DE19927263A1

DE19927263A1 - Antriebssystem

Info

Publication number: DE19927263A1
Application number: DE19927263A
Authority: DE
Inventors: Juergen Weimer
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2000-12-28
Also published as: FR2795253A1; US20020121817A1; FR2795253B1; US6531795B2; JP2001054209A; JP3359321B2

Abstract

Ein Antriebssystem (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfaßt eine Antriebswelle (14) und eine Elektromaschine (34), durch welche die Antriebswelle (14) zur Drehung antreibbar ist oder/und bei Drehung der Antriebswelle (14) elektrische Energie gewinnbar ist. Die Elektromaschine (34) weist eine Statoranordnung (36) und eine mit der Antriebswelle (14) drehbare permanent-magnetisch wirkende Rotoranordnung (38) auf. Es ist eine Wärmeübertragungsanordnung (42) vorgesehen, durch welche vorzugsweise vermittels eines Wärmeübertragungsfluids die Rotoranordnung (38) auf eine gewünschte Betriebstemperatur gebracht werden kann oder/und im Bereich der gewünschten Betriebstemperatur gehalten werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle und eine Elektromaschine, durch welche die Antriebswelle zur Drehung antreibbar ist oder/und bei Drehung der Antriebswelle elektrische Energie gewinnbar ist, wobei die Elektromaschine eine Statoranordnung und eine mit der Antriebswelle drehbare permanent magnetisch wirkende Rotoranordnung aufweist.

Bei modernen Antriebssystemen werden häufig Elektromaschinen als sogenannte Starter/Generator-Anordnungen eingesetzt, um einerseits ein Antriebsaggregat, wie z. B. eine Brennkraftmaschine, starten zu können, und um andererseits dann, wenn das Antriebsaggregat läuft und das Fahrzeug in Betrieb ist, elektrische Energie erzeugen zu können, um diese direkt ins Bordnetz einzuspeisen oder ggf. in einer Batterie zwischenzuspeichern. Derartige Elektromaschinen werden jedoch auch dazu eingesetzt, zusätzlich oder alternativ zu einer Brennkraftmaschine Antriebsenergie zu erzeugen. Insbesondere bei Elektromaschinen mit permanent magnetisch wirkender Rotoranordnung besteht das Problem, daß mit steigender Drehzahl derselben durch das durch die in der Rotoranordnung vorgesehenen Permanent- Magnete erzeugte Magnetfeld in der Statoranordnung eine zunehmend größer werdende Gegenspannung induziert wird. Wird diese Gegen spannung größer als eine an die Statoranordnung oder Statorwicklungen angelegte oder anlegbare Betriebsspannung, so tritt die Maschine in einen Feldschwächbereich ein, in dem durch geeignete Stromzufuhr zu den Statorwicklungen ein Teil des elektrischen Stroms zur elektronischen Feldschwächung genutzt wird, um die Elektromaschine weiter betreiben zu können. Je größer die Drehzahl wird, desto größer wird der Anteil des Feldschwächstroms und desto kleiner wird somit die Effizienz der elek trischen Maschine.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem vorzusehen, das in einem großen Drehzahlbereich ein verbessertes Wirkungsvermögen aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle und eine Elektromaschine, durch welche die Antriebswelle zur Drehung antreibbar ist oder/und bei Drehung der Antriebswelle elektrische Energie gewinnbar ist, wobei die Elektromaschine eine Statoranordnung und eine mit der Antriebs welle drehbare permanent magnetisch wirkende Rotoranordnung aufweist.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem weist ferner eine Wärmeüber tragungsanordnung auf, durch welche vorzugsweise vermittels eines Wärmeübertragungsfluids die Rotoranordnung auf eine gewünschte Betriebstemperatur gebracht werden kann oder/und im Bereich der gewünschten Betriebstemperatur gehalten werden kann.

Die Grundlage der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis, daß ins besondere bei permanent magnetisch wirkenden Rotoranordnungen das durch die Permanent-Magnete erzeugte Magnetfeld mit zunehmender Temperatur abnimmt. Wenn nun - wie bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen - die Temperatur im Bereich der Rotoranordnung auf eine vorgegebene, relativ hohe Temperatur eingestellt wird, so kann dafür gesorgt werden, daß insbesondere bei hohen Drehzahlen das durch die Permanent-Magnete der Rotoranordnung erzeugte Magnetfeld kleiner ist. Die Folge daraus ist wiederum, daß die durch das Magnetfeld der Permanent- Magnete induzierte Gegenspannung in der Statoranordnung abnimmt mit der Folge, daß ebenso der Anteil des Feldschwächstroms abnehmen kann bzw. das Eintreten in einen Feldschwächbereich erst bei höherer Drehzahl auftritt.

