DE102015215667A1

DE102015215667A1 - Liquid cooling of an electric machine

Info

Publication number: DE102015215667A1
Application number: DE102015215667.2A
Authority: DE
Inventors: Holger Fröhlich; Isao Fukumoto
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2017-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1), aufweisend einen Stator (3) mit einem Blechpaket (4) und mit elektrischen Wicklungen (5’), wobei an axialen Enden (6) des Blechpakets (4) ein jeweiliger Wickelkopf (5) der Wicklungen (5’) angeordnet ist, einen ersten Lagerschild (9) und einen zweiten Lagerschild (10), wobei jeder Lagerschild (9, 10) an jeweils einem der axialen Enden (6) des Blechpakets (3) angeordnet ist, und eine Kühleinrichtung (12) zum Kühlen der elektrischen Maschine (1) mittels einer Kühlflüssigkeit (15). Die elektrische Maschine (1) soll eine bauraumsparende Kühleinrichtung (12) aufweisen. Die Erfindung sieht vor, dass die Kühleinrichtung (12) zum Kühlen der Wickelköpfe (5) ausgelegt ist und hierzu einer oder beide der Lagerschilde (9, 10) jeweils einen Kühlkanal (17, 20) zum Leiten der Kühlflüssigkeit (15) aufweisen.The invention relates to an electric machine (1), comprising a stator (3) with a laminated core (4) and with electrical windings (5 '), wherein at axial ends (6) of the laminated core (4) a respective winding head (5) of Windings (5 ') is arranged, a first end shield (9) and a second end shield (10), wherein each end shield (9, 10) is arranged at each one of the axial ends (6) of the laminated core (3), and a cooling device (12) for cooling the electric machine (1) by means of a cooling liquid (15). The electric machine (1) should have a space-saving cooling device (12). The invention provides that the cooling device (12) for cooling the winding heads (5) is designed and for this purpose one or both of the end shields (9, 10) each have a cooling channel (17, 20) for guiding the cooling liquid (15).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, die einen Stator mit einem Blechpaket aufweist. Das Blechpaket ist zwischen zwei Lagerschilden der elektrischen Maschine angeordnet. Eine Kühleinrichtung dient zum Kühlen der elektrischen Maschine mittels einer Kühlflüssigkeit. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, das die erfindungsgemäße elektrische Maschine aufweist. The invention relates to an electrical machine having a stator with a laminated core. The laminated core is arranged between two end shields of the electrical machine. A cooling device serves to cool the electric machine by means of a cooling liquid. The invention also includes a motor vehicle having the electrical machine according to the invention.

Kraftfahrzeuge können von einer Elektromotoranordnung angetrieben werden. Eine solche Elektromotoranordnung weist eine elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auf. Eine Leistungselektronik der elektrischen Maschine stellt Phasenströme für elektrische Wicklungen eines Stators der elektrischen Maschine bereit. Die Leistungselektronik ist dazu als Wechselrichter ausgelegt. Motor vehicles can be driven by an electric motor assembly. Such an electric motor arrangement has an electric machine for driving the motor vehicle. Power electronics of the electric machine provide phase currents for electrical windings of a stator of the electric machine. The power electronics are designed as inverters.

Bedingt durch physikalische Eigenschaften der elektrischen Wicklungen und der Leistungselektronik entstehen beim Betrieb einer derartigen Elektromotoranordnung Verlustleistungen, die in Form von Abwärme zur Temperaturerhöhung des Stators und der Leistungselektronik führen. Eine hohe Eigentemperatur der elektrischen Maschine kann zu einem Leistungsverlust und in Extremfällen sogar zu einem Ausfall der Leistungselektronik führen. Due to physical properties of the electrical windings and the power electronics arise in the operation of such an electric motor assembly power losses, which lead in the form of waste heat to increase the temperature of the stator and the power electronics. A high inherent temperature of the electric machine can lead to a loss of power and in extreme cases even to a failure of the power electronics.

Um dies zu verhindern, muss die Abwärme abgeführt werden, bevor Schäden entstehen. Hierzu kann die elektrische Maschine eine Kühleinrichtung aufweisen. Die Erfindung bezieht sich hierbei auf eine elektrische Maschine mit einer Flüssigkeitskühlung, d. h. es wird mittels einer Kühlflüssigkeit gekühlt. To prevent this, the waste heat must be dissipated before any damage occurs. For this purpose, the electric machine may have a cooling device. The invention relates to an electric machine with a liquid cooling, d. H. it is cooled by means of a cooling liquid.

Gemäß dem Stand der Technik werden elektrische Maschinen vorzugsweise durch einen Kühlmantel gekühlt, welcher eine Mantelfläche des Stators kühlt. Nachteilig hierbei ist, dass sich ein Durchmesser des Stators aufgrund des Platzbedarfs der Kühlkanäle vergrößert. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen, deren Motorraum möglichst dicht gepackt sein soll, ist eine solche elektrische Maschine dann schwierig anzuordnen. According to the prior art, electrical machines are preferably cooled by a cooling jacket, which cools a lateral surface of the stator. The disadvantage here is that increases a diameter of the stator due to the space requirement of the cooling channels. In particular, in motor vehicles whose engine compartment should be packed as close as possible, such an electrical machine is then difficult to arrange.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine elektrische Maschine mit Flüssigkeitskühlung derart weiterzubilden, dass sich ein geringer Bauraumbedarf und ein geringes Volumen pro Leistungseinheit ergibt, ohne dass hierbei die Effizienz der Flüssigkeitskühlung beeinträchtigt ist. Object of the present invention is to develop an electrical machine with liquid cooling such that there is a small space requirement and a low volume per power unit, without affecting the efficiency of the liquid cooling is affected.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche beschrieben. The object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous developments of the invention are described by the dependent claims.

Durch die Erfindung ist eine elektrische Maschine bereitgestellt, die in an sich bekannter Weise einen Stator mit einem Blechpaket und mit elektrischen Wicklungen aufweist. An axialen Enden des Blechpakets ragt jeweils ein Wickelkopf der Wicklungen heraus. Die genannte axiale Ausrichtung bezieht sich hierbei auf eine bestimmungsgemäße Rotationsachse eines in den Stator lagerbaren Rotors. Die axiale Richtung ist auch definiert durch die Zylinderachse einer hohlzylindrischen Grundform des Blechpakets. Die elektrische Maschine weist des Weiteren einen ersten Lagerschild und zweiten Lagerschild auf, wobei jeder Lagerschild an jeweils einem der axialen Enden des Blechpakets angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der erste Lagerschild an einem ersten axialen Ende und der zweiter Lagerschild an einem dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden zweiten axialen Ende des Blechpakets angeordnet. Jeder Lagerschild kann in der an sich bekannten Weise ein Drehlager zum drehbaren Lagern des Rotors aufweisen. Bei der elektrischen Maschine ist des Weiteren eine Kühleinrichtung zum Kühlen der elektrischen Maschine mittels einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser oder Öl oder eine Emulsion, vorgesehen. By means of the invention, an electrical machine is provided, which in a manner known per se has a stator with a laminated core and with electrical windings. At the axial ends of the laminated core each projecting a winding head of the windings. Said axial orientation here refers to an intended rotation axis of a rotor which can be stored in the stator. The axial direction is also defined by the cylinder axis of a hollow cylindrical basic shape of the laminated core. The electric machine further comprises a first end shield and second end shield, each end shield being disposed on each one of the axial ends of the laminated core. In other words, the first end shield is disposed at a first axial end and the second end shield at a second axial end of the laminated core opposite the first axial end. Each bearing plate can have a rotary bearing for rotatably supporting the rotor in the manner known per se. In the electric machine is further provided a cooling device for cooling the electric machine by means of a cooling liquid, for example water or oil or an emulsion.

