-
QUERREFERENZ ZU VERWANDTER ANMELDUNG
-
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der
koreanischen Patentanmeldung Nr.: 10-2016-0134609 , die am koreanischen Amt für geistiges Eigentum am 17. Oktober 2016 eingereicht wurde, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
-
HINTERGRUND
-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Antriebsmotor, und insbesondere auf einen Antriebsmotor, der als gewickelter Rotor-Synchronmotor und Induktionsmotor antreibbar ist.
-
Beschreibung des Standes der Technik
-
Im Allgemeinen können ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, auch bekannt als ein umweltfreundliches Fahrzeug, durch einen Elektromotor (im Folgenden als „Antriebsmotor“ bezeichnet), der durch elektrische Energie eine Rotationskraft erfährt, eine Antriebskraft erzeugen.
-
Beispielsweise wird das Hybridfahrzeug in einem Elektrofahrzeug (EV) -Modus oder in einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) -Modus angetrieben. Ein EV-Modus ist ein reiner Elektrofahrzeug-Modus, bei dem nur die Leistung des Antriebsmotors verwendet wird. Bei einem HEV-Modus wird sowohl die Rotationskraft eines Motors (Brennkraftmotor) als auch die Rotationskraft des Antriebsmotors (z.B. Elektromotor) als Antriebskraft verwendet. Außerdem wird ein allgemeines Elektrofahrzeug unter Verwendung der Rotationskraft des Antriebsmotors als Antriebskraft angetrieben.
-
Wie oben beschrieben, wenn der Antriebsmotor als eine Energiequelle des umweltschonenden Fahrzeugs verwendet wird, wird meistens ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) verwendet. Damit der PMSM eine maximale Leistung unter einem begrenzten Layoutzustand zeigen kann, ist es notwendig, die Leistung des Permanentmagneten zu maximieren.
-
Eine Neodym(Nd)-Komponente des Permanentmagneten verstärkt die Intensität des Permanentmagneten und eine Dysprosium(Dy)-Komponente verbessert einen Hochtemperatur-Entmagnetisierungswiderstand. Die in solchen Komponenten des Permanentmagneten verwendeten seltene Erdemetalle (Nd und Dy) treten natürlich nur in wenigen Ländern auf, einschließlich China. Aufgrund der Schwierigkeit diese Metalle im Bergbau abzubauen, sind sie sehr teuer und erhebliche Preisschwankungen treten auf.
-
Um dieses Problem zu lösen, wurde in den letzten Jahren die Anwendung eines Induktionsmotors in Betracht gezogen. Das Volumen und das Gewicht eines Induktionsmotors, der die gleiche Motorleistung erzielen könnte, sind jedoch enorm.
-
Inzwischen wurden in den letzten Jahren, in denen Antriebsmotoren als Energiequelle für umweltfreundliche Fahrzeuge genutzt wurden, die Entwicklung eines gewickelten Rotor-Synchronmotors (WRSM) (engl.: „wound rotor synchronous motor“) vorangetrieben, der den PMSM ersetzen kann.
-
Ein Rotor ist zum Zeitpunkt der Bestromung durch Spulen, die an dem Rotor sowie einem Stator vorgesehen sind, elektromagnetisiert. Als Ergebnis kann der gewickelte Rotor-Synchronmotor (WRSM) den Permanentmagneten der Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) ersetzen.
-
Bei dem gewickelten Rotor-Synchronmotor (WRSM) ist der Rotor innerhalb des Stators mit einer vorbestimmten Lücke (engl.: „void“) angeordnet. Wenn Strom an die Spulen des Stators und des Rotors angelegt wird, wird ein Magnetfeld gebildet, und aufgrund einer magnetischen Wirkung, die zwischen diesen erzeugt wird, dreht sich der Rotor.
-
Ferner können bei dem gewickelten Rotor-Synchronmotor (WRSM), da die Spulen auf dem Rotor gewickelt sind, anders als bei dem Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM), die Rotorspulen durch die Wirkung der Zentrifugalkraft gelöst werden, wenn der Rotor sich schnell dreht (im Allgemeinen bei einer maximalen Drehzahl von 10.000 Umdrehungen pro Minute oder mehr, in dem Fall des EV).
-
Um das Problem des Standes der Technik zu verhindern sind Endspulenabdeckungen an beiden Enden des Rotors angebracht und Harz wird in den Endspulenabdeckungen geformt um die Rotorspulen zu fixieren.
-
Unterdessen tritt in dem gewickelten Rotor-Synchronmotor (WRSM) ein Kupferverlust aufgrund des Widerstandes der Rotorspulen auf. Als Ergebnis kann eine Wärmeerzeugung durch die Rotorspulen verursacht werden und die Leistung des Motors kann sich verschlechtern. Insbesondere kann in dem gewickelten Rotor-Synchronmotor (WRSM) mit einer hohen Wahrscheinlichkeit die Kühlleistung des Motors verringert werden, da das Harz in den Endspulenabdeckungen geformt ist.
