用于冷却电机的系统的制作方法

本发明涉及一种用于冷却电机的系统、一种电机和一种用于冷却电机的方法。

背景技术：

例如通过水作为冷却剂冷却电机。在此可行的是，将电机转子的冷却系统和电机定子的冷却系统串联。

文献de102008007414a1描述了一种用于控制车辆的交流发电机和电动机的温度的方法。

从文献de102014110778a1中公开了一种用于向车辆中的电机的定子和转子提供冷却剂的设备。

从文献de102015214053a1中已知一种用于电动车辆的电驱动单元。其中，电驱动单元包括电机，该电机包括电机冷却系统。

技术实现要素：

在这个背景下，本发明的目的是，有效地冷却电机。

上述目的通过具有独立权利要求的特征的系统、电机和方法实现。

所述系统、电机和方法的实施形式由从属权利要求说明。

根据本发明的系统被设计成用于冷却电机，该电机包括作为部件的定子和转子，其中，每个部件都具有冷却循环回路。该系统具有控制单元和至少一个用于调节来自冷却剂储存容器的冷却剂的体积流量的调节器。每个冷却循环回路的输入端分别与用于调节来自冷却剂储存容器的冷却剂的体积流量的至少一个调节器连接。控制单元被设计成用于，在考虑相应部件的温度的情况下调整至少一个调节器以用于调节流向相应部件的冷却循环回路中的冷却剂的体积流量。

该系统包括温度计或温度传感器，该温度计或温度传感器被配设给定子并被设计成用于，检测定子的温度。

控制单元被设计成用于，通常在考虑转子的温度模型的情况下确定和/或鉴定转子的温度。这种温度模型被存储或者说保存在控制单元中。也可行的是，常见的复杂的温度模型被存储在电机的控制设备中，其中，控制设备例如布置在电机的脉冲逆变器或电力电子设备/功率电子设备中。控制单元也可以被设计为控制设备的一部分，但至少与控制设备通信连接，以便可以调用转子的、当前根据温度模型确定的温度。

在实施方案中，在两个部件中的任意一个的相应冷却循环回路的输入端上各布置一个调节器，以用于调节来自冷却剂储存容器的冷却剂在相应的冷却循环回路中的体积流量，其中，为了输送冷却剂，相应的冷却循环回路或冷却循环回路的端部通过相应的调节器并在可能情况下通过至少一个管道/通路与冷却剂储存容器连接。控制单元被设计成用于，在考虑由定子的温度计测量的温度的情况下以及在考虑通过温度模型为转子确定的温度的情况下调整调节器，以用于调节流向相应部件的冷却循环回路中的冷却剂的体积流量。

在可能的设计方案中，所述系统包括多个用于调节来自冷却剂储存容器的冷却剂的体积流量的调节器以及多个温度计。在此，各个部件的冷却循环回路分别通过调节器与冷却剂储存容器连接。在此为每个部件、就是说既为定子又为转子配设用于测量温度的至少一个温度计。控制单元被设计成用于，在考虑由用于部件的至少一个温度计分别测量的温度的情况下调整调节器，以用于调节流向相应部件的冷却循环回路中的冷却剂的体积流量。另选地也可能的是，如上所述，利用控制单元通过针对转子详细说明的温度模型确定转子温度。可选地，还可以利用为定子存储的温度模型确定定子的温度。

至少一个用于调节冷却剂的体积流量的调节器被设计为例如阀。因此，通过打开和关闭该阀可以调整和/或调节在各个部件的相应的冷却循环回路中流动的冷却剂的体积流量。在此，可以完全关闭相应的阀，其中，中断在相应的冷却循环回路中的冷却剂的体积流量，或者打开阀并允许或实现将冷却剂从冷却剂储存容器输送到相应部件的冷却循环回路中。在实施方案中实现了，改变打开的阀的开口横截面。在此，关闭的阀的开口横截面是0。对于打开的阀，可以调整最大可能的开口横截面。因此，开口横截面的大小可以在相当于0的最小可能的值与最大可能的值或开口横截面的面积之间分级地或连续地改变。因此得到如下可能性：可以改变并进而调节从冷却剂储存容器向相应的冷却循环回路中流动的冷却剂、例如水的体积流量。通过各个冷却循环回路上的相应的调节器，根据相应的调节器的位置，可以将全部从冷却剂储存容器中取出的冷却剂体积流量分配到各个部件的相应的冷却循环回路上。

