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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine.
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Hintergrund der Erfindung
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Elektrische Maschinen, wie etwa Synchronmaschinen, weisen eine Stator auf, der in ein Gehäuse montiert ist. Der Stator dient zum Aufbau eines magnetischen Kreises zum Rotor bzw. Läufer der elektrischen Maschine. Die Befestigung des Stators im Gehäuse kann kraftschlüssig oder formschlüssig erfolgen. Bei einer kraftschlüssigen Verbindung ist der Stator beispielsweise in das Gehäuse eingeschrumpft.
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In der Regel umfasst der Stator Segmente geschichteter, meist kalt gewalzter Elektrobleche, die auch Lamellen genannt werden und die zu einem Statorpaket bzw. Lamellenpaket zusammengefügt sind.
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Zur Kühlung der elektrischen Maschine kann zwischen dem Gehäuse und dem Stator ein Kühlkanal angeordnet sein. In der
DE 101 41 890 A1 wird beispielsweise eine elektrische Maschine mit Kühlkanal gezeigt, bei der im Kühlkanal Elemente angeordnet sind, die die Strömungsrichtung eines Kühlmediums beeinflussen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, den Aufbau einer elektrischen Maschine zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, wie etwa einen elektrischen Motor oder einen elektrischen Generator. Insbesondere kann die elektrische Maschine in einem Kraftfahrzeug verbaut sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrische Maschine ein Gehäuse, einen im Gehäuse aufgenommenen Stator, einen Rotor bzw. Innenläufer, der im Stator aufgenommen und im Gehäuse gelagert ist, und einen Kühlkanal zwischen dem Gehäuse und dem Stator, der von einem Kühlmedium durchströmbar ist. Der Stator ist konzentrisch zum Rotor und der Welle montiert, so dass ein möglichst exakt umlaufender Luftspalt zwischen Stator und Rotor entsteht.
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Der Kühlkanal kann gegenüber dem Inneren der elektrischen Maschine und/oder gegenüber einer Umgebung der elektrischen Maschine abgedichtet sein, so dass kein oder nahezu kein Kühlmedium den Kühlkanal an nicht dafür vorgesehenen Stellen verlassen kann.
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Das Gehäuse und der Stator sind formschlüssig über axiale Stege (d. h. Stege, die in axialer Richtung der elektrischen Maschine verlaufen) miteinander gegen ein radiales Verdrehen verbunden. Ein Formschluss kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Seitenflächen der axialen Stege an entsprechenden Gegenflächen anliegen, um so eine radiale Bewegung zu verhindern.
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Beispielsweise können das Gehäuse und/oder der Stator axiale Stege im Kühlkanal aufweisen, die in eine entsprechende Vertiefung am Stator und/oder Gehäuse eingreifen. Damit ist der Stator fest im Gehäuse montiert und kann die im Betrieb entstehenden Drehmomente aufnehmen.
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Weiter sind die Stege dazu ausgeführt, das Kühlmedium zu führen bzw. in seiner Fließrichtung umzulenken. Mit anderen Worten ragen die Stege in den Kühlkanal, so dass Kühlmedium, das durch den Kühlkanal in radialer Richtung fließt, in axialer Richtung abgelenkt wird. Auf diese Weise kann der Stator die im Betrieb der elektrischen Maschine entstehende Wärme durch Verluste über das Gehäuse und die Umgebung abführen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Stator Stege auf, die in Vertiefungen im Gehäuse eingreifen. Wenn beispielsweise die axialen Stege fest mit dem Stator verbunden sind, können diese beim Zusammenbau der elektrischen Maschine in entsprechende axiale Vertiefungen im Gehäuse geschoben werden, um einen Formschluss zu erreichen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse Stege auf, die in Vertiefungen im Stator eingreifen. Genauso können die axialen Stege fest mit dem Gehäuse verbunden sein, so dass sie beim Zusammenbau der elektrischen Maschine in entsprechende axiale Vertiefungen im Stator geschoben werden können, um einen Formschluss zu erreichen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen das Gehäuse und/oder der Stator zusätzliche axiale Stege auf, die in den Kühlkanal hineinragen, ohne eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Stator zu