Die Einstellung auf eine gewünschte Temperatur kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Wärmeübertragungsanordnung eine Fluidkanal anordnung an einem der Rotoranordnung benachbart angeordneten Gehäusebereich umfaßt, durch welche Wärmeübertragungsfluid hindurch strömen kann.

Um sicherzustellen, daß auch bei Einstellung auf eine relativ hohe Tempera tur eine Beschädigung im Bereich der Rotoranordnung vermieden wird, wird vorgeschlagen, daß die gewünschte Betriebstemperatur eine Temperatur ist, welche ein vorbestimmtes Ausmaß, vorzugsweise ca. 10-50°C, unter einer Temperatur liegt, bei welcher eine irreversible Beeinträchtigung der Magnetisierung der permanent magnetisch wirkenden Rotoranordnung auftreten kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß die gewünschte Betriebstemperatur im Bereich von 100°C-200°C, vorzugsweise bei ca. 140°C-160°C, liegt.

Um den Aufbau des erfindungsgemäßen Antriebssystems so einfach wie möglich gestalten zu können, wird vorgeschlagen, daß das Antriebssystem ein durch ein Kühlfluid zu kühlendes Antriebsaggregat umfaßt, und daß das Kühlfluid des Antriebsaggregats das Wärmeübertragungsfluid für die Wärmeübertragungsanordnung bildet.

Derartige zu kühlende Kühlaggregate sind im allgemeinen Brennkraftmaschi nen, welche bei Inbetriebnahme zunächst noch kalt sind, d. h. auch das Kühlfluid, im allgemeinen Kühlwasser, wird eine Temperatur haben, die im Bereich der vorherrschenden Umgebungstemperatur liegt. Wird dann die Brennkraftmaschine gestartet, so steigt die Temperatur derselben und somit auch die Temperatur des Kühlfluids relativ rasch an, in jedem Falle schneller, als die Temperatur im Bereich der Rotoranordnung. Um dies dazu ausnutzen zu können, die Rotoranordnung relativ schnell auf die gewünschte Betriebstemperatur bringen zu können, wird vorgeschlagen, daß in einer Betriebsphase, in welcher die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids höher ist als die im Bereich der Rotoranordnung vorherrschende Temperatur und die im Bereich der Rotoranordnung vorherrschende Temperatur niedriger ist als die gewünschte Betriebstemperatur, die Zufuhr des Wärmeüber tragungsfluids zur Wärmeübertragung auf die Rotoranordnung erfolgt. Es sei darauf hingewiesen, daß dieser Effekt nicht nur dann genutzt werden kann, wenn eine zu kühlende Brennkraftmaschine als Antriebsaggregat eingesetzt wird, sondern immer dann, wenn ein Wärmeübertragungsfluid, wie z. B. ein Kühlfluid, eine höhere Temperatur als diejenige Temperatur, die im Bereich der Rotoranordnung vorherrscht, aufweist.

Bei der Kühlung von Antriebsaggregaten, wie z. B. Brennkraftmaschinen, stellt sich für das Kühlfluid derselben eine maximale Temperatur im Bereich von etwa 80°C-120°C ein. Dies ist im allgemeinen jedoch eine Tempera tur, die noch unter der Temperatur liegen kann, bei welcher gemäß der vorliegenden Erfindung die Rotoranordnung vorzugsweise arbeitet. Würde also damit fortgefahren werden, der Rotoranordnung bzw. der für diese vorgesehenen Wärmeübertragungsanordnung weiterhin dieses Kühlfluid als Wärmeübertragungsfluid zuzuführen, so wäre es schwer, in relativ kurzer Zeit bei der Rotoranordnung die gewünschte Betriebstemperatur zu erreichen. Es wird daher vorgeschlagen, daß in einer Betriebsphase, in welcher die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids nicht höher ist als die im Bereich der Rotoranordnung vorherrschende Temperatur und die im Bereich der Rotoranordnung vorherrschende Temperatur niedriger ist als die gewünschte Betriebstemperatur, die Zufuhr des Wärmeübertragungsfluids wenigstens vermindert, vorzugsweise im wesentlichen vollständig unterbrochen ist. In dieser Phase kann dann die Zufuhr von Wärme von anderen Wärmequellen, beispielsweise der Brennkraftmaschine, über Wärmeabstrahlung oder einer Kupplungsanordnung her oder ggf. auch der Statoranordnung her erfolgen.