如果所述系统另选地具有仅一个例如设计为阀的调节器，则两个冷却循环回路通过这一个调节器与冷却剂储存容器连接。该一个调节器被设计成用于，将从冷却剂储存容器出发向调节器输送的冷却剂的原始体积流量成比例、按百分比和/或定量地分配给两个部件的冷却循环回路。在此，根据至少一个部件的温度，使得调节器可以为两个部件中的一个部件提供体积流量的最小0％直至最大100％的比例，并为两个部件中的另一部件提供流量的相应剩余比例。

此外，可以布置、例如安装至少一个调节器，以用于调节在车辆的驱动装置中的冷却剂的体积流量。

在实施方案中，至少一个温度计布置在用于驱动车辆的电动车桥上。该电动车桥包括变速器、脉冲逆变器和车辆的驱动装置或该驱动装置的构件、即电机。定子轴向包围转子，其中，温度计布置在定子中和/或定子上。原则上通过转子的复杂的温度模型确定转子温度。

根据本发明的方法为了冷却电机提出，电机包括定子和转子作为部件，其中，每个部件都具有冷却循环回路。每个冷却循环回路的输入端都将或已经与至少一个用于调节来自冷却剂储存容器的冷却剂的体积流量的调节器连接。在考虑相应的部件的温度的情况下调整至少一个调节器以用于调节流向各个部件的冷却循环回路中的冷却剂的体积流量。

在考虑部件中的至少一个部件、优选两个部件的温度的情况下，调整所述至少一个调节器，以用于调节在部件中的至少一个部件或各个部件的冷却循环回路中的冷却剂的体积流量。

通常利用温度模型确定转子的温度。利用温度传感器或温度计确定定子的温度。

在所述方法的设计方案中，为温度高于另一部件温度的部件调整的冷却剂体积流量大于为该另一部件调整的冷却剂体积流量。在此可以根据相应的部件的相应温度的温度差或温度比例通过算法确定/计算冷却剂对于各个冷却循环回路的体积流量的比例关系，并根据来自冷却剂储存容器的总体积流量确定/计算用于相应冷却剂循环回路的相应比例。

在所述方法的设计方案中，为了冷却电机而提出，每个冷却循环回路的每个输入端都通过相应的调节器将或已经与冷却剂储存容器连接，其中，例如在任意的冷却剂循环回路的输入端上分别将或已经布置用于调节来自冷却剂储存容器的冷却剂的体积流量的调节器。在所述方法的一个实施形式中，在考虑至少相应的部件的、由至少一个温度计测量的或借助于温度模型确定的温度的情况下，由控制单元控制或操纵和/或调节并进一步调整相应的调节器，以用于调节流向相应部件的冷却循环回路中的冷却剂的体积流量。

可以根据转子的温度并原则上根据定子的温度调整用于转子的体积流量。相应地，也可以根据定子的温度并原则上根据转子的温度调整用于定子的体积流量。在此还可行的是，将作为电机部件的定子和转子的相应温度彼此进行比较。还可以将电机的两个所述部件中的至少一个部件的温度与车辆的驱动装置的至少一个上述部件的温度相比较，和/或与冷却剂相比较。

通过用于转子温度的温度模型，根据机动车的电机和/或驱动装置的至少一个原则上可测量的运行参数来确定温度。在此，作为运行参数可以考虑转子的转速、定子的温度和/或电机的电运行参数、例如流过电机的电流或施加在电机上的电压。作为运行参数还可以考虑冷却剂流到位于冷却剂储存容器与冷却循环回路之间的至少一个调节器的流量或体积流量、冷却剂的温度和电机的当前运行点。还可以通过相应的温度模型确定定子的温度。

在实施方案中，所述部件被同步地或并行地冷却。在此，根据所述部件中的至少一个部件的、所测得的和/或通过相应的温度模型确定的温度调整、例如分配用于至少一个部件、例如两个部件的冷却剂的体积流量。

在所述方法中，通过打开或关闭例如相应设计为阀的调节器为每个部件、就是说为定子和转子调节冷却剂的量并进而调节冷却剂的体积流量，该冷却剂在相应部件的冷却循环回路中流动或者说穿流，其中，通过调节相应阀的横截面的面积或大小也可以定量地改变并进而调节相应的体积流量。这种调节可以由控制单元实现。