Um nun die Kühleinrichtung bauraumsparend in der elektrischen Maschine anzuordnen, ist die Kühleinrichtung zum Kühlen der Wickelköpfe ausgelegt. Hierzu weist die Kühleinrichtung in einem oder beiden der Lagerschilde jeweils einen Kühlkanal zum Leiten der Kühlflüssigkeit auf. Mit anderen Worten wird die in dem Stator entstehende Abwärme über mindestens einen der Wickelköpfe abgeführt, indem die Kühlflüssigkeit in dem jeweiligen Kühlkanal eines Lagerschilds oder beider Lagerschilde an dem Wickelkopf entlang geführt wird, der an dem jeweiligen axialen Ende des Blechpakets angeordnet ist. Indem jeder Kühlkanal an einem axialen Ende des Blechpakets angeordnet ist, ist es nicht nötig, einen Durchmesser des Stators in radialer Richtung (also senkrecht zur Längsachse oder Rotationsachse) zu vergrößern, um Kühlkanäle bereitzustellen. Weiterer Vorteil ist, dass die Verlustwärme, die in einem Wickelkopf erzeugt wird, wirkungsvoll direkt von dort abgeführt werden kann, ohne dass die Wärme von dort aus erst in das Blechpaket hinein diffundiert und dann indirekt über die Mantelfläche des Blechpaktets abgeführt werden muss. Die kritischen Heißpunkte, auch „Hotspots“ genannt, sind nämlich die Wickelköpfe. Somit wird quasi vor Ort bei Entstehung der Abwärme diese direkt dort gekühlt. In order to arrange the cooling device to save space in the electric machine, the cooling device is designed for cooling the winding heads. For this purpose, the cooling device in each case one or both of the bearing plates on a cooling channel for conducting the cooling liquid. In other words, the waste heat generated in the stator is discharged via at least one of the winding heads by the cooling liquid is guided in the respective cooling channel of a bearing plate or both end shields on the winding head, which is arranged at the respective axial end of the laminated core. By arranging each cooling channel at one axial end of the laminated core, it is not necessary to increase a diameter of the stator in the radial direction (that is to say perpendicular to the longitudinal axis or axis of rotation) in order to provide cooling channels. Another advantage is that the heat loss generated in a winding head, can be effectively dissipated directly from there, without the heat from there first diffused into the laminated core and then has to be dissipated indirectly over the lateral surface of the sheet metal pact. The critical hot spots, also called "hotspots", namely the windings. Thus, almost locally when the waste heat is generated, it is cooled directly there.

Zu der Erfindung gehören auch optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben. The invention also includes optional developments, by the characteristics of which additional benefits.

Gemäß einer Weiterbildung ist in einem oder in beiden der Lagerschilde jeweils der Kühlkanal dazu ausgelegt, die Kühlflüssigkeit an einer radialen Außenfläche und/oder an einer radialen Innenfläche und/oder an einer axialen Stirnfläche der Wickelköpfe entlang zu führen. Zum Bereitstellen eine Kühlkanals an einer radialen Außenflächen und/oder radialen Innenfläche der Wickelköpfe kann der jeweilige Lagerschild beispielsweise eine Ringnut aufweisen, in welcher jeweils einer der Wickelköpfe versenkt oder angeordnet ist. Ein Kühlkanal, der zusätzlich entlang der Stirnfläche der Wickelköpfe geführt ist, weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass neben der radialen Innenfläche und der durch einen Kühlkanal gekühlten radialen Außenfläche des Wickelkopfs auch die axiale Außenfläche, d. h. die axiale Stirnseite des Wickelkopfes gekühlt, werden kann. Die Entstehung möglicher Hotspots im Wickelkopf wird dadurch noch weiter reduziert. According to one embodiment, in each case one or both of the end shields of the cooling channel is adapted to the cooling liquid at a radial Outer surface and / or to lead to a radial inner surface and / or on an axial end face of the winding heads along. To provide a cooling channel on a radial outer surface and / or radially inner surface of the winding heads, the respective bearing plate may, for example, have an annular groove, in each of which one of the winding heads is recessed or arranged. A cooling channel, which is additionally guided along the end face of the winding heads, has the additional advantage that in addition to the radial inner surface and cooled by a cooling channel radial outer surface of the winding head and the axial outer surface, ie the axial end face of the winding head can be cooled. The emergence of possible hotspots in the winding overhang is thereby further reduced.

Gemäß einer Weiterbildung ist an einem oder an beiden der axialen Enden jeweils der Wickelkopf in eine feste Vergussmasse eingegossen. Bei der Vergussmasse kann es sich beispielsweise um ein Kunstharz handeln. Die Vergussmasse weist eine Berührfläche auf, mit welcher sie an dem jeweiligen Lagerschild des axialen Endes anliegt. Mit anderen Worten berührt die Vergussmasse sowohl den Wickelkopf als auch den Lagerschild. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine direkte thermische Anbindung des Wickelkopfes an dem jeweiligen Lagerschild und damit an die durch den Kühlkanal bereitgestellte Flüssigkeitskühlung. Die Vergussmasse weist dabei bevorzugt eine größere Wärmeleitfähigkeit als Luft auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Vergussmasse eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer als 0,15 W/(mK) ist. According to a development of each of the winding ends is cast into a solid potting compound at one or both of the axial ends. The potting compound may be, for example, a synthetic resin. The potting compound has a contact surface, with which it bears against the respective end shield of the axial end. In other words, the potting compound touches both the winding head and the bearing plate. This results in an advantageous manner a direct thermal connection of the winding head to the respective bearing plate and thus to the provided by the cooling channel liquid cooling. The potting compound preferably has a greater thermal conductivity than air. In particular, it is provided that the potting compound has a thermal conductivity which is greater than 0.15 W / (mK).

Gemäß einer Weiterbildung ist an einem oder an beiden axialen Enden des Blechpakets jeweils zwischen dem Wickelkopf und dem Lagerschild ein Luftraum vorgesehen. Ein in dem Stator drehbar gelagerter Rotor der elektrischen Maschine weist zumindest eine Lüfterschaufel auf. Die zumindest eine Lüfterschaufel ist drehfest mit dem Rotor verbunden. Die Lüfterschaufel bewegt bei einer Rotationsbewegung des Rotors die Luft in dem Luftraum. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise keine direkte thermische Anbindung des Wickelkopfes an dem jeweiligen Lagerschild nötig, was die Montage und Herstellung vereinfacht, da größere Toleranzen möglich sind. Der Wickelkopf wird dennoch effektiv gekühlt, indem er indirekt thermisch über einen zirkulierenden Luftstrom an den in dem Lagerschild befindlichen Kühlkanal angebunden ist. Die Zirkulation der Luft erfolgt vorteilhafterweise durch einen motoreigenen Lüfter, d. h. durch die zumindest eine Lüfterschaufel des Rotors, welche in Zusammenhang mit einer Asynchronmaschine vorzugsweise an einem Kurzschlussring des Rotors angeformt ist. Hierdurch können der Kurzschlussring und die zumindest eine Lüfterschaufel in einem einzigen Arbeitsschritt beispielsweise durch ein Gussverfahren hergestellt werden. Der Luftkühlkreislauf kann offen oder geschlossen ausgestaltet sein. According to one embodiment, an air space is provided at one or both axial ends of the laminated core between the winding head and the bearing plate. A rotatably mounted in the stator rotor of the electric machine has at least one fan blade. The at least one fan blade is rotatably connected to the rotor. The fan blade moves in a rotational movement of the rotor, the air in the air space. As a result, advantageously no direct thermal connection of the winding head to the respective bearing plate is necessary, which simplifies assembly and production, since larger tolerances are possible. The winding head is still effectively cooled by being connected indirectly thermally via a circulating air flow to the cooling channel located in the end shield. The circulation of the air is advantageously carried out by a motor-own fan, d. H. by the at least one fan blade of the rotor, which is preferably formed in connection with an asynchronous machine to a short-circuit ring of the rotor. As a result, the short-circuit ring and the at least one fan blade can be produced in a single operation, for example, by a casting process. The air cooling circuit can be configured open or closed.