Weiter wird dann vorgeschlagen, daß in einer Betriebsphase, in welcher die im Bereich der Rotoranordnung vorherrschende Temperatur im Bereich der gewünschten Betriebstemperatur ist, die Zufuhr des Wärmeübertragungs fluids zum Halten der Rotoranordnung auf einer im Bereich der gewünschten Betriebstemperatur liegenden Temperatur erfolgt. Dies bedeutet letztendlich, das Wärmeübertragungsfluid, das in der Anfangsphase noch zur Über tragung von Wärmeenergie auf die Rotoranordnung gedient hat, dient nunmehr dazu, unter Durchführung eines Regelverfahrens Wärmeenergie von der Rotoranordnung abzuziehen, die dieser beispielsweise von der Statoranordnung, einer Brennkraftmaschine direkt oder einer Reibungskupp lung zugeführt wird.

Bei der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise vorgesehen, daß die gewünschte Betriebstemperatur in Abhängigkeit von der Drehzahl der Rotoranordnung einstellbar ist. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die gewünschte Betriebstemperatur bei höherer Drehzahl der Rotor anordnung höher ist als bei niedrigerer Drehzahl der Rotoranordnung. Dabei macht die Erfindung Nutzen davon, daß, wie bereits angesprochen, mit abnehmender Temperatur der magnetische Fluß bzw. die Feldstärke der Permanent-Magnete der Rotoranordnung im allgemeinen zunimmt. Bei geringeren Drehzahlen ist jedoch die induzierte Gegenspannung noch gering, in jedem Fall geringer als die an die Statoranordnung angelegte Betriebs spannung, so daß hier zunächst das Vorgeben einer niedrigeren gewünsch ten Betriebstemperatur den Vorteil hat, daß aufgrund der höheren Feldstärke der Permanent-Magnete ein erhöhter Wirkungsgrad der Elektromaschine erzielt werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems, wobei das Antriebssystem eine Antriebswelle und eine Elektromaschine aufweist, durch welche die Antriebswelle zur Drehung antreibbar ist oder/und bei Drehung der Antriebswelle elektrische Energie gewinnbar ist, wobei die Elektromaschine eine Statoranordnung und eine mit der Antriebswelle drehbare permanent magnetisch wirkende Rotoranordnung aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

a) Vorgeben einer Soll-Temperatur für die Rotoranordnung,
b) Einstellen der im Bereich der Rotoranordnung vorherrschenden Temperatur auf die Soll-Temperatur.

Dabei kann vorgesehen sein, daß der Schritt b) das Einstellen der im Bereich der Rotoranordnung vorherrschenden Temperatur durch die Zufuhr eines Wärmeübertragungsfluids umfaßt.

Um insbesondere im Fall von fehlerhaften Ansteuerungen dafür zu sorgen, daß eine Beschädigung im Bereich der Elektromaschine vermieden wird, wird vorgeschlagen, daß die Soll-Temperatur eine Temperatur ist, welche ein vorbestimmtes Ausmaß, vorzugsweise ca. . . . °C, unter einer Temperatur liegt, bei welcher eine irreversible Beeinträchtigung der Magnetisierung der permanent magnetisch wirkenden Rotoranordnung auftreten kann.

Der Schritt b) kann folgende Maßnahmen umfassen:

1. b₁) In einer Betriebsphase, in welcher die Temperatur des Wärme übertragungsfluids höher ist als die im Bereich der Rotoranordnung vorherrschende Temperatur und die im Bereich der Rotoranordnung vorherrschende Temperatur niedriger ist als die Soll-Betriebstempera tur, erfolgt die Zufuhr des Wärmeübertragungsfluids zur Wärmeüber tragung auf die Rotoranordnung, oder/und
2. b₂) in einer Betriebsphase, in welcher die Temperatur des Wärme übertragungsfluids nicht höher ist als die im Bereich der Rotoranord nung vorherrschende Temperatur und die im Bereich der Rotoranord nung vorherrschende Temperatur niedriger ist als die Soll-Betriebs temperatur, wird die Zufuhr des Wärmeübertragungsfluids wenig stens vermindert, vorzugsweise im wesentlichen vollständig unter brochen, oder/und
3. b₃) in einer Betriebsphase, in welcher die im Bereich der Rotoranordnung vorherrschende Temperatur im Bereich der Soll-Betriebstemperatur ist, erfolgt die Zufuhr des Wärmeübertragungsfluids zum Halten der Rotoranordnung auf einer im Bereich der Soll-Betriebstemperatur liegenden Temperatur.