bilden. Beispielsweise befinden sich am Stator erste axiale Stege, die integral mit dem Stator geformt sein können, und die dazu dienen, den Stator gegen ein radiales Verdrehen im Gehäuse zu sichern, und am Gehäuse befinden sich zweite axiale Stege, die integral mit dem Gehäuse geformt sein können, die aber nicht mit dem Stator verbunden sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist durch die Stege im Kühlkanal ein mäanderförmiger Kanal gebildet. Indem beispielsweise die eben genannten ersten und zweiten axialen Stege jeweils abwechselnd in radialer Richtung im Kühlkanal angeordnet sind und in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnet sind, entsteht ein Kanal, bei dem das Kühlmedium im Wesentlichen in axiale Richtung strömt und an Enden der Stege in seiner Bewegungsrichtung um in etwa 180° umgelenkt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stator ein Lammellenpaket, das mit einem Spritzmaterial umspritzt ist. In diesem Fall können die Stege aus dem Spritzmaterial gebildet sein. Das Spritzmaterial kann dazu dienen, das Lammellenpaket vor dem Eindringen des Kühlmediums zwischen die Lamellen zu schützen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Spritzmaterial Aluminium oder ist Aluminium. Durch das Umspritzen des Lamellenpakets mit beispielsweise Aluminium ergibt sich die Möglichkeit, die Stege auf einfache Weise an den Stator anzufügen. Auch das Gehäuse kann aus Aluminium gebildet sein, beispielsweise als Druckgussgehäuse.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kühlkanal gegenüber einem Innenbereich der elektrischen Maschine abgedichtet. Dazu können zwischen dem Gehäuse und dem Stator O-Ringe angeordnet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kühlmedium Öl, Wasser oder Glykol. Es sind jedoch auch andere Kühlfluide bzw. Kühlflüssigkeiten möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Stator in axialer Richtung in das Gehäuse gesteckt und weist die elektrische Maschine ein Lagerschild auf, mit dem der Stator im Gehäuse gesichert ist. Der Stator kann entlang der Vertiefungen mit den Stegen in das Gehäuse geschoben werden, bis er auf eine im Gehäuse gebildete Anschlagfläche bzw. Einpassfläche trifft und dort aufliegt. Anschließend kann der Stator in radialer Richtung im Gehäuse fixiert werden, indem ein Lagerschild am Gehäuse befestigt wird, das eine weitere Anschlagfläche bzw. Einpassfläche aufweist, auf der der Stator aufliegt.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt einen Querschnitt durch die elektrische Maschine aus der 1.
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3 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Kühlkanal gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt eine elektrische Maschine 10 mit einem Gehäuse 12, in dem ein Stator 14 befestigt ist. Konzentrisch zu dem Gehäuse 12 und dem Stator 14 ist ein Rotor 16 im Gehäuse 12 gelagert.
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Das Gehäuse 12, das ein Druckgussgehäuse aus Aluminium ist, ist im Wesentlichen becherförmig und weist an einem ersten axialen Ende der elektrischen Maschine 10 eine ringförmige Anschlagfläche 17 auf, an die der Stator 14 anschlägt. An diesem ersten axialen Ende des Gehäuses befindet sich auch eine zylinderförmige Einpassfläche 18, an der der Stator 14 anliegt und die den Stator 14 in radialer Richtung im Gehäuse 12 zentriert. Eine weitere zylinderförmige Einpassfläche 20 zum radialen Zentrieren des Stators 14 ist am anderen, zweiten Ende der elektrischen Maschine 10 angebracht.
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Der Stator 14, der im Wesentlichen ringförmig aufgebaut ist, umfasst ein Lamellenpaket 22, das aus Blechlamellen zusammengefügt ist und das mit Aluminium als Spritzmaterial 24 umspritzt ist. Beispielsweise kann das Aluminium im Druckguss an das Lamellenpaket 22 angespritzt werden.
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Das Lamellenpaket 22 ist von mehreren Drehstromwicklungen 26 aus Kupferdraht umwickelt. Dazu weist der Stator 14 in Umfangsrichtung verteilte Nuten auf, in die die Wicklungen 26 eingebettet sind.
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Zwischen dem Gehäuse 12 und dem Stator 14 befindet sich ein Kühlkanal 28, der mit einem Kühlmedium 30 gefüllt ist, das zum Abführen von Wärme aus der elektrischen Maschine dient. Das Kühlmedium 30 bzw. Kühlfluid 30 kann beispielsweise Wasser sein.