Gemäß einer Weiterbildung weist einer oder weisen beide der Lagerschilde jeweils zwei aneinander anliegende Platten auf, wobei in zumindest einer der Platten eine den Kühlkanal des Lagerschilds zumindest teilweise bildende Nut ausgebildet ist. Mit anderen Worten wird der Kühlkanal in dem Lagerschild zumindest teilweise dadurch gebildet, dass in eine Platte eine Nut oder eine Vertiefung ausgebildet ist und diese Nut oder Vertiefung mittels der anderen Platte verschlossen wird. Hierdurch ergibt sich ein Rohr oder Kanal, in welchem die Kühlflüssigkeit geführt werden kann. Das Material der Lagerschilde weist bevorzugt ein Metall auf, wodurch sich eine Wärmeleitfähigkeit ergibt, durch welche Wärme durch das Material des Lagerschilds zu der Kühlflüssigkeit in dem jeweiligen Kühlkanal transportiert wird. According to a development, one or both of the bearing plates each have two abutting plates, wherein in at least one of the plates, a cooling channel of the bearing plate at least partially forming groove is formed. In other words, the cooling channel in the bearing plate is at least partially formed by a groove or a depression being formed in a plate, and this groove or depression being closed by means of the other plate. This results in a pipe or channel in which the cooling liquid can be performed. The material of the end shields preferably has a metal, which results in a thermal conductivity, through which heat is transported through the material of the bearing plate to the cooling liquid in the respective cooling channel.

Gemäß einer Weiterbildung weisen beide Lagerschilde jeweils einen Kühlkanal auf. Mit anderen Worten ist bei dieser Weiterbildung der Stator axial beidseitig gekühlt. Hierbei sind eine Austrittsöffnung des Kühlkanals des ersten Lagerschilds und eine Eintrittsöffnung des Kühlkanals des zweiten Lagerschilds über ein Verbindungselement fluidisch miteinander verbunden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mit einer einzigen Pumpe die Kühlflüssigkeit sowohl in dem ersten Kanal als auch in dem zweiten Kanal bewegt werden kann. Des Weiteren ergibt sich der Vorteil, dass die Kühleinrichtung lediglich mit zwei Anschlussstutzen, nämlich einem Kühlmittelzulaufstutzen und einen Kühlmittelablaufstutzen mit einer Pumpe verbunden werden kann und dennoch beide Kühlkanäle durchspült oder durchflossen werden. According to a development, both end shields each have a cooling channel. In other words, in this development, the stator is cooled axially on both sides. In this case, an outlet opening of the cooling channel of the first bearing plate and an inlet opening of the cooling channel of the second bearing plate are fluidly connected to each other via a connecting element. This results in the advantage that with a single pump, the cooling liquid can be moved both in the first channel and in the second channel. Furthermore, there is the advantage that the cooling device can be connected to a pump only with two connecting pieces, namely a coolant inlet nozzle and a coolant outlet nozzle, and yet both cooling channels are flushed or flowed through.

Gemäß einer Weiterbildung ist das besagte Verbindungselement als ein Rohr ausgestaltet. Das Rohr kann achsparallel zur Längsachse des Stators, d. h. zur Rotationsachse des Rotors, angeordnet sein. Das Rohr kann als starres Rohr oder als flexibles Rohr ausgestaltet sein kann. Die Ausgestaltung als Rohr weist den Vorteil auf, dass das Verbindungselement bei einer Montage der elektrischen Maschine zwischen die beiden Lagerschilde positioniert werden kann und dann durch Andrücken der Lagerschilde an das Blechpaket zugleich Steckverbindungen des Rohres an der besagten Eintrittsöffnung und der besagten Austrittsöffnung gebildet werden. Somit kann in einem einzigen Montageschritt der Stator zwischen die Lagerschilde angeordnet werden und zugleich das Verbindungselement in die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung gesteckt werden. Das Rohr ist insbesondere als gerades Rohr ausgestaltet. Das Rohr selbst muss dabei keine Kühlfunktion aufweisen, d.h. es ist kein direkter Übergang von Abwärme aus dem Blechpaket durch die Wandung des Rohrs hindurch in die Kühlflüssigkeit im Rohr notwendig.According to a development, said connecting element is designed as a tube. The tube can be arranged axially parallel to the longitudinal axis of the stator, ie to the axis of rotation of the rotor. The tube can be configured as a rigid tube or as a flexible tube. The design as a tube has the advantage that the connecting element can be positioned during assembly of the electric machine between the two end shields and then by pressing the end shields to the laminated core at the same time plug connections of the tube are formed at the said inlet opening and said outlet opening. Thus, in a single assembly step, the stator can be arranged between the bearing plates and at the same time the connecting element can be inserted into the inlet opening and the outlet opening. The tube is designed in particular as a straight tube. The tube itself must have no cooling function, ie there is no direct transition of waste heat from the laminated core through the wall of the tube into the coolant in the tube necessary.

Entsprechend kann das Rohr auch schmal ausgestaltet sein. Gemäß einer Weiterbildung ist der Kühlkanal des ersten Lagerschilds stromabwärts ausschließlich über das Rohr mit dem Kühlkanal des zweiten Lagerschilds fluidisch verbunden. Mit anderen Worten gibt es keine weiteren Verbindungselemente oder Verbindungskanäle, über welche der Kühlkanal des ersten Lagerschilds mit dem Kühlkanal des zweiten Lagerschilds fluidisch kommuniziert. Da das Rohr auch keine Kühlfunktion hat, ist insbesondere vorgesehen, dass eine Abmessung des Rohres in Umfangsrichtung, also in einer Ebene senkrecht zur Längsachse oder Rotationsachse, kleiner als 20 Prozent eines Umfangs des Blechpakets ist. Accordingly, the tube can also be made narrow. According to one embodiment, the cooling channel of the first bearing plate is fluidly connected downstream exclusively via the pipe with the cooling channel of the second bearing plate. In other words, there are no further connecting elements or connecting channels, via which the cooling channel of the first bearing plate with the cooling channel of the second bearing plate fluidly communicates. Since the tube also has no cooling function, it is provided in particular that a dimension of the tube in the circumferential direction, ie in a plane perpendicular to the longitudinal axis or axis of rotation, is less than 20 percent of a circumference of the laminated core.