-
Weiterhin, wo der gewickelte Rotor-Synchronmotor (WRSM) von dem Elektrofahrzeug verwendet wird, wenn abrupte eine Fehlfunktion wie beispielsweise ein Kurzschluss der Rotorspulen oder ein Isolationsdefekt der Rotorspulen auftritt, wird eine Störung in dem Spulenstrom und dem erzeugten Drehmoment verursacht und bringt dadurch das Fahrzeug in einen nicht betriebsfähigen Zustand.
-
Wenn das Fahrzeug sich aufgrund einer plötzlichen Störung des Rotors in dem nicht betriebsfähigen Zustand befindet, während das Fahrzeug gefahren wird, besteht die Möglichkeit, dass eine gefährliche Situation für den Fahrer in Abhängigkeit von der Position des Fahrzeugs entsteht.
-
Die obigen Informationen, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um einen Antriebsmotor zu schaffen, der eine Antriebskraft erzeugen kann, die benötigte wird, um ein temporäres Fahren eines Fahrzeugs zu ermöglichen, wenn ein Rotor eine Fehlfunktion aufweist.
-
Ferner wurde die vorliegende Erfindung gemacht, um einen Antriebsmotor zu schaffen, der Wärme, die durch die Rotorspulen erzeugt wird, effizient abstrahlen (ableiten) kann, durch Strömung von Außenluft unter Verwendung einer nicht gespritzten offenen Struktur (engl.: „non-molding type open structure“), bei der kein Harz in der Endspulenabdeckung geformt bzw. eingespritzt wird.
-
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen Antriebsmotor bereit, aufweisend einen Rotorkörper, der drehbar innerhalb eines Stators mit einer vorbestimmten Lücke dazwischen installiert ist und eine Rotorspule aufweist, die auf mehreren Rotorzähnen aufgewickelt ist. Der Antriebsmotor ferner aufweist: i) mehrere Keilelemente, die zwischen den Rotorzähnen des Rotorkörpers in einer axialen Richtung des Rotorkörpers eingeführt sind und die Rotorspulen tragen; und ii) Endspulenabdeckungen, die jeweils an axialen Enden des Rotorkörpers angebracht sind und mit den Keilen verbunden sind. Jedes Keilelement einen Keilkörper aufweist, der zwischen den Rotorzähnen in axialer Richtung vorgesehen und mit den Endspulenabdeckungen verbunden ist. Der Keilkörper aus einem metallischen Material mit Leitfähigkeit hergestellt ist und eine Isolationsschicht aufweist, die an einer Außenfläche ausgebildet ist, die nicht einer der beiden Querschnitte ist, die mit den Endspulenabdeckungen verbunden sind. Die Endspulenabdeckungen aus einem metallischen Material mit Leitfähigkeit hergestellt sind und mit beiden Enden der Keilkörper verbunden sind.
-
Der Antriebsmotor kann durch die Keilelemente und die Endspulenabdeckungen als Induktionsmotor angetrieben werden, wenn der Rotor eine Fehlfunktion aufweist.
-
Der Keilkörper jedes Keilelementes kann als eine Leiterschiene vorgesehen werden, die in den Rotorkörper eingesetzt ist und die Endspulenabdeckung kann als ein Endring vorgesehen sein, der mit dem Keilkörper verbunden ist.
-
Beide Enden eines Keilkörpers können an den Endspulenabdeckungen angebunden sein.
-
Beide Enden eines Keilkörpers können durch ein Männlich-Weiblich-Anschlussstück an die Endspulenabdeckung angebunden sein.
-
Beide Enden eines Keilkörpers können mit Anschlussnuten, die in den Endspulenabdeckungen vorgesehen sind, gekoppelt sein. Die Anschlussnuten können mit einem Anschlussvorsprung geformt sein, der von den Endspulenabdeckungen in einer Form vorsteht, die einem Querschnitt des Keilkörpers entspricht.
-
Jeder Keilkörper kann aus einem der folgenden leitenden metallischen Materialien hergestellt sein: Eisen, Kupfer und Aluminium.
-
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen Antriebsmotor bereit, aufweisend: einen Rotorkörper, der drehbar innerhalb eines Stators mit einer vorbestimmten Lücke dazwischen installiert ist und eine Rotorspule aufweist, die auf mehreren Rotorzähnen aufgewickelt ist. Der Rotorkörper ferner aufweist: i) Spulenkörper, die an jedem axialen Ende des Rotorkörpers angeordnet sind und die Rotorspule tragen, und durch die Rotorspule an den Rotorkörper befestigt sind; ii) mehrere Keilelemente, die zwischen den Rotorzähnen des Rotorkörpers in einer axialen Richtung des Rotorkörpers eingeführt sind; nach außen von beiden Enden des Rotorkörpers vorstehen und die Rotorspule tragen; und iii) Endspulenabdeckungen, die jeweils an axialen Enden des Rotorkörpers angebracht sind und mit einem Vorsprungabschnitt jedes Keilelements verbunden sind, und an den jeweiligen Spulenkörper montiert sind. Jedes Keilelement einen Keilkörper aufweist, der zwischen den Rotorzähnen in axialer Richtung vorgesehen und mit den Endspulenabdeckungen verbunden ist. Jeder Keilkörper aus einem metallischen Material mit Leitfähigkeit hergestellt ist und eine Isolationsschicht aufweist, die an einer Außenfläche ausgebildet ist, die nicht einer der beiden Querschnitte ist, die mit den Endspulenabdeckungen verbunden sind. Der Spulenkörper eine Vielzahl von ersten Verbindungskanälen aufweist, die sich in axialer Richtung des Rotorkörpers erstrecken. Die Endspulenabdeckungen aus einem metallischen Material mit Leitfähigkeit hergestellt sind und mindestens einen zweiten Verbindungskanal aufweisen, der mit dem ersten Verbindungskanal verbunden ist.
