaufkanälen 22, nachdem es durch den ersten und den zweiten Luftspalt 66 und 68 geströmt ist. Das durch die Kühlmittelrücklaufkanäle 22 strömende Kühlmittel wird durch den Sumpf 90 aufgefangen. Folglich kann das Kühlmittel abermals in der oben beschriebenen Weise durch den ersten und den zweiten Luftspalt 66 und 68 des Elektromotors 100 zirkulieren.
In den in 1 und 2 gezeigten Beispielen besteht der Rotor 16 aus zwei Abschnitten (d. h., dem ersten und dem zweiten Abschnitt 44 und 46), während der Stator 18 ist ein einheitlicher Abschnitt ist, der zwischen den beiden Abschnitten des Rotors 16 angeordnet ist. In anderen Beispielen können sowohl der Rotor 16 als auch der Stator 18 ein einheitlicher Abschnitt sein. In anderen Beispielen kann der Stator 18 aus zwei Abschnitten bestehen, während der Rotor 16 ein einheitlicher Abschnitt sein kann, der zwischen den beiden Abschnitten des Stators 18 angeordnet ist. In diesen anderen Beispielen ist der Elektromotor 10 nach 1 unverändert, mit Ausnahme der obenerwähnten Änderungen des Rotors 16 und des Stators 18. Und beim Elektromotor 100 nach 2 verlaufen die Abzweigkühlmittelkanäle 108, 110 außerdem durch die beiden Statoren 18, weil die Statoren 18 durch die Grenzfläche zwischen der radialen Oberfläche 76 der Statoren 18 und der Seitenwand 28 des Gehäuses 12 mit dem Gehäuse 12 verbunden sind. Nachdem das Kühlmittel durch den ersten und den zweiten Luftspalt 66 und 68 geströmt ist, strömt es aufgrund der Schwerkraft entlang der radialen Innenfläche 94 des Gehäuses 12 zu den Kühlmittelrücklaufkanälen 22 zurück.
Die vorhergehende Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Art und ist in keiner Weise vorgesehen, die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen einzuschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in verschiedenen Formen implementiert sein. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele enthält, sollte deshalb der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so eingeschränkt werden, weil andere Modifikationen bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden. Es sollte erkannt werden, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern. Obwohl jede der Ausführungsformen oben mit bestimmten Merkmalen beschrieben worden ist, können ferner ein oder mehrere dieser Merkmale, die bezüglich irgendeiner Ausführungsform der Offenbarung beschrieben worden sind, in irgendeiner der anderen Ausführungsform implementiert und/oder mit den Merkmalen irgendeiner der anderen Ausführungsform kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen einander nicht aus, wobei Permutationen einer oder mehrerer Ausführungsformen miteinander im Schutzumfang dieser Offenbarung bleiben.
Wenn ein Element oder eine Schicht als „auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem weiteren Element oder einer weiteren Schicht bezeichnet wird, kann es sich direkt auf dem anderen Element oder der anderen Schicht befinden, sich mit dem anderen Element oder der anderen Schicht in Eingriff befinden, verbunden oder gekoppelt sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn ein Element oder eine Schicht als „direkt auf“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, können im Gegensatz keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen den Elementen zu beschreiben, sollten in gleicher Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen“ im Gegensatz zu „direkt zwischen“, „benachbart“ im Gegensatz zu „direkt benachbart“ usw.).
Der Begriff „und/oder“, wie er hier verwendet wird, enthält irgendeine und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente. Der Ausdruck wenigstens eines von A, B und C, wie er hier verwendet wird, sollte so ausgelegt werden, dass er ein logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht ausschließlichen logischen ODER bedeutet, und sollte nicht so ausgelegt werden, dass er „wenigstens eines von A, wenigstens eines von B und wenigstens eines von C“ bedeutet.