Gemäß einer Weiterbildung ist das Rohr derart außerhalb des Blechpakets angeordnet, dass sich zwischen dem Blechpaket und dem Rohr ein Zwischenraum mit Luft befindet. Dies macht eine Montage der elektrischen Maschine besonders einfach. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Rohr teilweise oder ganz in dem Blechpaket versenkt angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Bauraumbedarf der elektrischen Maschine gering ist. According to a development, the tube is arranged outside of the laminated core such that there is a space between the laminated core and the tube with air. This makes mounting the electric machine particularly easy. Alternatively, it may be provided that the tube is arranged partially or completely recessed in the laminated core. This results in the advantage that a space requirement of the electrical machine is low.

Gemäß einer Weiterbildung ist ein rückführendes Verbindungselements bereitgestellt, welches an einer Austrittsöffnung des Kühlkanals des zweiten Lagerschilds angeordnet ist und sich bis zum ersten Lagerschild hin erstreckt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass sowohl der Kühlmittelzulaufstutzen als auch der Kühlmittelablaufstutzen von ein und derselben Seite der elektrischen Maschine erreichbar oder anschließbar sind. According to a further development, a returning connecting element is provided, which is arranged at an outlet opening of the cooling channel of the second bearing plate and extends up to the first bearing plate. This results in the advantage that both the coolant inlet nozzle and the coolant outlet nozzle can be reached or connected from one and the same side of the electrical machine.

Gemäß einer Weiterbildung weist die elektrische Maschine die beschriebene Leistungselektronik, d.h. den beschriebenen Wechselrichter auf. Dieser ist dabei an einem Lagerschild angeordnet, der einen Kühlkanal aufweist. Der Kühlkanal ist zwischen dem Stator und dem Wechselrichter bereitgestellt. Mit anderen Worten wird die Kühlflüssigkeit zwischen dem axialen Ende des Blechpakets und dem Wechselrichter in dem Lagerschild geführt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Kühlmittel in dem Kühlkanal auch den Wechselrichter kühlt. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Wickelkopf an dem axialen Ende einerseits und der Wechselrichter andererseits thermisch durch das Kühlmittel in dem Kühlkanal zumindest teilweise entkoppelt sind. Mit anderen Worten bewirkt eine Erwärmung eines dieser beiden Elemente nicht zwingend eine entsprechende Erwärmung des anderen Elements. According to a development, the electrical machine has the described power electronics, i. the described inverter. This is arranged on a bearing plate, which has a cooling channel. The cooling channel is provided between the stator and the inverter. In other words, the cooling liquid is guided between the axial end of the laminated core and the inverter in the end shield. This results in the advantage that the coolant in the cooling channel also cools the inverter. A further advantage is that the winding overhang at the axial end on the one hand and the inverter on the other hand are thermally decoupled at least partially thermally by the coolant in the cooling channel. In other words, heating one of these two elements does not necessarily cause a corresponding heating of the other element.

Um eine Kühlung des Wechselrichters zu verbessern, ist gemäß einer Weiterbildung zwischen dem Kühlkanal und dem Wechselrichter eine Kühlmittelverteilerplatte angeordnet. Die Kühlmittelverteilerplatte weist zumindest einen Zusatzkanal zum Führen des Kühlmittels entlang des Wechselrichters auf. Hierdurch kann eine Architektur des Kühlkanals zum Kühlen des Wickelkopfes einerseits und die Architektur des zumindest einen Zusatzkanals zum Kühlen des Wechselrichters andererseits unabhängig voneinander ausgestaltet werden. Dies erlaubt eine effiziente Kühlung sowohl des Wickelkopfes als auch des Wechselrichters.In order to improve the cooling of the inverter, a coolant distributor plate is arranged between the cooling channel and the inverter according to a development. The coolant distribution plate has at least one additional channel for guiding the coolant along the inverter. In this way, an architecture of the cooling channel for cooling the winding head on the one hand and the architecture of the at least one additional channel for cooling the inverter on the other hand can be configured independently of each other. This allows efficient cooling of both the winding head and the inverter.

Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist bevorzugt vorgesehen, dass auf eine Kühlung an der Mantelfläche oder am Umfang des Blechpakets verzichtet wird. Die entsprechende Weiterbildung sieht vor, dass die Kühleinrichtung dazu ausgerichtet ist, mittels der Kühlflüssigkeit das Blechpaket ganz oder größtenteils nur indirekt über den jeweiligen Wickelkopf an einem oder beiden axialen Enden zu kühlen. Mit anderen Worten sind Wärmeaustauschflächen zum Übertragen von Abwärme aus dem Stator in die Kühlmittelflüssigkeit ausschließlich durch die Kanalwände des jeweiligen Kanals eines Lagerschilds oder beider Lagerschilde vorgesehen. Es gibt keine weiteren Austauschflächen im Bereich der Mantelfläche des Blechpakets. Eine Austauschfläche im Bereich des besagten Verbindungselements ist hierbei vernachlässigt.In the case of the electric machine according to the invention, it is preferably provided that cooling is dispensed with on the lateral surface or on the circumference of the laminated core. The corresponding development provides that the cooling device is designed to cool the laminated core completely or largely only indirectly via the respective winding head at one or both axial ends by means of the cooling liquid. In other words, heat exchange surfaces are provided for transferring waste heat from the stator into the coolant fluid exclusively through the channel walls of the respective channel of a bearing plate or both end shields. There are no further exchange surfaces in the area of the lateral surface of the laminated core. An exchange surface in the region of the said connecting element is neglected in this case.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, indem die Mantelfläche des Blechpakets gehäusefrei ausgestaltet ist. Es wird also nicht nur auf eine flüssigkeitsgekühltes Gehäuse, sondern überhaupt auf ein Gehäuse im Bereich der Mantelfläche verzichtet. Durch diese Weiterbildung ergibt sich das Konstruktionsprinzip einer gehäuselosen elektrischen Maschine mit beiderseitig aufgebauten Lagerschilden, wobei eine Flüssigkeitskühlung des Wickelkopfes an der Abtriebsseite und/oder an der Antriebsseite bereitgestellt ist und optional auch die Flüssigkeitskühlung des Inverters oder Wechselrichters ermöglicht ist. Zum Schließen des Gesamtkühlkreislaufs kann ein Übergabeelement oder Verbindungselement zwischen den beiden Lagerschilden angeordnet sein. Another advantage results from the fact that the lateral surface of the laminated core is configured without a housing. Thus, not only a liquid-cooled housing, but even a housing in the region of the lateral surface is dispensed with. By this development, the design principle of a housing-less electric machine with mutually constructed end shields, wherein a liquid cooling of the winding head on the output side and / or provided on the drive side and optionally also the liquid cooling of the inverter or inverter is possible. To close the entire cooling circuit, a transfer element or connecting element between the two end shields can be arranged.