Wie bereits vorangehend beschrieben, kann im Schritt a) die Soll-Tempera tur für die Rotoranordnung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Rotor anordnung eingestellt werden, wobei vorzugsweise dann die Soll-Tempera tur für die Rotoranordnung bei höherer Drehzahl auf einen höheren Wert gesetzt wird als bei niedrigerer Drehzahl.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Antriebssystem;

Fig. 2 eine vereinfachte Längsschnittansicht im Bereich einer Elek tromaschine.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem 10, wie es in Fig. 1 beispielhaft dargestellt ist, umfaßt eine Brennkraftmaschine 12 als Antriebsaggregat, wobei mit einer Antriebswelle 14, beispielsweise einer Kurbelwelle 14, ein Schwungrad 16 einer Reibungskupplung 18 gekoppelt ist. Die Kupplungs scheibe 20 der Reibungskupplung 18 ist über eine Getriebeeingangswelle 22 mit einem Getriebe 24 verbunden, welches über eine Getriebeausgangs welle und ein Differential 28 Räder 30, 32 antreibt. Es sei darauf hingewie sen, daß die Brennkraftmaschine 12, die Kupplung 20, das Getriebe 24 und verschiedene andere Komponenten von beliebigem Aufbau sein können.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem weist ferner eine Elektromaschine 34 als Starter/Generator-Anordnung auf. Wie nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 2 noch detailliert beschrieben, weist die Elektromaschine 34 eine Statoranordnung 36 mit einer oder Mehrzahl von Statorwicklungen auf, die in elektromagnetischer Wechselwirkung mit einer mit dem Schwungrad 16 drehbaren Rotoranordnung 38 steht. Die Rotoranordnung 38 ist von permanent-magnetischer Wirkungsweise, d. h. sie trägt eine Mehrzahl von Permanent-Magneten. Durch die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den Permanent-Magneten der Rotoranordnung 38 und den Wicklungen der Statoranordnung 36 bzw. der jeweiligen Magnetfelder kann entweder ein unterstützendes Drehmoment auf die Kurbelwelle 14 und somit den Antriebsstrang geleitet werden, oder es kann bei Drehung der Kurbelwelle 14 diese kinetische Energie zum Teil in elektrische Energie umgesetzt werden und diese elektrische Energie dann in das Bordnetz oder in eine Batterie gespeist werden.

Man erkennt in Fig. 1 ferner, daß der Statoranordnung 36 eine Wärmeüber tragungsanordnung oder eine Kühlanordnung 40 zugeordnet ist, um die in der Statoranordnung 36 durch elektrische Verluste erzeugte Wärme abführen zu können. Auch der Rotoranordnung 38 ist eine Wärmeüber tragungsanordnung 42 zugeordnet, um, wie im folgenden noch detailliert beschrieben, diese auf eine gewünschte Temperatur einstellen zu können. Die beiden Wärmeübertragungsanordnungen 40, 42 stehen über jeweilige Fluidleitungen 44, 46 in Verbindung mit einer Quelle für Wärmeüber tragungsfluid.

Der Aufbau insbesondere der Starter/Generator-Anordnung wird im folgenden mit Bezug auf die Fig. 2 detailliert beschrieben.