-
Der Rotor kann durch die Spule und die Endspulenabdeckungen eine offene Struktur aufweisen.
-
Die ersten und zweiten Verbindungskanäle können mit einem Zwischenraum zwischen den Rotorzähnen, auf denen die Rotorspule an dem Rotorkörper gewickelt ist, verbunden sein.
-
Der Spulenkörper kann eine Vielzahl von Spulentragelementen aufweisen, welche die Rotorzähne tragen und die Vielzahl an ersten Verbindungskanälen radial trennt.
-
Die Endspulenabdeckungen können eine Vielzahl von Rippen aufweisen, welche die zweiten Verbindungskanäle radial trennen.
-
Die Abschnitte der Keilelemente, die vorstehen, können die ersten Verbindungskanäle des Spulenkörpers durchdringen und mit dem zweiten Verbindungskanal jeder Endspulenabdeckung verbunden sein.
-
Jeder Keilkörper kann einen Hohlbereich aufweisen, der in der axialen Richtung des Rotorkörpers ausgebildet ist, und beide Enden jedes Keilkörpers können mit einer Außenseite der zweiten Verbindungskanäle unter den Rippen verbunden sein.
-
Die zweiten Verbindungskanäle können mit dem Hohlbereich jedes Keilkörpers verbunden sein.
-
Noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Antriebsmotors, der einen Stator, auf dem eine Statorspule gewickelt ist, und einen Rotor, auf den eine Rotorspule gewickelt ist, und der von dem Stator durch eine voreingestellte Lücke beabstandet ist, aufweist. Das Verfahren weist auf: Anlegen von Strom an die Statorspule und die Rotorspule; Diagnostizieren einer Fehlfunktion des Rotors; Antreiben des Antriebsmotors als Synchronmotor mit gewickeltem Rotor, wenn es bestimmt wird, dass der Rotor keine Fehlfunktion aufweist; und Blockieren von Strom, der an der Rotorspule angelegt ist und Antreiben des Antriebsmotors als Induktionsmotor über die Keilelemente des Rotors und Endspulenabdeckungen, wenn bestimmt wird, dass der Rotor eine Fehlfunktion aufweist.
-
Bei der Diagnose der Fehlfunktion des Rotors können ein Kurzschluss und ein Isolationsdefekt der Rotorspule erfasst werden.
-
Der Antriebsmotor kann während des normalen Zustands als gewickelter Rotor-Synchronmotor angetrieben werden, und wenn der Rotor eine Fehlfunktion aufweist kann der Motor als ein Induktionsmotor angetrieben werden.
-
Dementsprechend kann gemäß von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wenn eine plötzliche Störung bzw. Fehlfunktion wie beispielsweise ein Kurzschluss in den Rotorspulen oder ein Isolationsdefekt der Rotorspulen auftritt, ein Antriebsmotor vorübergehend als Induktionsmotor angetrieben werden. Als Ergebnis kann ein Fahrzeug durch eine Antriebskraft an einen sicheren Ort gefahren werden und ein Fahrer kann aus einer gefährlichen Situation entkommen.
-
Ferner kann gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Kühlleistung der Rotorspulen durch die Wärmeübertragungseigenschaften der Keilelemente maximiert werden. Die Luftströmung und die Effizienz des Motors können weiter verbessert werden, mit der nicht-gespritzten offenen Rotorstruktur, bei der kein Harz in die Endspulenabdeckungen gespritzt wird.
-
Figurenliste
-
Die Figuren werden als Referenz verwendet, bei der Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und damit sollte der technische Gedanke der vorliegenden Erdfindung nicht auf die beigefügten Figuren beschränkt verstanden werden.
- 1 ist ein Diagramm, das schematisch einen Antriebsmotor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotor veranschaulicht, der an dem Antriebsmotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt ist.
- 3 ist eine perspektivische Teilexplosionsansicht, die den Rotor veranschaulicht, der an dem Antriebsmotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt ist.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Kopplungsstruktur eines Spulenkörpers und eines Keilelements des Rotors zeigt, wenn die Rotorspule gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht gewickelt ist.
- 5 ist Diagramm, das einen Spulenkörper und ein Keilelement des Rotors veranschaulicht, der an dem Antriebsmotor gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt ist.
- 6 ist ein Diagramm, das eine Kupplungsstruktur des Keilelements des Rotors veranschaulicht, der an dem Antriebsmotor gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt ist.
- 7 ist ein Diagramm, das eine Kupplungsstruktur des Keilelements und eine Endspulenabdeckung des Rotors veranschaulicht, der an dem Antriebsmotor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt ist.
