DE102004058661A1

DE102004058661A1 - Lagerschild und Gehäuse für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102004058661A1
Application number: DE102004058661A
Authority: DE
Inventors: Horst Braun; Juergen Lechner; Eugen Hellekes; Robert Goldschmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2006-06-14
Also published as: FR2879042A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Lagerschild für eine elektrische Maschine mit einer als Außenseite und einer als Innenseite vorgesehenen Fläche (11). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass auf der als Innenseite vorgesehenen Fläche (11) Wärmeübertragungsflächen vergrößernde Kühlstrukturen (12) angeordnet sind. Weiterhin wird ein Gehäuse für eine elektrische Maschine vorgeschlagen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Lagerschild sowie von einem Gehäuse für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 9.
Bei Generatoren für Kraftfahrzeuge ist es üblich, die Gleichrichterelektronik in das Lagerschild einzupressen. Bei einem luftgekühlten Generator können derart eingepresste elektrische Bauelemente wie Gleichrichterdioden durch die eigene, über deren elektrische Verlustleistung erzeugte thermische Energie und der thermischen Energie weiterer Bauteile, insbesondere des Stators, leicht über ihre zulässige Grenztemperatur erhitzt werden. Die Bauteilkühlung erfolgt üblicherweise über einen oder mehrere am Rotor angebrachte Lüfter, welche die Kühlluft axial über die Generatorschutzkappe bzw. die Riemenscheibe ansaugen. Die Luft wird über die zu kühlenden Bauteile geleitet und radial über die Wickelköpfe des Stators ausgeblasen.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Lagerschild für eine elektrische Maschine, insbesondere einem B-Lagerschild, mit einer Außenseite und mit einer als Innenseite vorgesehenen Fläche.
Es wird vorgeschlagen, dass auf der als Innenseite vorgesehenen Fläche Wärmeübertragungsflächen vergrößernde Kühlstrukturen angeordnet sind. Die Kühlstrukturen erhöhen vorteilhaft die effektiven Wärmeübertragungsflächen und vergrößern die Kühleffizienz. Vorteilhaft werden die Kühlstrukturen an der Innenseite eines B-Lagerschilds vorgesehen. Dort ergibt sich ein besonders günstiger lokaler Wärmeübergangskoeffizient. Vorteilhaft wird im eingebauten Zustand des Lagerschilds in einem Gehäuse einer elektrischen Maschine ein Kühlmedium, bevorzugt Kühlluft, über einen auf einer Rotorwelle angeordneten Lüfter angesaugt. Durch die bessere Kühlung des Lagerschilds können preiswerte Einzeldioden statt Doppeldioden eingesetzt werden, so dass eine bevorzugte elektrische Maschine kostengünstiger herstellbar ist. Zweckmäßigerweise wird ein möglichst minimaler Abstand zwischen Kühlstruktur und dem Ort eines an dem Lagerschild angeordneten, bevorzugt in den Lagerschild einzupressenden elektrischen Bauelements eingestellt.
In einer günstigen Ausgestaltung sind die Kühlstrukturen mindestens bereichsweise als Schaufelrippen ausgebildet. Zweckmäßigerweise ist die Ausgestaltung der Schaufelrippen an eine Strömungsrichtung bzw. an herrschende Strömungsverhältnisse angepasst. Dies ist besonders günstig, wenn eine definierte Drehrichtung eines Rotors gegeben ist, der in einer ein erfindungsgemäßes Lagerschild aufwei senden elektrischen Maschine angeordnet ist. Zweckmäßigerweise sind die Rippenform und die Rippenanzahl auf die Zahl und die Art der am Lagerschild angebrachten elektrischen Bauelemente abgestimmt.
In einer besonders günstigen Ausgestaltung sind die Kühlstrukturen mindestens bereichsweise als Nadelrippen ausgebildet. Vorteilhaft ist an dieser Rippenform, dass die Konstruktion unabhängig von einer Drehrichtung eines etwaigen Rotors einer bevorzugten elektrischen Maschine ist, in der das Lagerschild angeordnet ist.
In einer günstigen Ausgestaltung kann das Lagerschild sowohl Nadelrippen als auch Schaufelrippen als Kühlstrukturen aufweisen.
Zweckmäßigerweise sind die Kühlstrukturen in Bereichen, die zur Aufnahme von elektrischen Bauelementen vorgesehen sind, dichter angeordnet als an davon entfernten Bereichen.