Man erkennt in Fig. 2, daß die Rotoranordnung 38 einen mit dem Schwung rad 16 über eine Mehrzahl von Bolzen 50 fest verbundenen, näherungs weise ringartigen Rotorträger 52 umfaßt. An einer Innenumfangsfläche trägt der Rotorträger 52 als Joch des Rotors mehrere scheibenartige Metallringe 54, die an ihrer Innenumfangsfläche wiederum mehrere Permanent-Magnete 56 tragen. An einer Außenumfangsfläche weist der Rotorträger 52 Kühlrippen 58 auf, die vorzugsweise die gleiche Breite und Tiefe aufweisen. Den Kühlrippen 58 liegen Kühlrippen 60 eines Gehäuseteils 62 gegenüber, das eine Getriebeglocke 64 mit einer Wandung 66 des Motorblocks verbindet. Man erkennt ferner, daß an der Außenseite des Gehäuseteils 62 ebenfalls Kühlrippen 63 vorgesehen sind, die zur verstärkten Wärme abstrahlung nach außen hin dienen können.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Verbindung des Rotorträgers 52 zum Schwungrad 16 derart gestaltet ist, daß hier ein erschwerter Wärmeüber gang vorliegt. Zu diesem Zwecke ist im radial äußeren Bereich des Schwungrads 16 eine Ausnehmung 68 gebildet, so daß der Rotorträger 52 lediglich an zwei ringartigen Abschnitten 70, 72 des Schwungrads aufliegt. Ferner könnte zwischen jedem Schraubenkopf und dem Schwungrad ein Isoliermaterial angeordnet sein, und die von den Schrauben 50 durchsetzten Öffnungen des Schwungrads 16 können einen größeren Durchmesser als die Schraubenschäfte aufweisen.

Die Statoranordnung 36 mit ihren nicht im Detail gezeigten Wicklungen ist auf einem Statorträger 70 getragen, der ebenfalls an der Wandung 66 des Motorblocks getragen ist. Im Statorträger 70 ist zum Bilden der Wärmeüber tragungsanordnung 40 für die Statoranordnung 36 ein Kanalsystem 40 vorgesehen, das nach radial außen hin durch einen Abdeckring 72 verschlossen ist, auf welchem wiederum die Statoranordnung 36 festgelegt ist. Das Kanalsystem 40 steht über eine Leitung 44 in Verbindung mit einem in der Wandung 66 des Motorblocks vorgesehenen Kühlwassermantel 74 des Motorblocks. Das heißt, das den Motorblock durchströmende Kühlwas ser tritt über die Leitung 44 in das Kanalsystem 40 ein und kann somit die Statoranordnung 36 kühlen. Der Austritt ist in der Figur nicht dargestellt.

In entsprechender Weise ist in dem Gehäuseteil 62 ein Kanalsystem 42 vorgesehen, das beispielsweise über eine Leitung 46 ebenfalls in Ver bindung mit dem Kühlwassermantel 74 stehen kann. Hier kann zusätzlich auch noch eine Pumpe 76 und ein unter Ansteuerung einer Steuervor richtung 78 vorgesehenes Ventil 80 vorgesehen sein. Der Austritt des Kanalsystems 42 ist mit 82 schematisch angedeutet. Ferner ist im Bereich der Statoranordnung 36 ein Tempertursensor 84 vorgesehen. Der Tempera tursensor 84 liefert zur Steuervorrichtung 78 ein Temperatursignal, das die im Bereich der Statoranordnung 36 vorherrschende Temperatur repräsen tiert. Der Sensor 84 kann z. B. auch direkt auf der Rotoranordnung 38 angeordnet sein, so daß die durch diesen erfaßte Temperatur noch näher an der tatsächlichen Temperatur der Rotoranordnung 38 bzw. der Permanent- Magnete 56 liegt.

Im folgenden wird der Betrieb der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung beschrieben. Dabei wird zunächst davon ausgegangen, daß das Antriebs aggregat, d. h. die Brennkraftmaschine 12, gestartet wird, d. h. die Brennkraftmaschine 12 und somit auch das Kühlfluid, d. h. das Kühlwasser, das im Wassermantel 74 zirkuliert, ist zunächst noch kalt. Bei Inbetrieb nahme der Brennkraftmaschine 12 beginnt das Kühlfluid durch den Wasser mantel zu zirkulieren und erwärmt sich dabei relativ schnell. Das heißt, die Temperatur des Kühlfluids wird in der relativ kurzen Zeit über der Umge bungstemperatur liegen. Dies wird dazu ausgenutzt, um durch geeignete Ansteuerung der Pumpe 76 und des Ventils 80 vermittels der Steuer einrichtung 78 dem Kanalsystem 42 ebenfalls dieses Kühlfluid zuzuführen, so daß das Gehäuseteil 62 insbesondere im Bereich der Kühlrippen 60 erwärmt wird. Die Kühlrippen 60 strahlen dann Wärme auf die noch kälteren Kühlrippen 58 des Rotorträgers 52 ab, so daß die Rotoranodnung 38 erwärmt wird. Gleichzeitig wird auch dem Kanalsystem 40 für die Stator anordnung 36 das Kühlfluid zugeführt, um die in der Statoranordnung 36 erzeugte Wärme zumindest zum Teil abzuführen. Ein weiterer Teil der in der Statoranordnung 36 erzeugten Wärme wird nach radial außen zu den Permanent-Magneten 56 der Rotoranordnung 38 abgestrahlt, so daß diese hier zusätzlich erwärmt werden. Auch wird, wenn auch nur in geringem Ausmaß, bei schlupfendem Betrieb der Kupplung 18 Wärmeenergie vom Schwungrad 16 auf die Rotoranordnung 38 übertragen werden. Weiterhin wird Wärmeenergie direkt durch Abstrahlung von der Wandung 66 des Motorblocks auf die Permanent-Magnete 56 der Rotoranordnung 38 gelangen.