- 8 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 9 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotor eines Antriebsmotors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 10 ist eine perspektivische Teilexplosionsansicht die einen Rotor eines Antriebsmotors gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Wie der Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne von dem Gedanken oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
Die Figuren und die Beschreibung sind als veranschaulichend zu betrachten und nicht als einschränkend und gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder entsprechende Elemente in der gesamten Beschreibung.
-
Da Größe und Dicke jeder in den Figuren dargestellten Komponente zur Vereinfachung der Erläuterung willkürlich dargestellt sind, ist die vorliegende Erfindung nicht speziell auf die dargestellten Größen und Dicken der einzelnen Komponenten begrenzt, und die Dicke wird vergrößert und illustriert, um verschiedene Teile und Bereiche deutlich darzustellen.
-
In der folgenden Beschreibung werden die Namen von Komponenten, als erste, zweite und dergleichen bezeichnet, da die Namen der Komponenten zueinander gleich sind, und die Reihenfolge deren ist nicht besonders einschränkend.
-
In der gesamten Beschreibung, wenn nicht ausdrücklich anders beschrieben, umfasst das Wort „umfassen“ und Variationen wie „umfasst“ oder „umfassend“, den Einschluss der genannten Elemente, aber nicht den Ausschluss irgendwelcher anderer Elemente.
-
Darüber hinaus bedeuten die Begriffe „Einheit“, „Mittel“, „Teil“ und „Element“, die in der Beschreibung beschrieben sind, eine Einheit einer umfassenden Konfiguration, die mindestens eine Funktion oder Operation durchführt.
-
1 ist ein Diagramm, das schematisch einen Antriebsmotor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
-
Unter Bezugnahme auf 1 kann der Antriebsmotor 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine elektrische Vorrichtung angewandt werden, die eine Antriebskraft als elektrische Energie in einem umweltfreundlichen Fahrzeug Kraft erhält.
-
Beispielsweise kann der Antriebsmotor 100 als ein gewickelter Rotor-Synchronmotor konfiguriert sein, der einen Stator 2, an dem eine Statorspule (nicht dargestellt) gewickelt ist, und einen Rotor 5, an dem eine Rotorspule 1 gewickelt ist, und innerhalb des Stators 2 angeordnet ist, aufweist.
-
Eine Drehwelle 3 ist gekoppelt mit und erstreckt sich durch die Mitte des Rotors 5. Eine Außendurchmesserfläche des Rotors 5 ist innerhalb des Stators 2 vorgesehen und mit einer vorbestimmten Lücke von einer Innendurchmesserfläche des Stators 2 beabstandet.
-
Dementsprechend ist in dem Antriebsmotor 100 die Rotorspule 1 auf dem Rotor 5 gewickelt, wie der Stator 2 ist, um den Rotor 5 zum Zeitpunkt der Bestromung zu elektromagnetisieren und durch die anziehende und abstoßende Kraft des Elektromagnetismus zwischen einem Elektromagneten des Rotors 5 und dem Elektromagneten des Stators 2 ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen.
-
Wenn der Antriebsmotor 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Elektrofahrzeug angewendet wird, kann der Antriebsmotor 100 die Antriebskraft erzeugen, die benötigt ist um zu ermöglichen, dass ein Fahrzeug gefahren werden kann, wenn der Rotor 5 eine Fehlfunktion aufweist. Das heißt, die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen Antriebsmotor 100 bereit, der zeitweise als ein Induktionsmotor angetrieben bzw. betrieben werden kann, wenn der Rotor 5 eine Fehlfunktion aufweist.
-
2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotor 5 darstellt, der an dem Antriebsmotor angewandt ist. 3 ist eine perspektivische Teilexplosionsansicht, die den Rotor 5 darstellt, der an dem Antriebsmotor angewandt ist. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Kopplungsstruktur eines Spulenkörpers und eines Keilelements des Rotors darstellt, wenn die Rotorspule nicht gewickelt ist, gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4, weist in dem Antriebsmotor 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Rotor 5 einen Rotorkörper 10, einen Spulenkörper 30, eine Anzahl von Keilelementen 50 und zwei Endspulenabdeckung 70 auf.
-
Der Rotorkörper 10 ist als ein Rotorkern vorgesehen, in dem mehrere Stahlplatten gestapelt sind, und ist drehbar innerhalb des Stators 2 mit einer vorbestimmten Lücke dazwischen installiert. Die Drehwelle 3 ist gekoppelt mit und erstreckt sich durch die Mitte des Rotorkörpers 10.
-
Der Rotorkörper 10 kann in einer axialen Richtung durch eine Rückhalteeinrichtung an die Drehwelle 3 in der Mitte befestigt werden. Da die Rückhalteeinrichtung Stand der Technik ist, der auf dem Gebiet weithin bekannt ist, wird auf eine detailliertere Beschreibung der Rückhalteeinrichtung in der vorliegenden Beschreibung verzichtet.
-
Der Rotorkörper 10 weist mehrere Rotorzähne 11 (nachfolgend, siehe 6) auf, auf die die Rotorspule 1 gewickelt ist. Die Rotorzähne 11 erstrecken sich in einer radialen Richtung des Rotorkörpers 10 und sind so angeordnet, dass sie in einer Umfangsrichtung des Rotorkörpers 10 in einem vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind. Ein Schlitz 13 (nachfolgend, siehe 6) zum Aufwickeln der Rotorspule 1 auf den Rotorzähnen 11 ist zwischen den 11 Rotorzähnen ausgebildet.