Wie bereits ausgeführt gehört zu der Erfindung auch ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist zumindest eine elektrische Maschine auf, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine darstellt.As already stated, the invention also includes a motor vehicle. The motor vehicle according to the invention has at least one electric machine, which represents an embodiment of the electric machine according to the invention.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, ausgestaltet. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:In the following an embodiment of the invention is described. This shows:

1 eine schematische Darstellung einer Explosionsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, 1 1 is a schematic representation of an exploded view of an embodiment of the electrical machine according to the invention,

2 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht der elektrischen Maschine von einer Antriebsseite her, 2 1 is a schematic representation of a perspective view of the electric machine from a drive side,

3 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht der elektrischen Maschine von einer Abtriebsseite her, 3 a schematic representation of a perspective view of the electric machine from a driven side,

4 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch die elektrische Maschine, 4 a schematic representation of a longitudinal section through the electric machine,

5 eine Darstellung eines schematisierten Verlaufs von Kühlkanälen in Lagerschilden der elektrischen Maschine, 5 a representation of a schematic course of cooling channels in end shields of the electric machine,

6 eine Darstellung eines schematisierten alternativen Verlaufs der Kühlkanäle, 6 a representation of a schematic alternative course of the cooling channels,

7 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der elektrischen Maschine mit einem Verbindungselement, das außerhalb eines Blechpakets eines Stators angeordnet ist, 7 a schematic representation of a side view of the electrical machine with a connecting element which is arranged outside a laminated core of a stator,

8 eine schematische Darstellung einer alternativen Anordnung des Verbindungselements, wobei das Verbindungselement teilweise in dem Blechpaket angeordnet ist, 8th a schematic representation of an alternative arrangement of the connecting element, wherein the connecting element is partially arranged in the laminated core,

9 eine schematische Darstellung einer alternativen Anordnung des Verbindungselements, wobei das Verbindungselement in das Blechpaket integriert ist, 9 a schematic representation of an alternative arrangement of the connecting element, wherein the connecting element is integrated in the laminated core,

10 eine schematische Darstellung eines Rotors, der in der elektrischen Maschine angeordnet sein kann, 10 a schematic representation of a rotor which may be arranged in the electric machine,

11 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts der elektrischen Maschine, wobei eine Kühlmittelverteilerplatte zwischen einem Wechselrichter und einem Lagerschildbereich bereitgestellt ist, 11 1 is a schematic representation of a longitudinal section of the electrical machine, wherein a coolant distributor plate is provided between an inverter and a bearing plate area,

12 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, welches die elektrische Maschine aufweisen kann. 12 a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention, which may comprise the electric machine.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also each independently further develop the invention and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.

1 zeigt eine elektrische Maschine 1, bei der es sich beispielsweise um eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine handeln kann. Komponenten der elektrischen Maschine 2 sind in der Darstellung entlang einer Rotationsachse 2 auseinanderbewegt angeordnet dargestellt (Explosionszeichnung). Dargestellt sind ein Stator 3 mit einem Blechpaket 4 und einem jeweiligen Wickelkopf 5 an axialen Enden 6 des Blechpakets 4, ein in dem Stator 3 drehbar angeordneter Rotor 7, der drehfest auf einer Welle 8 angeordnet ist, ein antriebsseitiger erster Lagerschild 9 und abtriebsseitiger zweiter Lagerschild 10 und ein Wechselrichter 11. Die Wickelköpfe 5 stellen jeweils einen aus dem Blechpaket 4 an dem jeweiligen axialen Ende 6 herausragenden oder überstehenden Teil einer elektrischen Wicklung 5’ des Stators 3 dar. Das Blechpaket 4 kann in an sich bekannter Weise aus mehreren elektrisch gegeneinander isolierten weichmagnetischen Blechen ausgestaltete sein. 1 shows an electric machine 1 , which may be, for example, a synchronous machine or an asynchronous machine. Components of the electric machine 2 are in the illustration along a rotation axis 2 Dismounted arranged (exploded view). Shown are a stator 3 with a laminated core 4 and a respective winding head 5 at axial ends 6 of the laminated core 4 , one in the stator 3 rotatably mounted rotor 7 , which rotates on a shaft 8th is arranged, a drive-side first end shield 9 and output side second end shield 10 and an inverter 11 , The winding heads 5 each one from the laminated core 4 at the respective axial end 6 protruding or protruding part of an electrical winding 5 ' of the stator 3 dar. The laminated core 4 can be configured in a conventional manner of several electrically mutually insulated soft magnetic sheets.

Die elektrische Maschine 1 weist eine Kühleinrichtung 12 für eine Flüssigkeitskühlung auf. Von der Kühleinrichtung 12 sind der in 1 dargestellt: ein Kühlmittelzulaufstutzen 13 zum Zuführen eines Kühlmittelstroms 14 eines Kühlmittels 14, eine Austrittsöffnung 16 eines in dem ersten Lagerschild 9 bereitgestellten ersten Kühlmittelkanals 17, ein Verbindungselement 18 zum Verbinden der Austrittsöffnung 16 mit einer Eintrittsöffnung 19 eines zweiten Kühlmittelkanals 20, der in dem zweiten Lagerschild 10 bereitgestellt ist, und ein Kühlmittelablaufstutzen 21 zum Ausgeben des Kühlmittelstroms 14. Der Kühlmittelablaufstutzen 21 stellt eine Austrittsöffnung des zweiten Kühlkanals 20 bereit. The electric machine 1 has a cooling device 12 for a liquid cooling on. From the cooling device 12 are the in 1 Shown: a coolant inlet nozzle 13 for supplying a coolant flow 14 a coolant 14 , an exit opening 16 one in the first end shield 9 provided first coolant channel 17 , a connecting element 18 for connecting the outlet opening 16 with an entrance opening 19 a second coolant channel 20 in the second bearing plate 10 is provided, and a coolant outlet 21 for dispensing the coolant flow 14 , The coolant outlet 21 represents an outlet opening of the second cooling channel 20 ready.

Von dem Wechselrichter 11 sind Gleichspannungsanschlüsse 22 und Halbleiterbauteile 23 dargestellt. Jeder Lagerschild 9, 10 kann jeweils ein Lager 24 zum drehbaren Lagern der Welle 8 aufweisen. From the inverter 11 are DC voltage connections 22 and semiconductor devices 23 shown. Every end shield 9 . 10 can each have a warehouse 24 for rotatably supporting the shaft 8th exhibit.

2 und 3 zeigen die elektrische Maschine 1 im montierten Zustand aus jeweils einer anderen Perspektive. Die Lagerschilde 9, 10 können über Schrauben 25 an den axialen Enden 6 des Blechpakets 4 gehalten sein. Hierbei ist es nicht nötig, dass das Blechpaket 4 ebenfalls von einem Gehäuse umgeben ist. Mit anderen Worten ist eine Mantelfläche F des Blechpakets 4 und damit des Stators 3 gehäusefrei ausgestaltet. Mit anderen Worten ist das Blechpaket 3 von außen sichtbar und/oder berührbar. 2 and 3 show the electric machine 1 in the mounted state from a different perspective. The bearing shields 9 . 10 can over screws 25 at the axial ends 6 of the laminated core 4 be held. It is not necessary that the laminated core 4 also surrounded by a housing. In other words, a lateral surface F of the laminated core 4 and with it the stator 3 designed housing-free. In other words, the laminated core 3 visible from the outside and / or touchable.

Das Verbindungselement 18 der Kühleinrichtung 12 kann als Rohr ausgestaltet sein. Zwischen dem Rohr 18 und dem Blechpaket 4 kann ein luftgefüllter Zwischenraum 26 vorgesehen sein. The connecting element 18 the cooling device 12 can be designed as a tube. Between the pipe 18 and the laminated core 4 can be an air-filled gap 26 be provided.

Anhand von 2, 3 und 4 ist im Folgenden Erläutert, wie die Kühlkanäle 17, 20 in den Lagerschilden 9, 10 ausgestaltet sein können.Based on 2 . 3 and 4 is explained below how the cooling channels 17 . 20 in the bearing shields 9 . 10 can be configured.

4 zeigt hierzu einen Längsschnitt durch die elektrische Maschine 1. In dem Lagerschild 9 kann der erste Kühlmittelkanal 17 als eine Nut 27 oder Ausfräsung in einer ersten Platte 28 ausgebildet sein. Mittels einer zweiten Platte 29 kann die Nut 27 in axialer Richtung verschlossen sein. 4 shows a longitudinal section through the electric machine 1 , In the end shield 9 can the first coolant channel 17 as a groove 27 or cutout in a first plate 28 be educated. By means of a second plate 29 can the groove 27 be closed in the axial direction.