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Der Kühlkanal 28 ist am ersten axialen Ende durch einen Abschnitt 32 des Gehäuses 12 beschränkt, der radial nach außen verläuft. Am anderen axialen Ende wird der Kühlkanal 28 durch einen Abschnitt 34 des Stators 14 beschränkt, der radial nach außen verläuft. Zwischen diesen beiden Abschnitten ist der Kühlkanal in radialer Richtung durch eine Außenfläche des Stators 14 und eine Innenfläche des Gehäuses 12 beschränkt.
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In axialer Richtung, weiter außen als der Abschnitt 32 des Gehäuses und der Abschnitt 34 des Stators 14 sind das Gehäuse 12 und der Stator 14 formschlüssig. An diesen Stellen weist der Stator 14 zwei ringförmige Nute 35 auf, in denen sich jeweils ein O-Ring 36 zum Abdichten des Kühlkanals 28 gegenüber dem Inneren der elektrischen Maschine 10 befindet.
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Am zweiten Ende wird der Stator 14 über ein Lagerschild 38 im Gehäuse 12 gehalten, das mittels Schrauben 40 am Gehäuse 12 befestigt ist. Das Lagerschild 38 weist dazu einen ringförmigen Vorsprung 42 auf, der auf dem Stator 14 in axialer Richtung aufliegt. Im Vorsprung befindet sich eine weitere ringförmige Nut, die einen weiteren O-Ring 44 aufnimmt.
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Ein radiales Verdrehen zwischen dem Gehäuse 12 und dem Stator 14 wird durch Stege 46 verhindert, die außen am Stator 14 in axialer Richtung angebracht sind. Die Stege 46 sind aus dem Spritzmaterial 24 gebildet und werden beim Umspritzen des Lamellenpakets 22 an den Stator 14 angeformt.
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Die 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Teilbereich der elektrischen Maschine 10 entlang der Linie A-A in der 1. Die Stege 46, die in radialer Richtung vom Stator 12 abstehen, ragen in gegenüberliegende Vertiefungen 48, die in axialer Richtung an der Innenfläche des Gehäuses 12 gebildet sind. Die Vertiefungen 48 sind beispielsweise 2 bis 3 mm tief.
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Bei der Montage des Stators 14 im Gehäuse 12 greifen die Stege 46 in die gegenüberliegenden, im Gehäuse 12 eingebrachten Aussparungen 48 bzw. Vertiefungen 48 und sichern den Stator 14 in Drehmomentrichtung bzw. in radialer Richtung.
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Das Gehäuse 12 weist axiale Stege 50 auf, die an der Außenfläche des Stators 14 anstoßen, aber nicht in den Stator 14 eingreifen. Es ist aber auch möglich, dass die Stege 50 am Gehäuse 12 in entsprechende Vertiefungen eingreifen, die im Stator 14 gebildet sind. In diesem Fall ist es auch möglich, dass die Stege 46 am Stator 14 nur an der Innenfläche des Gehäuses anliegen.
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Wie aus der 1 hervorgeht, erstrecken sich die Stege 46 nicht komplett in axialer Richtung durch den Kühlmittelkanal 28, sondern nur teilweise. Auf diese Weise kann das Kühlmedium 30 durch den Kühlkanal 28 strömen und wird durch die Stege 46 in seiner Fließrichtung umgelenkt.
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Mit Bezug auf die 3, die einen Schnitt durch den Kühlkanal 28 zeigt, erstrecken sich die Stege 46 vom Abschnitt 34 des Stators 14 in den Kühlmittelkanal 28. Zwischen dem Abschnitt 32 des Gehäuses 12 und dem Ende der Stege 46 befindet sich ein freier Bereich, durch den das Kühlmedium 30 fließen kann.
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Zwischen je zwei benachbarten Stegen 48 des Stators 14 befindet sich ein Steg 50 des Gehäuses, so dass die Stege 48 und die Stege 40 den Kühlkanal 28 abwechselnd in radialer Richtung teilweise versperren. Analog den Stegen 48 am Stator 14 erstrecken sich die Stege 50 am Gehäuse 12 nicht vollständig durch den Kühlkanal 28. Zwischen dem Abschnitt 34 des Stators 14 und dem Ende der Stege 50 befindet sich ein freier Bereich, durch den das Kühlmedium 30 fließen kann. Auf diese Weise entsteht ein mäanderförmiger Kanal 52, den das Kühlmedium 30 durchfließt.
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Die Stege 46, 50 und der mäanderförmige Kanal führen das Kühlmedium 360° in radialer Richtung um den Gehäuse-Stator-Verbund herum, um eine gleichmäßige Kühlung der elektrischen Maschine 10 zu gewährleisten.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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