Hat das Kühlfluid der Brennkraftmaschine 12 einmal seine maximale Temperatur im Bereich von 80°C-120°C erreicht, so kann dieses Kühlfluid nicht mehr dazu genutzt werden, um die Rotoranordnung 38 weiter zu erwärmen. Es wird daher dann, wenn die gewünschte Betriebstemperatur, d. h. die Soll-Betriebstemperatur der Rotoranordnung 38 über dieser maximalen Temperatur des Kühlfluids der Brennkraftmaschine 12 liegt, die Zufuhr dieses Kühlfluids zu dem Kanalsystem 42 zumindest teilweise unterbrochen, vorzugsweise vollständig unterbrochen, so daß eine Wärmezufuhr zu der Rotoranordnung 38 nur noch durch die anderen, vorangehend angesprochenen Wärmequellen erfolgt. Erst wenn dann nach einiger Betriebszeit die Rotoranordnung 38 die vorgegebene oder ge wünschte Betriebstemperatur erreicht hat, die im Bereich von 140°C-160°C liegen kann, wird die Zufuhr des Kühlfluids der Brennkraftmaschine zu dem Kanalsystem 42 wieder zugelassen, um in einer Temperaturregel schleife dann durch Abfuhr von Wärmeenergie von der Rotoranordnung 38 zum Gehäuseteil 62 und somit dem Kühlfluid hin die Rotoranordnung 38 auf der gewünschten Betriebstemperatur zu halten. Unterstützend kann hierzu beispielsweise auch das Kanalsystem 40 durch eine entsprechende Pumpen- und Ventilanordnung mit Kühlfluid versorgt werden, so daß in der ersten Betriebsphase hier die Zufuhr von Kühlfluid unterbunden werden könnte, um die in der Statoranordnung 36 erzeugte Wärme zur Rotoranordnung 38 hin abgeben zu können und um dann, wenn die Rotoranordnung 38 zu kühlen ist, auch die Statoranordnung 36 stärker zu kühlen, um die Wärme abstrahlung von der Statoranordnung 36 zur Rotoranordnung 38 ebenfalls zu mindern.

Man erkennt also, daß zunächst in einer Betriebsphase, in welcher die Temperatur der Rotoranordnung unter der Temperatur des Kühlfluids und unter der gewünschten Betriebstemperatur liegt, die vorzugsweise maximale Zufuhr des Kühlfluids erfolgt, um von diesem Wärmeenergie auf die Rotoranordnung 38 zu übertragen, daß dann in einer Betriebsphase, in welcher die Temperatur im Bereich der Rotoranordnung höher ist als die Temperatur des Kühlfluids, jedoch noch niedriger ist als die gewünschte Betriebstemperatur, die Zufuhr des Kühlfluids im wesentlichen unterbunden wird, um die Erwärmung der Rotoranordnung 38 durch andere Wärmequel len vorzunehmen, und dann, wenn die Rotoranordnung 38 die gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat, wird das Kühlfluid wieder zugeführt, um in einer Temperaturregelschleife die Rotoranordnung 38 auf die gewünschte Temperatur einzustellen bzw. dort zu halten.