Die 4 ist anhand des zweiten Lagerschildes 10 veranschaulicht, wie der Kühlmittelkanal 20 an einer radialen Außenseite 30 des Wickelkopfes 5 entlang geführt sein kann. The 4 is based on the second bearing plate 10 illustrates how the coolant channel 20 on a radial outside 30 the winding head 5 can be guided along.

Des Weiteren ist in 4 dargestellt, wie einer der Wickelköpfe 5 über eine Vergussmasse 31 thermisch direkt an dem Lagerschild 9 angekoppelt sein kann. Durch die Vergussmasse 31 ist eine Berührfläche 32 gebildet, welche an dem Lagerschild 9 anliegt oder diesen berührt. Hierdurch kann Wärme aus dem Wickelkopf 5 durch die Vergussmasse 31 hindurch in ein Material des Lagerschilds 9 diffundieren. Von hieraus kann die Wärme in die Kühlflüssigkeit in dem ersten Kühlmittelkanal 17 diffundieren. Furthermore, in 4 represented as one of the winding heads 5 via a potting compound 31 thermally directly to the end shield 9 can be coupled. Through the potting compound 31 is a touch surface 32 formed, which on the bearing plate 9 is present or touching it. This can heat from the winding head 5 through the potting compound 31 through into a material of the end shield 9 diffuse. From this, the heat in the cooling liquid in the first coolant channel 17 diffuse.

5 zeigt einen möglichen schematischen Verlauf der Kühlmittelkanäle 17 und 20 in den Lagerschilden 9 und 10. Beispielsweise kann jeder Kühlmittelkanal 17, 20 ringförmig entlang des jeweiligen Wickelkopfes 5 verlaufen. Ein alternativer Verlauf 33 veranschaulicht, dass der Kühlmittelkanal 17, 20 auch einen mäandrierenden Verlauf oder eine mäandrierende Form aufweisen kann. Beispielsweise ist pro Lagerschild 9, 10 nur ein einziger, verzweigungsfreier Kühlkanal vorgesehen. 5 shows a possible schematic course of the coolant channels 17 and 20 in the bearing shields 9 and 10 , For example, each coolant channel 17 . 20 annular along the respective winding head 5 run. An alternative course 33 illustrates that the coolant channel 17 . 20 may also have a meandering course or a meandering shape. For example, per end shield 9 . 10 only a single, branch-free cooling channel provided.

6 veranschaulicht, dass parallel zu dem Verbindungselement 18 ein rückführendes Verbindungselement 34 bereitgestellt sein kann, durch welches eine Pumpe (nicht dargestellt) sowohl in zulaufender Richtung (stromaufwärts) als auch ablaufender Richtung (stromabwärts) von derselben Seite der elektrischen Maschine 1 her, beispielsweise von der Antriebsseite her, angeschlossen werden kann. Das rückführende Verbindungselement 34 kann beispielsweise ebenfalls als Rohr ausgestaltet sein. Entlang einer Umfangsrichtung U weist das Verbindungselement 18 und bevorzugt auch das rückführende Verbindungselement 34 jeweils eine Abmessung D auf, die höchstens 20 Prozent eines Umfanges C des Blechpakets 4 beträgt. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Verbindungselement 18 um ein einzelnes Rohr und nicht um einen Kühlkanal, der eine Mantelkühlung des Blechpakets 4 bewirkt. Selbiges gilt für das rückführende Verbindungselement 34. 6 illustrates that parallel to the connector 18 a returning connecting element 34 may be provided by which a pump (not shown) in both the upstream (upstream) and downstream (downstream) from the same side of the electric machine 1 ago, for example, from the drive side, can be connected. The returning connecting element 34 For example, it can also be designed as a tube. Along a circumferential direction U, the connecting element 18 and also preferably the returning connecting element 34 each have a dimension D, which is at most 20 percent of a circumference C of the laminated core 4 is. In other words, it is in the connection element 18 around a single pipe and not around a cooling duct, which provides a jacket cooling of the laminated core 4 causes. The same applies to the returning connecting element 34 ,

7, 8 und 9 veranschaulichen, wie das Verbindungselement 18 bezüglich des Blechpakets 4 angeordnet sein kann. Die 7 zeigt die auch in 2, 3 und 4 veranschaulichte Ausführungsform, bei welcher der Zwischenraum 26 zwischen dem Blechpaket 4 und dem Verbindungselement 18 bereitgestellt ist. Das Verbindungselement 18 ist hierbei achsparallel zur Rotationsachse 2 angeordnet, d. h. eine Achse 35 einer Längserstreckungsrichtung des Verbindungselements 18, also beispielsweise eine Rohrachse, ist hierbei parallel zur Rotationsachse 2 angeordnet. 7 . 8th and 9 illustrate how the connecting element 18 concerning the laminated core 4 can be arranged. The 7 also shows in 2 . 3 and 4 illustrated embodiment in which the gap 26 between the laminated core 4 and the connecting element 18 is provided. The connecting element 18 is axially parallel to the axis of rotation 2 arranged, ie an axis 35 a longitudinal extension direction of the connecting element 18 , So for example, a pipe axis, this is parallel to the axis of rotation 2 arranged.

8 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher das Verbindungselement 18 teilweise in dem Blechpaket 4 versenkt oder integriert angeordnet ist. Hierzu kann beispielsweise eine Nut in dem Blechpaket 4 vorgesehen sein. 8th shows an embodiment in which the connecting element 18 partly in the laminated core 4 sunk or integrated. For this purpose, for example, a groove in the laminated core 4 be provided.

9 veranschaulicht, wie das Verbindungselement 18 vollständig in das Blechpaket 4 integriert sein kann. Hierzu kann beispielsweise das Blechpaket 4 eine Durchgangsöffnung aufweisen, die entweder das Verbindungselement 18 selbst bildet oder in welche das Verbindungselement 18 eingesteckt ist. 9 illustrates how the connection element 18 completely in the laminated core 4 can be integrated. For this example, the laminated core 4 having a through opening which is either the connecting element 18 itself forms or in which the connecting element 18 is plugged in.

10 zeigt den Rotor 7 in Alleinstellung. An dem Rotor 7 kann eine Luftschaufel 36 oder es können mehrere Luftschaufeln 36 vorgesehen sein. In 10 sind der Übersichtlichkeit halber nur einige Luftschaufeln 36 mit einem Bezugszeigen versehen. Die Luftschaufeln 36 können beispielsweise an Kurzschlussringe 37 angeformt sein. Die Kurzschlussringe 37 können Bestandteil eines Käfigläufers sein. Mittels der Luftschaufeln 36 kann bei einer Rotationsbewegung 38 des Rotors 7 um die Rotationsachse 2 Luft bewegt werden, die sich zwischen dem Wickelkopf 5 und dem Läuferschild 9, 10 befinden kann. Insbesondere handelt es sich um Luft, die zwischen dem jeweiligen Kühlkanal 17, 20 und dem Wickelkopf 5 angeordnet ist. 10 shows the rotor 7 in isolation. On the rotor 7 can be an air scoop 36 or there may be several air blades 36 be provided. In 10 For clarity, only a few air blades 36 provided with a reference. The air scoops 36 For example, you can use short-circuit rings 37 be formed. The short-circuit rings 37 can be part of a squirrel cage. By means of the air blades 36 can during a rotational movement 38 of the rotor 7 around the axis of rotation 2 Air to be moved, extending between the winding head 5 and the runner shield 9 . 10 can be located. In particular, it is air that between the respective cooling channel 17 . 20 and the winding head 5 is arranged.