-
Zudem weist der Rotorkörper 10 eine Anzahl von Rotorschuhen 15 (nachfolgend, siehe 6) auf, die aus dem Rotorzahn 11 vorstehen, einer Innendurchmesserfläche des Stators 2 in der Umfangsrichtung zugewandt sind, und eine gekrümmte Außendurchmesserfläche aufweisen, die der Innendurchmesserfläche des Stators 2 zugewandt ist.
-
Hierin ist der Rotorschuh 15 so angeordnet, dass er in einem vorbestimmten Abstand entlang der gesamten Länge des Schuhs von einem benachbarten Rotorschuh 15 beabstandet ist.
-
In der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird der Spulenkörper 30 genutzt um die auf den Rotorzähnen 11 des Rotorkörpers 10 gewickelte Rotorspule 1 zu stützen. Der Spulenkörper 30 kann die Rotorspule 1 daran hindern, dass sie durch die Zentrifugalkraft von den Rotorzähnen 11 entfernt wird, wenn der Rotorkörper 10 sich schnell dreht (im Allgemeinen, ein Maximum von 10.000 Umdrehungen pro Minute oder mehr im Fall eines EV).
-
Hierbei wird der Spulenkörper 30 aus einem isolierenden Material wie Kunstharz hergestellt und ist an jedem axialen Ende des Rotorkörpers 10 angeordnet. Der Spulenkörper 30 kann die auf den Rotorzähnen 11 gewickelte Rotorspule 1 stützen und an dem Rotorkörper 10 durch die Rotorspule 1 befestigt werden.
-
5 ist ein Diagramm, das einen Spulenkörper und ein Keilelement des Rotors darstellt, der an dem Antriebsmotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt ist.
-
Unter Bezugnahme auf 5, in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Spulenkörper 30 eine Vielzahl von Spulentragelementen 31 zum Tragen bzw. Stützen der Rotorspule 1 mit den Rotorzähnen 11 auf, die zwischen den beiden Enden des Rotorkörpers 10 eingesetzt sind.
-
Die Spulentragelemente 31 tragen bzw. stützten die Rotorzähne 11 an beiden axialen Enden des Rotorkörpers 10 und tragen bzw. stützen die Rotorspule 1, die auf den Rotorzähnen 11 gewickelt ist. Die Spulentragelemente 31 sind so angeordnet, dass sie in der radialen Richtung zur Mitte in einem vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind, um den Rotorzähnen 11 zu entsprechen.
-
6 ist ein Diagramm, das eine Keilelementkopplungsstruktur des Rotors darstellt, der an dem Antriebsmotor gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt ist.
-
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 zusammen mit 3 und 4, trägt bzw. stützt das Keilelement 50 die auf den Rotorzähnen 11 gewickelte Rotorspule 1 und ist in einem Schlitz 13 zwischen den Rotorzähnen 11 installiert.
-
Das Keilelement 50 ist zum Aufnehmen bzw. Stützen der Zentrifugalkraft, die auf die Rotorspule 1 wirkt, verwendet, wodurch die Ausrichtung der Rotorspule 1 und die Isolierung zwischen den Rotorspulen 1 mit unterschiedlichen Phasen in dem Schlitz 13 gesichert wird, wenn sich der Rotorkörper 10 schnell dreht.
-
Das Keilelement 50 ist in axialer Richtung in den Schlitz 13 zwischen den Rotorzähnen 11 eingesetzt und stützt die Rotorspule 1 und die beiden Enden des oben genannten Rotorschuhs 15. Darüber hinaus steht das Keilelement 50 teilweise vor und erstreckt sich über beide Enden des Rotorkörpers 10, während es mit dem Schlitz 13 zwischen den Rotorzähnen 11 gekoppelt ist.
-
Das Keilelement 50 weist einen Keilkörper 51, der zwischen den Rotorzähnen 11 in axialer Richtung angeordnet ist. Der Keilkörper 51 besitzt einen Hohlbereich 53, der entlang der axialen Richtung des Rotorkörpers festgelegt ist. Der Keilkörper 51 weist eine dreieckige Querschnittsform auf, die elastisch transformierbar ist und beide Oberflächen 57 stützen bzw. tragen die Rotorspule 1 in den Schlitz 13. In der obigen Beschreibung ist der Hohlbereich 53 innerhalb der beiden Oberflächen des Keilkörpers 51 in der axialen Richtung ausgebildet.
-
In der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Keilkörper 51 aus einem metallischen Material mit elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit ausgebildet. Zum Beispiel kann der Keilkörper 51 aus einem der leitenden metallischen Materialien in der folgenden Gruppe hergestellt sein: Eisen, Kupfer und Aluminium.
-
Zusätzlich weist der Keilkörper 51 eine isolierende Schicht 55 aus einem Isolationsmaterial auf einer Außenfläche auf, die sich von den beiden Querschnitten 51a unterscheidet, die mit den Endspulenabdeckungen 70 verbunden sind, um eine Isolierung zwischen den Rotorspulen 1, die verschiedenen Phasen aufweisen, in dem Schlitz 13 zwischen den Rotorzähnen 11 zu sichern.