根据本发明的电机具有作为部件的定子和转子。根据本发明的电机还具有根据本发明提供的系统的实施形式。

通过所述系统，根据电机的运行状态可以适当地冷却电机的每个部件。在冷却一个相应的部件时，除了考虑该部件的当前所测量的温度或通过相应为该部件所设计的温度模型所确定的温度外，原则上还考虑两个部件中的另外的部件的、当前所测量的温度或通过相应为该另外的部件设计的温度模型所确定的温度。

电机例如布置在车辆中。在此，例如设计为机动车、特别是设计为汽车的车辆具有至少一个这种类型的电机，该电机具有所提供的根据本发明的系统的实施形式，该电机被设计成用于，将车辆的电蓄能器中的电能转换为机械能，由此驱动车辆和/或使车辆向前运动。在这种情况下，电机作为马达运行。另选地，电机在所谓的再生模式的范围中作为发电机运用并将车辆的机械能重新转换为电能。所提出的方法的实施形式可以独立于电机是作为马达运行还是作为发电机运行的情况而实施。为了驱动而配备有至少一个这种类型的电机的机动车被设计为和/或被称为电动车辆或混合动力车辆。

通过所提供的根据本发明的系统的实施形式以及通过所提出的根据本发明的方法的实施形式实现了智能地冷却电机。

因此可以整体上为转子和定子调整确定的体积流或体积流量。由于存在电机的运行状态和/或机动车的行驶状态，该运行状态和/或行驶状态对定子或转子产生更多负荷，因此总是可以在相应的关键部件或受强负荷的部件处增大冷却剂的体积流量。如果这对于部件是有意义的，由此更强地冷却该部件。因此不是固定地采用例如50/50的冷却剂流量分配来冷却部件。

在方法的设计方案中，通常从冷却剂储存容器或相应的冷却剂容器中为电机的两个部件、即这两个部件的冷却循环回路供送流体的冷却剂、例如水或冷却水。在此，两个冷却循环回路并联地连接在冷却剂储存容器上，其中，在至少一个冷却循环回路上游连接至少一个调节器，例如在每个冷却循环回路上游都各连接一个调节器或连接公共用于两个冷却循环回路的调节器，以用于调节体积流量。根据为至少一个部件相应测量的或确定的至少一个温度，可以选择性地单独关闭或打开为每个部件的每个冷却循环回路所设的每个调节器，由此可以为相应的冷却循环回路调节冷却剂的体积流量，并根据需求与温度相关地和/或与温度在电机中的分布相关地分配来自公共的冷却剂储存容器的冷却剂总体积流量。

在调节体积流量时，至少考虑相应部件的当前温度，并相应地关闭或打开为相应部件配设的调节器，其中，打开程度是可变的。在进一步考虑温度在电机中的分布的情况下——其中可能的是，定子和转子在一个时刻具有不同的温度或相同的温度，则为了调节冷却剂的体积流量以用于冷却定子，除了考虑定子的当前温度外，还考虑转子的当前温度。相应地，为了调节用于转子的冷却剂的体积流量，除了考虑转子的当前温度外，还考虑定子的当前温度。在实施方案中，当一些部件的温度比另外的部件的温度高时，则为这些部件的冷却循环回路输送更多的冷却剂。因此对于这些部件，通过适合的冷却最终可以调整为相应适合的温度、例如预定的温度、例如相同的温度。

因此，通过本方法和本系统可以并行地冷却电机的两个部件或构件并由此冷却定子和转子。在此，利用相应的阀或类似构件作为调节器通过控制单元智能地控制冷却剂的体积流量的分配。利用相应的调节器通过调节体积流量来改变相应部件或相应构件的温度，由此在电机中实现温度的最佳的分布。由此还可以提高例如布置在车辆中的电机的持久的功率。因此还可以实现功率的再生能力。

为了实现并行地冷却定子和转子而提出，将阀或类似设备作为调节器安装在相应的冷却循环回路的输入端上。通过电动车桥中已有的作为传感器的温度计和/或存储在控制单元中的温度模型确定转子和定子的温度。利用新安装在驱动装置中的阀改变冷却剂的体积流量的分配，由此优化电机的冷却。在本方法的可能的设计方案中，温度模型被用于和/或被考虑用于确定相应部件的温度。