11 veranschaulicht, wie der Kühlmittelstrom 14 im Läuferschild 9 aufgeteilt werden kann, um einen Kühlmittelteilstrom 39 für den Wechselrichter 11 bereitzustellen. Hierzu kann eine Kühlmittelverteilerplatte 40 vorgesehen sein, die einen Zusatzkanal 41 zum Führen des Kühlmittelteilstroms 39 entlang des Wechselrichters 11 unabhängig von einer Flussrichtung des Kühlmittelstroms 14 im Lagerschild 9 ermöglicht. 11 illustrates how the coolant flow 14 in the runner shield 9 can be split to a coolant partial flow 39 for the inverter 11 provide. For this purpose, a coolant distributor plate 40 be provided, which is an additional channel 41 for guiding the coolant partial flow 39 along the inverter 11 independent of a flow direction of the coolant flow 14 in the bearing plate 9 allows.

12 veranschaulicht, wie die elektrische Maschine 1 als Antriebsmotor in einem Kraftfahrzeug 42 bereitgestellt werden kann. Die Welle 8 kann an der Abtriebsseite der elektrischen Maschine 1 mit einem Antriebsstrang 43 des Kraftfahrzeugs 1 mechanisch gekoppelt sein, um ein mechanisches Drehmoment der elektrischen Maschine 1 auf Antriebsräder 44 des Kraftfahrzeugs 1 zu übertragen. 12 illustrates how the electric machine 1 as a drive motor in a motor vehicle 42 can be provided. The wave 8th can be on the output side of the electric machine 1 with a powertrain 43 of the motor vehicle 1 be mechanically coupled to a mechanical torque of the electric machine 1 on drive wheels 44 of the motor vehicle 1 transferred to.

Hierbei weist die elektrische Maschine 1 mehrere technische Vorteile auf. Sie stellt einen Elektromotor mit Flüssigkeitskühlung dar, der eine erhebliche Verbilligung durch eine einfache Konstruktion mit wenigen Bauteilen erreicht. Des Weiteren sind ein geringes Gewicht und ein geringer Bauraum und ein geringes Volumen pro Leistungseinheit sowie eine einfache Abdichtung des Kühlmediums gegenüber den restlichen Geräten und der Umgebung gewährleistet. Des Weiteren ist auch eine ausreichende Robustheit des wassergekühlten Elektromotors gewährleistet. Des Weiteren ergibt sich ein niedriger Geräuschpegel, da keine Luftkühlung nötig ist, sowie kaum Wärmeabstrahlung an die Umgebung, da kein Luftstrom austreten muss. Die Kühleinrichtung erlaubt oft den Einsatz in schwierigsten Umgebungsbedingungen, wie Staub, Wärme oder Kälte und bei Einsatz von verschiedenartigen Kühlflüssigkeiten 15, wie Wasser oder Öl. Die Kühlung der elektrischen Maschine ist eine Flüssigkeitskühlung, die beidseitig über die Statorwickelköpfe die Wärme abführt. Zwei Varianten zur Kühlung der Wickelköpfe 5 sind hierbei vorgesehen. Es kann eine direkte thermische Anbindung des Wickelkopfes 5 an die Flüssigkeitskühlung oder eine indirekte Anbindung des Wickelkopfes 5 an die Flüssigkeitskühlung durch Luftzirkulation vorgesehen sein.In this case, the electric machine 1 several technical advantages. It represents an electric motor with liquid cooling, which achieves a significant cost by a simple design with few components. Furthermore, a low weight and a small installation space and a low volume per unit power as well as a simple seal of the cooling medium compared to the other devices and the environment are guaranteed. Furthermore, a sufficient robustness of the water-cooled electric motor is ensured. Furthermore, there is a low noise level, since no air cooling is necessary, and little heat radiation to the environment, since no air flow must escape. The cooling device often allows use in the most difficult environmental conditions, such as dust, heat or cold and when using various types of cooling liquids 15 like water or oil. The cooling of the electric machine is a liquid cooling, which dissipates the heat on both sides via the Statorwickelköpfe. Two variants for cooling the winding heads 5 are provided here. It can be a direct thermal connection of the winding head 5 to the liquid cooling or an indirect connection of the winding head 5 be provided to the liquid cooling by air circulation.

Die direkte thermische Anbindung sieht Folgendes vor. Komponenten oder Bauteile der elektrischen Maschine, die im Betrieb besonders heiß werden, wie z. B. die Leistungselektronik des Inverters oder Wechselrichters und der Wickelkopf einer am Blechpaket zerlegten Spulenwicklung oder Wicklung werden mit einem möglichst niedrigen Wärmeübergangswiderstand an dem flüssigkeitsgekühlten Kühlmantel angekoppelt. Im Falle des Wickelkopfes erfolgt dies über eine wärmeleitende Vergussmasse. In der Vergussmasse ist der Wickelkopf eingebettet oder eingegossen. Dadurch liegt die wärmeleitende Vergussmasse flächig und insbesondere bündig am Kühlkanal an. The direct thermal connection provides the following. Components or components of the electrical machine that are particularly hot during operation, such as. As the power electronics of the inverter or inverter and the winding head of a disassembled on the laminated core winding coil or winding are coupled with the lowest possible heat transfer resistance to the liquid-cooled cooling jacket. In the case of the winding over this is done via a thermally conductive potting compound. In the potting compound of the winding head is embedded or cast. As a result, the heat-conducting potting compound lies flat and in particular flush with the cooling channel.

Der Wickelkopf ist zumindest teilweise mit einer Vergussmasse umgeben. Die Vergussmasse weist auf die Umfangs- und Stirnflächen des Kühlmantels des Lagerschilds geometrisch abgestimmte Flächen auf. Sie sollte gut wärmeleitfähig sein. Im montierten Zustand der elektrischen Maschine liegen die gegeneinander kommunizierenden Flächen dicht und spielfrei an. The winding head is at least partially surrounded by a potting compound. The potting compound has on the circumferential and end faces of the cooling jacket of the bearing plate geometrically tuned surfaces. It should be good thermal conductivity. In the mounted state of the electric machine, the mutually communicating surfaces are tight and free of play.

Dadurch ist ein in vorteilhafter Weise besonders guter wärmeleitfähiger Übergang möglich. As a result, an advantageously particularly good thermally conductive transition is possible.

Dadurch ist ein vorteilhafter Weise besonders guter leitfähiger Übergang möglich. Die Entstehung lokaler Heißpunkte im Wickelkopf wird dadurch stark reduziert. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Kühleinrichtung einen zumindest teilweisen umlaufenden Kühlkragen zur Kühlung des axialen Endes des Wickelkopfes bzw. der Stirnseite des Wickelkopfes auf. Damit ist der weitere Vorteil verbunden, dass neben den radialen Innenflächen und der durch einen Kühlmantel gekühlten radialen Außenfläche 30 des Wickelkopfes auf die axiale Außenseite bzw. die axiale Stirnseite des Wickelkopfes gekühlt werden kann. Die Entstehung möglicher Hotspots im Wickelkopf wird dadurch noch weiter reduziert. Mit Kühlmantel ist hierbei jeweils das Material zwischen Wickelkopf und Kühlkanal gemeint. As a result, an especially advantageous conductive transition is possible. The formation of local hot spots in the winding head is thereby greatly reduced. In an advantageous embodiment, the cooling device has an at least partially circulating cooling collar for cooling the axial end of the winding head or the end face of the winding head. This has the further advantage that in addition to the radial inner surfaces and cooled by a cooling jacket radial outer surface 30 the winding head can be cooled to the axial outside or the axial end face of the winding head. The emergence of possible hotspots in the winding overhang is thereby further reduced. With cooling jacket here in each case the material between the winding head and the cooling channel is meant.