-
In der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in den 2 und 3 dargestellt, werden die Endspulenabdeckungen 70 dazu verwendet, um zu verhindern, dass die Rotorspule 1 durch die Zentrifugalkraft von den Rotorzähnen 11 entfernt wird, wenn der Rotorkörper 10 sich schnell dreht (im Allgemeinen, ein Maximum von 10.000 Umdrehungen pro Minute oder mehr in dem Fall des EV).
-
Eine Endspulenabdeckung 70 ist an jedem axialen Ende des Rotorkörpers 10 angebracht. Als Ergebnis kann die Endspulenabdeckung 70 fest mit dem Spulenkörper 30 gekoppelt werden, während es die Abschnitte der Keilelement 50 abdeckt, die vorstehen. Die Endspulenabdeckung 70 ist aus dem metallischen Material hergestellt, das elektrische Leitfähigkeit und thermische Leitfähigkeit wie der Keilkörper 51 aufweist und ist mit einem Ende des Keilkörpers 51 verbunden.
-
Hierbei können beide Enden des Keilkörpers 51 mit einer Innenfläche der Endspulenabdeckung 70 durch ein Schweißverfahren verbunden sein, wie in 7A dargestellt. Alternativ können beide Enden des Keilkörpers 51 durch ein Männlich-Weibliche-Verfahren an der Innenfläche der Endspulenabdeckung 70 angebunden werden, wie in 7B dargestellt ist.
-
In dem Fall des Verbindungsverfahrens von 7B können beide Enden des Keilkörpers 51 an einer Passnut 72, die an der Innenfläche der Endspulenabdeckung 70 vorgesehen sind, durch ein Presspassungsverfahren angebunden bzw. verbunden werden. Beispielsweise ist die Passnut 72 mit einer Form, die einem Querschnitt des Keilkörpers 51 entspricht, an einem Passvorsprung 72a ausgebildet, der an der Innenfläche der Endspulenabdeckung 70 vorsteht und mit beiden Enden des Keilkörpers 51 durch das Männlich-Weiblich-Verfahren (Stecker-Buchse-Verfahren; engl.: „male-female method“) verbunden.
-
Im Folgenden werden der Betrieb und ein Steuerverfahren des Antriebsmotors 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die offenbarten Figuren beschrieben.
-
8 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Verfahrens zum Steuern eines Antriebsmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Zuerst wird in Schritt S11 ein Strom an eine Statorspule des Stators 2 des Rotorkörpers 2 und die Rotorspule 10 angelegt.
-
Dann wird in Schritt S12 eine Fehlfunktion des Rotors 5 diagnostiziert. Zum Beispiel, in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn ein Kurzschluss oder ein Isolationsdefekt der Rotorspule 1 erfasst wird, kann eine Fehlfunktion des Rotors 5 diagnostiziert werden.
-
Da die Fehlfunktionsdiagnose des Rotors 5, die den Kurzschluss und den Isolationsdefekt der Rotorspule 1 durch Messen des elektrischen Widerstands erfasst, bekannt ist, wird auf eine detailliertere Beschreibung davon in der vorliegenden Beschreibung abgesehen.
-
In Schritt S13 wird bestimmt, ob der Rotor 5 eine Fehlfunktion aufweist. Wenn festgestellt wird, dass der Rotor 5 keine Fehlfunktion aufweist, wird Strom an die Statorspule des Stators 2 und die Rotorspule 1 des Rotors 5 angelegt. Dies ermöglicht es dem Antriebsmotor, in Schritt S14, als gewickelter Rotor-Synchronmotor angetrieben bzw. betrieben zu werden, wo der Rotorkörper 10 sich durch eine Magnetwirkung dreht, die zwischen dem Stator 2 und dem Rotorkörper 10 erzeugt wird. In Schritt S14 kann der Antriebsmotor als Synchronmotor mit gewickeltem Rotor angetrieben werden, der den Rotor 5 elektromagnetisiert und das Antriebsmoment durch die Anziehungskraft und die Abstoßungskraft des Elektromagnetismus zwischen dem Elektromagneten des Rotors 5 und dem Elektromagneten des Stators 2 erzeugt.
-
Wenn im Schritt S13 bestimmt wird, dass der Rotor 5 eine Fehlfunktion aufweist, wird der Strom, der an die Rotorspule 1 angelegt ist, in Schritt S15 blockiert. Dementsprechend, wenn der Strom, der an die Rotorspule angelegt ist, blockiert ist, um den Antriebsmotor zu steuern, wird in Schritt S16 der Antriebsmotor durch die Keilelemente 50 des Rotors 5 und die Endspulenabdeckungen 70 als Induktionsmotor angetrieben bzw. betrieben.
-
In diesem Fall ist jeder Keilkörper 51 des Keilelementes 50 mit einem Leiterschiene 59 des Induktionsmotors versehen und die Endspulenabdeckung 70 ist mit einem Endring 79 des Induktionsmotors versehen.
-
In der obigen Beschreibung ist der Induktionsmotor eine Art eines Wechselstrommotors und wird durch eine Drehkraft betrieben, die durch eine Wechselwirkung mit einem magnetischen Drehfeld erzeugt wird, das durch einen Wechselstrom, der in der Spule des Stators 2 strömt, und einem durch den Rotor 5 erzeugten Induktionsstrom, erzeugt wird.