Der Grund, warum insbesondere für höhere Drehzahlen der Brennkraftma schine und somit der Rotoranordnung 38 die gewünschte Betriebstempera tur der Rotoranordnung 38 auf einen Temperaturbereich von 140°C-160°C eingestellt wird, ist, daß die Permanent-Magnete 56 im allgemeinen einen negativen Temperatur-Koeffizienten haben, d. h. mit ansteigender Temperatur nimmt die Feldstärke derselben ab. Dies heißt jedoch, daß durch das Einstellen der Betriebstemperatur der Rotoranordnung 38 auf eine relativ hohe Temperatur bei höheren Drehzahlen durch das verminderte Magnetfeld der Permanent-Magneten 56 eine ebenso verminderte Gegenspannung in der Statoranordnung 36 induziert wird, so daß das Eintreten in den Feld schwächbereich, in dem ein nicht unerheblicher Anteil des elektrischen Stroms nur zur Feldschwächung des Felds der Permanent-Magneten und nicht zur Drehmomenterzeugung genutzt werden kann, hinausgeschoben werden kann bzw. der Anteil des Feldschwächstroms gegenüber dem Anteil des drehmomenterzeugenden Stroms gemindert werden kann. Es wird somit die Verlustleistung im Bereich der Elektromaschine 34 insbesondere bei höheren Drehzahlen gemindert.

Wird erkannt, daß die Maschine bei niedrigeren Drehzahlen arbeiten soll, bei welchen die induzierte Gegenspannung ohnehin kleiner ist als die an die Statoranordnung 36 angelegte Betriebsspannung und somit ein Feld schwächbereich nicht vorliegt, so kann die gewünschte Betriebstemperatur der Rotoranordnung 38 auf einen niedrigeren Wert eingestellt werden, um hier den negativen Temperaturkoeffizienten der Permanent-Magneten 56 zu nutzen. Das heißt, wird die Temperatur im Bereich der Rotoranordnung 38 gesenkt, so nimmt das durch die Permanent-Magneten 56 erzeugte Magnetfeld in seiner Stärke zu mit der Folge, daß die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen der Statoranordnung 36 und der Rotoranordnung 38 zunimmt und die Maschine mit höherer Effizienz arbeiten kann. Als Material für derartige Permanent-Magnete 56 könnten beispielsweise NdFeß- Legierungen eingesetzt werden.

Die Temperatur, auf welche insbesondere bei höheren Drehzahlen die ge wünschte Betriebstemperatur eingestellt werden soll, sollte zu derjenigen Temperatur, bei welcher im Bereich der Permanent-Magneten 56 irreversible Beeinträchtigungen der Magnetisierung auftreten können, einen bestimmten Sicherheitsabstand von beispielsweise 10-50°C aufweisen. Es kann somit sichergestellt werden, daß beispielsweise auch bei kurzzeitigem Ausfall der Kühlfluidzufuhr oder fehlerhafter Bestromung der Statoranordnung 36 die Temperatur im Bereich der Rotoranordnung 38 nicht so hoch werden kann, daß ein nicht mehr behebbarer Schaden im Bereich derselben auftritt. Insbesondere ist darauf zu achten, daß dann, wenn die Permanent-Magnete 56 an die Rotoranordnung 38 angeklebt sind, die maximal auftretenden Temperaturen nicht zu einer Beschädigung des eingesetzten Klebestoffs führen kann.

Claims

1. Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (14) und eine Elektromaschine (34), durch welche die Antriebswelle (14) zur Drehung antreibbar ist oder/und bei Drehung der Antriebswelle (14) elektrische Energie gewinnbar ist, wobei die Elektromaschine (34) eine Statoranordnung (36) und eine mit der Antriebswelle (14) drehbare permanent magnetisch wirkende Rotoranordnung (38) aufweist, gekennzeichnet durch eine Wärmeübertragungsanordnung (42), durch welche vorzugsweise vermittels eines Wärmeübertragungsfluids die Rotoranordnung (38) auf eine gewünschte Betriebstemperatur gebracht werden kann oder/und im Bereich der gewünschten Betriebstemperatur gehalten werden kann.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsanordnung (42) eine Fluidkanalanordnung (42) an einem der Rotoranordnung (38) benachbart angeordneten Gehäusebereich (62) umfaßt, durch welche Wärmeübertragungsfluid hindurchströmen kann.

3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Betriebstemperatur eine Temperatur ist, welche ein vorbestimmtes Ausmaß, vorzugs weise ca. 10-50°C, unter einer Temperatur liegt, bei welcher eine irreversible Beeinträchtigung der Magnetisierung der permanent magnetisch wirkenden Rotoranordnung (38) auftreten kann.

4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Betriebstemperatur im Bereich von 100°C-200°C, vorzugsweise bei ca. 140°C-160°C, liegt.

5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssystem (10) ein durch ein Kühlfluid zu kühlendes Antriebsaggregat (12) umfaßt, und daß das Kühlfluid des Antriebsaggregats das Wärmeübertragungsfluid für die Wärmeübertragungsanordnung (42) bildet.