Bei der indirekten thermischen Anbindung des Statorwickelkopfes an die Flüssigkeitskühlung hat der im Lagerschild untergebrachte Kühlkanal keine direkte thermische Anbindung zum jeweiligen Wickelkopf, sondern es existiert ein Luftraum zwischen dem Statorwickelkopf bzw. der Spulenwicklung. Um den Wickelkopf dennoch effektiv kühlen zu können, wird er indirekt thermisch über einen zirkulierenden Luftstrom in der beschriebenen Weise angebunden oder gekühlt. In the indirect thermal connection of the Statorwickelkopfes to the liquid cooling the accommodated in the bearing plate cooling channel has no direct thermal connection to the respective winding head, but there is an air space between the Statorwickelkopf and the coil winding. In order to effectively cool the winding head, it is indirectly connected or cooled thermally via a circulating air flow in the manner described.

Um einen Elektromotor für einen Hybridantrieb oder einen Elektroantrieb in kleinste Bauräume einfügen zu können, verzichtet man bei der elektrischen Maschine 1 auf die Flüssigkeitskühlung durch einen Kühlmantel am Umfang des Stators. Das allgemeine Konstruktionsprinzip ist eine gehäuselose elektrische Maschine mit beiderseitig aufgebauten Lagerschilden. Weitere Charakteristika sind die Flüssigkeitskühlung des Statorwickelkopfes an der Abtriebsseite und der Antriebsseite sowie eine Flüssigkeitskühlung des Inverters oder Wechselrichters antriebsseitig. Übergabeelemente oder Verbindungselemente zum Schließen des Gesamtkühlkreislaufes leiten oder führen die Kühlmittelflüssigkeit von zwischen dem ersten Lagerschild und dem Wechselrichtergehäuse zur Kühlung der Leistungselektronik hin zum zweiten Lagerschild. To be able to insert an electric motor for a hybrid drive or an electric drive in the smallest installation spaces, one dispenses with the electric machine 1 on the liquid cooling by a cooling jacket on the circumference of the stator. The general design principle is a caseless electric machine with bilateral bearing shields. Further characteristics are the liquid cooling of the stator winding head on the output side and the drive side as well as liquid cooling of the inverter or inverter on the drive side. Transfer elements or connecting elements for closing the entire cooling circuit conduct or guide the coolant liquid from between the first end shield and the inverter housing for cooling the power electronics to the second end shield.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Flüssigkeitskühlung einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einer Kühleinrichtung bereitgestellt werden kann. Overall, the example shows how can be provided by the invention, a liquid cooling of an electric machine and an electric machine with a cooling device.

Claims

Electric machine ( 1 ) comprising: - a stator ( 3 ) with a laminated core ( 4 ) and with electrical windings ( 5 ' ), whereby at axial ends ( 6 ) of the laminated core ( 4 ) a respective winding head ( 5 ) of the windings ( 5 ' ) from the laminated core ( 4 ) stands out, - a first bearing plate ( 9 ) and a second end shield ( 10 ), each bearing plate ( 9 . 10 ) at one of the axial ends ( 6 ) of the laminated core ( 3 ), - a cooling device ( 12 ) for cooling the electric machine ( 1 ) by means of a cooling liquid ( 15 ), characterized in that the cooling device ( 12 ) for cooling the winding heads ( 5 ) and one or both of the end shields ( 9 . 10 ) each have a cooling channel ( 17 . 20 ) for conducting the cooling liquid ( 15 ) exhibit.

Electric machine ( 1 ) according to claim 1, wherein in one or both of the end shields ( 9 . 10 ) each of the cooling channel ( 17 . 20 ) is designed to cool the coolant ( 15 ) on a radial outer surface ( 30 ) and / or on a radial inner surface and / or on an axial end face of the winding head ( 5 ) along.

Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein at one or both of the axial ends ( 6 ) each of the winding head ( 5 ) into a solid potting compound ( 31 ) is poured and the casting compound ( 31 ) a contact surface ( 32 ), which on the respective end shield ( 9 . 10 ) of the axial end ( 6 ) is present.

Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein at one or both of the axial ends ( 6 ) between the winding head ( 5 ) and the end shield ( 9 . 10 ) an air space is provided and one in the stator ( 3 ) rotatably mounted rotor ( 7 ) of the electric machine ( 1 ) at least one fan blade ( 36 ), which in a rotational movement ( 38 ) of the rotor ( 7 ) moves the air in the airspace.

Electric machine ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein one or both of the end shields ( 9 . 10 ) two adjacent plates ( 28 . 29 ), wherein in at least one of the plates ( 28 . 29 ) one the cooling channel ( 17 ) of the end shield ( 9 ) at least partially forming groove ( 27 ) is trained.

Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein both end shields ( 9 . 10 ) each have a cooling channel ( 17 . 20 ) and an outlet opening ( 16 ) of the cooling channel ( 17 ) of the first end shield ( 9 ) and an entrance opening ( 19 ) of the cooling channel ( 20 ) of the second end shield ( 10 ) via a connecting element ( 18 ) are fluidly connected to each other.

Electric machine ( 1 ) according to claim 6, wherein the connecting element ( 18 ) is designed as a tube.

Electric machine ( 1 ) according to claim 6 or 7, wherein the cooling channel ( 17 ) of the first end shield ( 9 ) downstream only via the pipe with the cooling channel ( 20 ) of the second end shield ( 10 ) are fluidically connected and / or a dimension (D) of the tube in the circumferential direction (U) less than 20 percent of a circumference (C) of the laminated core ( 4 ).

Electric machine ( 1 ) according to claim 7 or 8, wherein the tube in such a way outside the laminated core ( 4 ) is arranged, that between the laminated core ( 4 ) and the pipe a gap ( 26 ) or with the tube partially or wholly in the laminated core ( 4 ) is sunk.

Electric machine ( 1 ) according to one of claims 6 to 9, wherein a returnable connecting element ( 34 ) is provided, which at an outlet opening ( 21 ) of the cooling channel ( 20 ) of the second end shield ( 10 ) is arranged and extends to the first end shield.

Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein on one of the end shields ( 9 ), which has a cooling channel ( 17 ), an inverter ( 11 ), wherein the cooling channel ( 17 ) between the stator ( 3 ) and the inverter ( 11 ).

Electric machine ( 1 ) according to claim 11, wherein between the cooling channel ( 17 ) and the inverter ( 11 ) a coolant distribution plate ( 40 ), wherein the coolant distribution plate ( 40 ) at least one additional channel ( 11 ) for guiding the coolant ( 15 ) along the inverter ( 11 ) having.

Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the cooling device ( 12 ) is designed, by means of the cooling liquid ( 15 ) the laminated core ( 4 ) completely or mostly only indirectly via the respective winding head ( 5 ) one or both axial ends ( 6 ) to cool.

Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein a lateral surface of the laminated core ( 4 ) is designed housing-free.

Motor vehicle ( 42 ) with at least one electrical machine ( 1 ) according to any one of the preceding claims.