-
Wenn der Antriebsmotor 100 als Induktionsmotor gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angetrieben bzw. betrieben wird, wenn der AC-Strom an die Spule des Stators 2 angelegt wird, wird der Induktionsstrom in dem Rotor 5 durch das Drehmagnetfeld des Stators 2 erzeugt. Die Drehkraft um in einer Richtung zu drehen wird an den Rotor 5 durch das magnetische Drehfeld des Stators 2 und den Induktionsstrom des Rotors 5 angelegt.
-
Das heißt, in dem Rotor 5 des Antriebsmotor 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der als Induktionsmotor angetrieben bzw. betrieben wird, wird der Induktionsstrom 51 in dem Keilkörper 51 erzeugt, um eine Funktion der Leiterschiene 59 und der Endspulenabdeckung 70 durchzuführen um eine Funktion des Endrings 79 durch das magnetische Drehfeld des Stators 2 durchzuführen.
-
Dementsprechend kann der Antriebsmotor 100 als ein Synchronmotor mit gewickeltem Rotor bei normalem Zustand und als ein Induktionsmotor wenn der Rotor 5 eine Fehlfunktion aufweist angetrieben bzw. betrieben werden.
-
Als Ergebnis kann, wenn eine plötzliche Fehlfunktion, wie beispielsweise ein Kurzschluss der Rotorspule 1 oder ein Isolationsdefekt der Rotorspule 1, auftritt, der Antriebsmotor vorübergehend als Induktionsmotor angetrieben bzw. betrieben werden. Als Ergebnis kann ein Fahrzeug durch die Antriebskraft (im Stand der Technik als ein „Limphome Modus“ bezeichnet) an einen sicheren Ort gefahren werden, und ein Fahrer kann aus einer gefährlichen Situation befreit werden.
-
9 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotor eines Antriebsmotors gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 9 ist eine perspektivische Teilexplosionsdarstellung, die einen Rotor eines Antriebsmotors gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
Unter Bezugnahme auf die 9 und 10, weist der Antriebsmotor einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine nicht-gespritzte offene Struktur (engl.: „non-molding type open structure“) auf, die einen Rotor 105 bereitstellt, die effizient Wärme, die von der Rotorspule 1 erzeugt wird, durch eine Wärmeleiteigenschaft der Keilelemente 50 abstrahlt. Aufgrund der offenen Struktur verbessert die Strömung von Außenluft die Effizienz und Leistung eines Motors.
-
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Rotor 105 einen Spulenkörper 30 mit einer Vielzahl von ersten Verbindungskanälen 33, die sich in axialer Richtung des Rotorkörpers 10 erstrecken, wie in 5 gezeigt ist, aufweisen.
-
Die ersten Verbindungskanäle 33 sind unter den Spulentragelementen 31 ausgebildet. Als Ergebnis sind die ersten Verbindungskanäle 33 radial unterteilt und angrenzend zu dem Zentrum des Spulenkörpers 30 durch die Spulentragelemente 31 ausgebildet. Die Spulentragelemente 31 können die Rotorzähne 11 tragen (nachfolgend, siehe 6) und radial die Vielzahl von ersten Verbindungskanälen 33 partitionieren. Jeder erste Verbindungskanal 33 umfasst ein Loch, das sich in der axialen Richtung des Rotorkörpers 10 erstreckt, und ist mit dem Schlitz 13 (nachfolgend, siehe 6) zwischen den Rotorzähnen 11 verbunden.
-
Ferner kann in einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Antriebsmotor die Endspulenabdeckung 170 aufweisen, die zweite Verbindungskanäle 171 aufweist, um eine externe Luftströmung zu beiden Seiten des Rotorkörpers 10 zu ermöglichen.
-
Die zweiten Verbindungskanäle 171 sind radial ausgebildet und voneinander um die Mitte der Endspulenabdeckung 170 beabstandet. Eine Vielzahl von Rippen 173 ist in der Endspulenabdeckung 170 ausgebildet, um die zweiten Verbindungskanäle radial zu partitionieren.
-
Die zweiten Verbindungskanäle 171 sind mit den ersten Verbindungskanälen 33 des Spulenkörpers 30 verbunden. Ferner sind die ersten und zweiten Verbindungskanäle 33 und 171 mit einem Raum 17 zwischen den Rotorzähnen 11, auf denen die Rotorspule 1 gewickelt ist, in dem Rotorkörper 10 verbunden.
-
Unterdessen durchdringen beide Querschnitte 51A jedes Keilelements 50 die ersten Verbindungskanäle 33 des Spulenkörpers 30 und sind mit den zweiten Verbindungskanälen 171 der Endspulenabdeckung 170 verbunden. Das heißt, beide Querschnitte 51a des Keilkörpers 51 sind an die Außenseite des zweiten Verbindungskanals 711 benachbart zu den Rippen 173 angebunden.