Obwohl die Begriffe erster, zweiter, dritter usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem weiteren Bereich, einer weiteren Schicht oder einem weiteren Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und andere numerische Begriffe implizieren keine Abfolge oder Reihenfolge, wenn sie hier verwendet werden, wenn es nicht deutlich durch den Kontext angegeben ist. Folglich könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die im Folgenden erörtert werden, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Räumlich relative Begriffe wie „innen“, „außen“, „unterhalb“, „unter“, „tiefer“, „über“, „ober“ und dergleichen können hier zur einfachen Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem weiteren Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht ist. Räumlich relative Begriffe können vorgesehen sein, um zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb zu umfassen. Wenn die Vorrichtung in den Figuren z. B. umgedreht wird, würden Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ anderer Elemente oder Merkmale beschrieben werden, dann „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen orientiert sein. Der beispielhafte Begriff „unter“ kann also sowohl eine Ausrichtung „über“ als auch „unter“ umfassen. Die Vorrichtung kann anders orientiert (um 90 Grad gedreht oder in anderen Orientierungen) sein, wobei die hier verwendeten räumlich relativen Deskriptoren entsprechend interpretiert werden.

Claims

Elektromotor, der umfasst: ein Gehäuse; eine Welle, die drehbar innerhalb des Gehäuses angebracht ist und eine Längsachse aufweist; einen Rotor, der an der Welle befestigt ist, um sich mit ihr zu drehen; einen Stator, der von dem Rotor entlang der Längsachse der Welle beabstandet ist, so dass sich wenigstens ein Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor ergibt; und wenigstens einen Kühlmittelzufuhrkanal, der durch die Welle und/oder den Stator verläuft und konfiguriert ist, dem wenigstens einen Luftspalt eine Kühlmittelströmung zuzuführen.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei der Rotor einen Permanentmagneten enthält, der einen magnetischen Fluss erzeugt, der entlang der Längsachse der Welle verläuft.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei: der Rotor einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt enthält; der Stator zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Rotors in einer axialen Richtung parallel zu der Längsachse der Welle angeordnet ist; und der wenigstens eine Luftspalt einen ersten Luftspalt, der zwischen dem ersten Abschnitt des Rotors und dem Stator angeordnet ist, und einen zweiten Luftspalt, der zwischen dem zweiten Abschnitt des Rotors und dem Stator angeordnet ist, enthält.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal durch die Welle verläuft.
Elektromotor nach Anspruch 4, wobei der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal einen Hauptkühlmittelkanal und wenigstens einen Abzweigkühlmittelkanal enthält, wobei der Hauptkühlmittelkanal in einer axialen Richtung der Welle durch ein Ende derselben verläuft, wobei der wenigstens eine Abzweigkühlmittelkanal in einer radialen Richtung der Welle von dem Hauptkühlmittelkanal durch eine radiale Außenfläche der Welle zu dem wenigstens einen Luftspalt verläuft.
Elektromotor nach Anspruch 5, wobei der wenigstens eine Abzweigkühlmittelkanal ein Paar von Abzweigkühlmittelkanälen enthält, die auf gegenüberliegenden Seiten des Hauptkühlmittelkanals angeordnet sind.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal durch den Stator verläuft.
Elektromotor nach Anspruch 7, wobei: das Gehäuse einen ringförmigen Kühlmittelmantel definiert, der radial außerhalb des Stators angeordnet ist; und der wenigstens eine Kühlmittelzufuhrkanal einen Hauptkühlmittelkanal und wenigstens einen Abzweigkühlmittelkanal enthält, wobei der Hauptkühlmittelkanal axial durch das Gehäuse von einer Seite desselben zu dem ringförmigen Kühlmittelmantel verläuft, wobei der wenigstens eine Abzweigkühlmittelkanal von dem ringförmigen Kühlmittelmantel durch das Gehäuse und den Stator radial nach innen verläuft und axial durch den Stator zu dem wenigstens einen Luftspalt verläuft.
Elektromotor nach Anspruch 8, wobei der wenigstens eine Abzweigkühlmittelkanal ein Paar von Abzweigkühlmittelkanälen enthält, die auf gegenüberliegenden Seiten der Welle angeordnet sind.
Elektromotor nach Anspruch 1, der ferner wenigstens einen Kühlmittelrücklaufkanal umfasst, der durch das Gehäuse verläuft und konfiguriert ist, das Kühlmittel aufzunehmen, nachdem das Kühlmittel durch den wenigstens einen Luftspalt geströmt ist.