Bevorzugt weisen die Kühlstrukturen eine Dicke zwischen 1 bis 4 mm auf. Bei Nadelrippen sind Durchmesser zumindest in deren Fußpunkt am Übergang zum Lagerschild zwischen 2,5 und 3,5 mm, bevorzugt um 3 mm, günstig. Die genauen Werte sind für den Fachmann je nach System und Anwendung mit thermischen Berechnungen bestimmbar und sinnvoll veränderbar.
Es ist vorteilhaft, wenn die Kühlstrukturen untereinander einen Minimalabstand aufweisen, der wenigstens doppelt so groß ist wie eine doppelte Grenzschichtdicke eines Kühlfluids bei einer Betriebsgeschwindigkeit des Kühlfluids. Bevorzugt liegt der Minimalabstand zwischen 2 und 4 mm. Bei Nadelrippen ist ein Minimalabstand um 3 mm vorteilhaft. Die genauen Werte sind für den Fachmann je nach System und Anwendung mit thermischen Berechnungen bestimmbar und vorteilhaft veränderbar.
Es ist günstig, wenn zwischen einem zu kühlenden elektrischen Bauelement und den Kühlstrukturen ein lateraler Minimalabstand von 1 bis 3 mm, bevorzugt um 2 mm, liegt. Zweckmäßigerweise wird ein möglichst minimaler Abstand gewählt, der fertigungstechnisch sinnvoll darzustellen ist. Mit Nadelrippen kann in einem definierten, aus Fertigungssicht minimal zulässigen Abstand vom Außenrand des zu kühlenden Bauelements die größtmögliche zusätzliche Wärmeübertragungsfläche für das jeweilige, als Wärmequelle fungierende Bauelement geschaffen werden. Die genauen Werte sind für den Fachmann je nach System und Anwendung mit thermischen Berechnungen bestimmbar und vorteilhaft veränderbar.
Zweckrnäßigerweise weisen die Kühlstrukturen eine Höhe auf, die abhängig von einer Schaufelhöhe eines zugeordneten Lüfters ist.
Für ein erfindungsgemäßes Gehäuse für eine elektrische Maschine mit wenigstens einem Lagerschild, wobei am Lagerschild wenigstens ein elektrisches Bauelement angeordnet ist, wird vorgeschlagen, dass das Lagerschild auf einer als Innenseite vorgesehenen Fläche Kühlstrukturen zur Kühlung des wenigstens einen Bauelements aufweist.
Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Im Folgenden zeigen:
1a, b in Draufsicht einen Ausschnitt aus einem bevorzugten B-Lagerschild eines Generatorgehäuses mit Nadelrippen als Kühlstrukturen (a) und ein Detail der Nadelrippenanordnung (b);
2 in Draufsicht einen Ausschnitt aus einem bevorzugten B-Lagerschild eines Generatorgehäuses mit Schaufelrippen als Kühlstrukturen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1a und 1b zeigen eine Draufsicht auf einen bevorzugten Lagerschild 10 für eine elektrische Maschine mit einer als Innenseite vorgesehenen Fläche 11, bei dem auf der als Innenseite vorgesehenen Fläche 11 Kühlstrukturen 12 angeordnet sind, sowie im Detail Kühlstrukturen 12 um ein als Einpressdiode ausgebildetes elektrisches Bauelement 18. Die Kühlstrukturen 12 sind als Nadelrippen ausgebildet. Die Kühlstrukturen 12 sind in Bereichen 19, die zur Aufnahme der elektrischen Bauteile 18 vorgesehen sind, dichter angeordnet als in davon entfernten Bereichen 20.
Im Lagerschild 10 sind ausgehend von einem Rand 17 die Kühlstrukturen 12 vorgesehen, die Bereiche umgeben, die zur Aufnahme von elektrischen Bauelementen 18 vorgesehen sind. Radial nach innen sind von Stegen 13 unterbrochene Öffnungen 15 angeordnet sowie eine axiale Öffnung 14, die z.B. zur Aufnahme einer Rotorwelle dienen kann. Durch die Öffnungen 15 kann ein Kühlfluid, insbesondere Kühlluft, in ein das Lagerschild 10 aufweisendes Gehäuse eintreten und dieses durchströmen. Die Kühlluft kann die elektrischen Bauelemente 18 überstreichen und radial austreten. Ein Lüfter zum Ansaugen des Kühlfluids ist nicht dargestellt.