-
Hierin sind beide Querschnitte 51a des Keilkörpers 51 an den Außenseiten der zweiten Verbindungskanäle 171 durch das Schweißverfahren oder durch Presspassung an die Außenseiten mittels dem Männlich-Weiblich-Verfahren in der Endspulenabdeckung 170, wie in der beispielhaften Ausführungsform beschrieben, angebunden. Zusätzlich ist der in dem Keilkörper 51 definierte Hohlbereich mit dem zweiten Verbindungskanal 171 der Endspulenabdeckung 170 verbunden ist. Als Ergebnis kann der Hohlbereich 53 mit dem zweiten Verbindungskanal 171 verbunden sein.
-
Unterdessen kann der Rotor 105 des Antriebsmotors gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die nicht-gespritzte offene Struktur benachbart zu dem Spulenkörper 30 und der Endspulenabdeckung 170 aufweisen.
-
Um die auf die Rotorspule 1 wirkenden Zentrifugalkräfte zu tragen bzw. aufzunehmen und die Ausrichtung der Rotorspule 1 zu sichern, wenn sich der Rotor 105 schnell dreht, kann der Rotor 105 die Rotorspule 1 durch den Spulenkörper 30 und das Keilelement 50 sicher fixieren, ohne die Notwendigkeit, ein Harz in die Endspulenabdeckung 170 einzuformen bzw. zu spritzen (engl.: „molding a resin in the end coil cover“).
-
Zusätzlich kann in dem Rotor 105 die Außenluft zu der Rotorspule 1 des Rotorkörpers 10 durch die ersten Verbindungskanäle 33 des Spulenkörpers und die zweiten Verbindungskanäle 171 der Endspulenabdeckung 170 strömen.
-
Nachstehend wird eine Wirkung des Antriebsmotors gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die offenbarten Figuren beschrieben.
-
Zuerst wird, wenn der Strom an die Statorspule des Stators 2 (nachfolgend, siehe 1) und die Rotorspule 1 des Rotors 105 angelegt wird, der Rotorkörper 10 durch eine magnetische Wirkung, die zwischen dem Stator 2 und dem Rotor Körper 10 erzeugt wird, gedreht. In diesem Fall kann ein Kupferverlust durch den Widerstand der Rotorspule 1 auftreten und als Ergebnis Wärme durch die Rotorspule 1 erzeugt werden.
-
Mit den in dem Spulenkörper 30 geformten ersten Verbindungskanälen 30 und den in der Endspulenabdeckung 170 geformten zweiten Verbindungskanälen 171, die mit den ersten Verbindungkanälen 33 verbunden sind, sind die Keilelement 50 dazu konfiguriert, zu der Außenseite der beiden Ende des Rotorkörpers 10 vorzustehen. Somit kann die Luft zu der Rotorspule 1 des Rotorkörpers 10 strömen.
-
Der Bereich der Keilelemente 50, der vorsteht, kann im Inneren der Endspulenabdeckung 170 die Strömungsfähigkeit der Luft erhöhen und bewirken, dass die Luft durch die zweiten Verbindungskanäle 171 der Endspulenabdeckung 170 und die ersten Verbindungskanäle 33 des Spulenkörpers 30 zu der Rotorspule 1 strömt. Zusätzlich kann die Außenluft in der axialen Richtung des Rotorkörpers 10 durch den Hohlbereich 53 der Keilelemente 50 strömen.
-
Weiterhin können in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, da jedes Keilelement 50 aus einem metallischen Material mit elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist und den Keilkörper 51 aufweist, der mit der Endspulenabdeckung 170 verbunden ist, die Keilelemente 50 einfach die Wärme an die Endspulenabdeckung 170 durch die Keilkörper 51 übertragen.
-
Dementsprechend wird die von der Rotorspule 1 erzeugte Wärme durch die Strömung der Luft nach außen emittiert und die Wärme kann leicht durch die Keilelemente 50 auf die Endspulenabdeckung 170 übertragen werden. Somit kann die Rotorspule 1 schnell gekühlt werden.
-
Als Ergebnis, da die von der Rotorspule 1 erzeugte Wärme effizient abgestrahlt werden kann, kann der Kupferverlust, der durch den Widerstand der Rotorspule 1 erzeugt wird, verringert werden und der Wirkungsgrad des Motors erhöht werden.
-
Ferner können die Herstellungskosten aufgrund des Wegfallens der Notwendigkeit des Formharzes (engl.: „molding resin“) reduziert werden und die Kühlleistung des Rotors 105 kann weiter erhöht werden, indem die Rotorspule 1 durch die Außenluft direkt gekühlt wird.
-
Da die restlichen Konfigurationen und die restlichen Wirkungen des Antriebsmotors für den Rotor 105 des Antriebsmotors gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die gleichen sind wie diejenigen der obigen beispielhaften Ausführungsform, wird auf eine detailliertere Beschreibung dieser verzichtet.
-
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben wurden, ist der technische Gedanke der vorliegenden Erfindung nicht auf diese in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt und dem Fachmann auf dem Gebiet, der den technischen Gedanken der vorliegenden Erfindung kennt, ist in der Lage, leicht andere beispielhafte Ausführungsformen durch Hinzufügung, Änderung, Weglassen, Annexion und dergleichen von Komponenten im gleichen Umfang des technischen Gedankens wie in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung umfasst vorzuschlagen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-