当然的是，在不离开本发明的范围的情况下，上述和下面待述的特征不仅能以相应说明的组合方式、而且还能以其他组合方式或单独地使用。

附图说明

根据附图中的实施形式示意性示出本发明并参照附图示意性详述本发明。

图1示出在实施根据本发明的方法的实施形式时根据本发明的电机的实施形式和根据本发明的系统的实施形式的示意图。

附图标记列表：

2电机

4系统

6转子

8定子

10轴线

12、14冷却循环回路

18温度计

20冷却剂储存容器

22、24管道

26泵

28控制单元

30、32调节器

36、38、40电导线

具体实施方式

图1在示意图中示出根据本发明的电机2的实施形式，该电机在此布置在车辆中并为该电机配设根据本发明的系统4的实施形式。电机2具有作为部件的转子6和定子8，这些部件在此与电机2的轴线10同轴地布置。在此，定子8同轴地包围转子6。在电机2运行时，转子6作为部件在定子8内部围绕轴线10相对于定子8转动，其中，当电机2作为马达运行时，根据电机2的运行状态电能转换为机械能，或当电机2作为发电机运行时，机械能转换为电能。

还提出，转子6具有冷却循环回路12，定子8具有冷却循环回路14。定子8还具有温度计18，其中，利用温度计18测量定子8的温度。控制单元28通过用于转子6的温度模型确定转子6的温度。在此，温度模型描述转子6的温度与电机2的至少一个运行参量的相关性，该至少一个运行参量例如是定子8的(当前)温度、转子6的(当前)转速、(当前的)冷却水温度、(当前的)冷却水流量和/或电机2的(当前的)电的运行参数，例如流经定子8的电磁体的绕组的电流或施加在绕组上的电压。温度还可能与电机2的机械功率和/或电功率相关。温度模型在此存储在控制单元28中。

在此，两个冷却循环回路12、14以及温度计18根据定义被设计为电机2的部件和/或系统4的部件，其中，电机2也可以独立于系统4以及所述方法的实施形式具有冷却循环回路12、14以及温度计18。

图1还示出冷却剂储存容器20，通常在该冷却剂储存容器中存储流体的冷却剂、例如水。在此，冷却剂储存容器20通过用于冷却剂的第一管道22与转子6的冷却循环回路12连接，并通过用于冷却剂的第二管道24与定子8的冷却循环回路14连接。冷却剂储存容器20还具有泵，该泵被设计成用于，从冷却剂储存容器20中通过用于冷却剂的管道22、24向冷却循环回路12、14输送冷却剂、例如水。冷却剂储存容器20以及用于冷却剂的管道22、24可以被设计为系统4的部件。用于电机2的冷却剂的冷却剂储存容器20和管道22、24也可以独立于系统4和本方法的实施形式而设置。

另选地也可以通过管道向电机2输送冷却剂，其中，该管道被分为两个管道。在此根据部件温度通过调节器、例如阀在电机2中改变用于定子8和转子6的冷却剂的体积流量或流量比例。

系统4的实施形式具有作为部件的控制单元28——该控制单元可以被设计为或被称为控制单元和/或调节单元、以及第一调节器30和第二调节器32。在此，第一调节器30例如被设计为阀，并布置在转子6的冷却循环回路12的位于冷却循环回路12与冷却剂储存容器20之间的输入端上、例如布置在用于冷却剂的管道22中或上。相应地，第二调节器32例如在此也被设计为阀，并布置在定子8的冷却循环回路14的输入端上或布置在定子8的冷却循环回路14与冷却剂储存容器20之间，就是说，例如布置在用于冷却剂的管道24中或上。

在利用系统4的方法的实施形式中，由温度计检测定子8的温度。所检测的温度或这个温度的值通过信号经由电导线36向控制单元28传输并被分析处理。由控制单元28利用温度模型根据电机2的至少一个运行参数确定转子6的温度。

根据相应检测到的或确定的部件温度，由控制单元28确定，对于相应的部件需要何种冷却剂体积流量。在考虑部件温度的情况下，由控制单元28操控在此相应设计为阀的调节器30、32，其中，分别通过电导线38、40为相应的调节器30、32提供信号，由此调节器30、32被关闭或在可能情况下分级地被打开。对于转子6，根据转子6的温度并通常也根据定子8的温度调整调节器30的开口横截面或通道开口的面积，由此调节冷却剂从储存容器20到转子6的冷却循环回路12中的体积流量。相应地根据定子8的温度以及原则上也根据转子6的温度调整调节器32的开口横截面或通道开口的面积，由此同样调节冷却剂从冷却剂储存容器20到定子8的冷却循环回路14中的体积流量。因此，在对转子6的冷却循环回路12的输入端上的调节器30的通道开口的面积进行调节时，原则上也考虑定子8的温度，在对定子8的冷却循环回路14的输入端上的调节器32的通道开口的面积进行调节时，也考虑转子6的温度。