Mit als Nadelrippen ausgebildeten Kühlstrukturen 12 kann in einem definierten, aus Fertigungsgründen minimal zulässigen lateralen Abstand von 1–3 mm von einem Außenrand des elektrischen Bauelements 18, insbesondere in einem Abstand von 2 mm, eine besonders große zusätzliche Wärmeübertragungsfläche für das jeweilige, als Wärmequelle dienende Bauelement 18 geschaffen werden. Eine vorteilhafte Dicke der einzelnen Nadelrippe liegt zwischen 2 bis 4 mm, bevorzugt um etwa 3 mm im Fußpunkt der einzelnen Nadelrippe. Ihre Höhe beträgt wenige Millimeter, z.B. 2 bis 5 mm, und ergibt sich zweckmäßigerweise abhängig von einer Schaufelhöhe eines zugeordneten Lüfters und ihrer erforderlichen mechanischen Festigkeit. Die Kühlstrukturen 12 weisen untereinander einen Minimalabstand auf, der wenigstens doppelt so groß ist wie eine doppelte Grenzschichtdicke eines Kühlfluids bei einer Betriebsgeschwindigkeit des Kühlfluids, vorzugsweise liegt der Minimalabstand zwischen 2 und 4 mm, besonders bevorzugt um 3 mm bei einer Geschwindigkeit von etwa 20 m/s mit Luft als Kühlfluid. Mit derartig ausgelegten Kühlstrukturen 12 kann eine Wärmeübertragungsfläche gegenüber einer glatten Fläche mehr als verdoppelt werden.
Die 2 zeigt eine Variante der Anordnung in 1, bei der die Kühlstrukturen 12 als Schaufelrippen ausgebildet sind. Von den aus 1 bekannten Elementen sind nur einige beispielhaft mit Bezugszeichen versehen. Die 2 zeigt als gerade Schaufelrippen ausgebildete Kühlstrukturen 12 als Gesamtansicht einer Innenseite 11 eines bevorzugten Lagerschilds 10. Benachbart zu Bereichen 19, die zur Aufnahme von elektrischen Bauelementen 18 vorgesehen sind, sind Kühlstrukturen 12 bildende Schaufelrippen vorgesehen, die als Strömungsleitkörper strömungsgünstig orientiert sind und möglichst viel Kühlluft über die Bauelemente 18 leiten. Der prinzipielle Strömungsverlauf innerhalb einer etwaigen elektrischen Maschine, in der ein solches Lagerschild 10 angeordnet ist, entspricht dem in 1.
Eine Positionierung von Kühlstrukturen 12 in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem nicht dargestellten Lüfter kann zweckmäßigerweise auf deren Einfluss auf ein Strömungsgeräusch und eine Bauelementtemperatur des Bauelements 18 abgestimmt werden. Gegebenenfalls kann auch eine Relativlage des Lüfters optimiert werden.
Des Weiteren können die Dimensionierung und die Auslegung der Kühlstrukturen 12 hinsichtlich des Strömungsgeräuschs und der Bauelementtemperatur bei Verwendung von Einzeldioden statt Doppeldioden, der Einfluss der gesamten Kühlstrukturen 12 auf das Strömungsgeräusch und die Bauelementtemperatur sowie der Einfluss der Kühlstrukturen 12 auf einen Druckverlust und somit den Luftdurchsatz auf gegebene Erfordernisse abgestimmt werden.

Claims

Lagerschild für eine elektrische Maschine mit einer als Außenseite und einer als Innenseite vorgesehenen Fläche (11), dadurch gekennzeichnet, dass auf der als Innenseite vorgesehenen Fläche (11) Wärmeübertragungsflächen vergrößernde Kühlstrukturen (12) angeordnet sind.
Lagerschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstrukturen (12) mindestens bereichsweise als Nadelrippen ausgebildet sind.
Lagerschild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstrukturen (12) mindestens bereichsweise als Schaufelrippen ausgebildet sind.
Lagerschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstrukturen (12) in Bereichen (19) die zur Aufnahme von elektrischen Bauelementen (18) vorgesehen sind, dichter angeordnet sind als an davon entfernten Bereichen (20).
Lagerschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstrukturen (12) eine Dicke zwischen 1 bis 4 mm aufweisen.
Lagerschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstrukturen (12) untereinander einen Minimalabstand aufweisen, der wenigstens doppelt so groß ist wie eine doppelte Grenzschichtdicke eines Kühlfluids bei einer Betriebsgeschwindigkeit des Kühlfluids.
Lagerschild nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Minimalabstand zwischen 2 und 4 mm liegt.
Lagerschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstrukturen (12) eine Höhe abhängig von einer Schaufelhöhe eines zugeordneten Lüfters aufweisen.
Gehäuse für eine elektrische Maschine mit wenigstens einem Lagerschild (10), wobei am Lagerschild (10) wenigstens ein elektrisches Bauelement (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (10) auf einer als Innenseite vorgesehenen Fläche (11) Wärmeübertragungsflächen vergrößernde Kühlstrukturen (12) zur Kühlung des wenigstens einen Bauelements (18) aufweist.