6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Betriebsphase, in welcher die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids höher ist als die im Bereich der Rotoranordnung (38) vorherrschende Temperatur und die im Bereich der Rotoranordnung (38) vorherrschende Temperatur niedriger ist als die gewünschte Betriebstemperatur, die Zufuhr des Wärmeübertragungsfluids zur Wärmeübertragung auf die Rotoranord nung (38) erfolgt.

7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Betriebsphase, in welcher die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids nicht höher ist als die im Bereich der Rotoranordnung (38) vorherrschende Temperatur und die im Bereich der Rotoranordnung vorherrschende Temperatur niedriger ist als die gewünschte Betriebstemperatur, die Zufuhr des Wärme übertragungsfluids wenigstens vermindert, vorzugsweise im wesentli chen vollständig unterbrochen ist.

8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Betriebsphase, in welcher die im Bereich der Rotoranordnung (38) vorherrschende Temperatur im Bereich der gewünschten Betriebstemperatur ist, die Zufuhr des Wärmeübertragungsfluids zum Halten der Rotoranordnung (38) auf einer im Bereich der gewünschten Betriebstemperatur liegenden Temperatur erfolgt.

9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Betriebstemperatur in Abhängigkeit von der Drehzahl der Rotoranordnung (38) einstellbar ist.

10. Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Betriebstemperatur bei höherer Drehzahl der Rotoranordnung (38) höher ist als bei niedrige rer Drehzahl der Rotoranordnung (38).

11. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (10), wobei das Antriebssystem (10) eine Antriebswelle (14) und eine Elektroma schine (34) aufweist, durch welche die Antriebswelle (14) zur Drehung antreibbar ist oder/und bei Drehung der Antriebswelle (14) elektrische Energie gewinnbar ist, wobei die Elektromaschine eine Statoranordnung (36) und eine mit der Antriebswelle (14) drehbare permanent magnetisch wirkende Rotoranordnung (38) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

a) Vorgeben einer Soll-Temperatur für die Rotoranordnung (38),
b) Einstellen der im Bereich der Rotoranordnung (38) vorherr schenden Temperatur auf die Soll-Temperatur.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) das Einstellen der im Bereich der Rotoranordnung (38) vorherrschenden Temperatur durch die Zufuhr eines Wärmeübertragungsfluids umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Temperatur eine Temperatur ist, welche ein vorbestimmtes Ausmaß, vorzugsweise ca. 10-50°C, unter einer Temperatur liegt, bei welcher eine irreversible Beein trächtigung der Magnetisierung der permanent magnetisch wirkenden Rotoranordnung (38) auftreten kann.

14. Verfahren nach Anspruch 2 oder 13, sofern auf Anspruch 12 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) folgende Maßnahmen umfaßt:

1. b₁) In einer Betriebsphase, in welcher die Temperatur des Wärme übertragungsfluids höher ist als die im Bereich der Rotoranord nung (38) vorherrschende Temperatur und die im Bereich der Rotoranordnung (38) vorherrschende Temperatur niedriger ist als die Soll-Betriebstemperatur, erfolgt die Zufuhr des Wärme übertragungsfluids zur Wärmeübertragung auf die Rotoranord nung (38), oder/und
2. b₂) in einer Betriebsphase, in welcher die Temperatur des Wärme übertragungsfluids nicht höher ist als die im Bereich der Rotoranordnung (38) vorherrschende Temperatur und die im Bereich der Rotoranordnung (38) vorherrschende Temperatur niedriger ist als die Soll-Betriebstemperatur, wird die Zufuhr des Wärmeübertragungsfluids wenigstens vermindert, vorzugs weise im wesentlichen vollständig unterbrochen, oder/und
3. b₃) in einer Betriebsphase, in welcher die im Bereich der Rotor anordnung (38) vorherrschende Temperatur im Bereich der Soll-Betriebstemperatur ist, erfolgt die Zufuhr des Wärmeüber tragungsfluids zum Halten der Rotoranordnung (38) auf einer im Bereich der Soll-Betriebstemperatur liegenden Temperatur.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt a) die Soll-Temperatur für die Rotoranordnung (38) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Rotor anordnung (38) eingestellt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Temperatur für die Rotor anordnung (38) bei höherer Drehzahl auf einen höheren Wert gesetzt wird als bei niedrigerer Drehzahl.