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Die Erfindung betrifft ein Gehäuseelement, insbesondere einen Axialgehäusedeckel, für eine elektrische Maschine, sowie eine elektrische Maschine mit einem Gehäuseelement.
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In vielzähligen Anwendungen kommen Sensoren bzw. Sensorelemente zum Einsatz, welche die Winkel- und Rotationsinformationen einer elektrischen Maschine bzw. einer E-Maschine erfassen.
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Diese Sensoren bzw. Sensorelemente können als ganzer Ring oder als Ringsegment ausgebildet sein.
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Um die Einflüsse von Torsion oder Toleranzen zu minimieren werden diese Sensoren so nah wie möglich an dem E-Motor angebracht. Daher erfolgt meist eine Integration im Inneren des Gehäuses der elektrischen Maschine.
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Bei dieser Integration sind die Kontaktierung, Dichtung, Montage und Austauschbarkeit relevante Aspekte.
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Insbesondere bei hochintegrierten Anwendungen mit eingeschränktem Bauraum, wie zum Beispiel einem Hybridmodul eines Fahrzeuges, bedarf es einer verbesserten Form der Integration.
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In diesem Zusammenhang ist beispielsweise in 1 eine verbreitete Möglichkeit zur Integration von Sensorelementen 21 einer elektrischen Maschine 20 am Markt und in der Entwicklung dargestellt.
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Die Montage eines Sensorelements 21 erfolgt hier innerhalb des Gehäuses bzw. des Gehäuseelements 1 über einen Zugang 7. Die Kontaktierung bzw. die elektrische Verbindung 24 ist dabei als Leitungssatz mit Steckern 30 und integrierten Dichtungen bzw. Dichtelementen 23 ausgeführt.
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Bei dieser Variante aus dem Stand der Technik gemäß 1 entstehen Kosten und Komplikationen durch die Kontaktierung bzw. die elektrische Verbindung 24 an dem Sensorelement 21, das in axialer Richtung A montiert werden muss.
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Grund dafür ist, dass insgesamt zwei Bauteile sowie Dichtungen bzw. Dichtelemente 23 zwischen dem Sensorelement 21 und dem Gehäuseelement 1 benötigt werden.
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Dabei ist insbesondere die Gestaltung der Stecker 30 aufgrund der Bauraumbegrenzungen auf beiden Gehäuseseiten problematisch.
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Zusätzliche Kosten entstehen dann durch Entwicklung, Abstimmung, Tests und Fertigung.
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Eine weitere von Sensorlieferanten bekannte Alternative einer elektrischen Maschine 20 mit Sensorelementen 21 ist in 2 dargestellt.
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Hierbei ist das Sensorelement 21 über den Zugang 7 in radialer Richtung R in das Innere des Gehäuseelements 1 eingeführt und mit direkt integrierter Kontaktierung bzw. elektrischer Verbindung 24 ausgeführt.
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Ein Dichtelement 23 ist zwischen dem Sensorelement 21 und dem Gehäuseelement 1 angebracht.
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Der Nachteil der Variante nach 2 liegt in dem benötigten axialen Bauraum.
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Bei einer Integration einer E-Maschine bzw. einer elektrischen Maschine 20 in einen Antriebsstrang, beispielsweise als Hybridmodul ausgebildet, eines Fahrzeuges ist die axiale Länge ein entscheidendes Maß.
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In aktuellen Anwendungen wird dieser Bauraum im Idealfall nur durch den E-Motor 25 der elektrischen Maschine 20 vorgegeben.
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Um das Sensorelement 21 bei verbreiteten E-Motoren 25 mit Innenläufer radial einbringen zu können, muss dies axial neben der E-Maschine 25 erfolgen. Dadurch vergrößert sich der axiale Bauraum.
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Ausgehend von dem oben erläuterten Stand der Technik, ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gehäuseelement für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einem Gehäuseelement anzugeben, welches bzw. welche kostengünstig montierbar ist sowie eine geringe axiale Bautiefe aufweist und vorzugsweise eine verbesserte Abdichtung gegenüber äußeren Umwelteinflüssen gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß umfasst bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Gehäuseelement, insbesondere ein Axialgehäusedeckel, für eine elektrische Maschine ein Wandelement mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite.
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Bevorzugterweise ist zwischen den beiden Stirnseiten wenigstens ein Hohlraum für ein Sensorelement angeordnet. Auf diese Weise kann ein Gehäuseelement, aber auch eine elektrische Maschine, mit einer geringen axialen Bautiefe realisiert werden. Denn für das Sensorelement wird kein zusätzlicher axialer Bauraum benötigt, sondern die Wandstärke bzw. die Wanddicke des Wandelements des Gehäuseelements kann als Ort für das Sensorelement verwendet werden.
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Unter einem Hohlraum wird in der vorliegenden Beschreibung vorzugsweise ein Raum verstanden, der einen Zugang bzw. eine Öffnung, bevorzugterweise einen einzigen Zugang bzw. eine einzige Öffnung umfasst und somit nur von dem Zugang bzw. von der Öffnung her zugänglich ist. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Hohlraum topf- oder tassen- oder taschenförmig ausgebildet. Anders ausgedrückt, ist der wenigstens eine Hohlraum vorzugsweise als allgemeiner Zylinder bzw. Hohlzylinder ausgebildet, dessen eine Stirnseite geschlossen ist und dessen gegenüberliegende, andere eine Öffnung / einen Zugang umfasst, sodass beispielsweise ein Sensorelement einbringbar ist.
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Auch ist es bevorzugt, dass der wenigstens eine Hohlraum geradlinig oder kurvenförmig innerhalb des Wandelements ausgebildet ist.
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Ferner ist es günstig, wenn der wenigstens eine Hohlraum eine rechteckförmige oder polygonal ausgebildete Gestalt, insbesondere im Querschnitt zu der Richtung, in welcher sich der mindestens eine Hohlraum erstreckt, aufweist.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der wenigstens eine Hohlraum eine Öffnung zum Einbringen bzw. Einführen bzw. Montieren eines Sensorelements umfasst, wodurch vorzugsweise das Sensorelement innerhalb des wenigstens einen Hohlraums von außerhalb kontaktierbar ist.
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Vorzugsweise ist die Öffnung an einer Umfangsfläche des Wandelements angeordnet. Günstigerweise ist die Umfangsfläche zwischen der ersten und zweiten Stirnseite angeordnet.
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Günstigerweise ist der wenigstens eine Hohlraum bezogen auf eine Achse, insbesondere auf eine Symmetrieachse des Wandelements, vorzugsweise auf eine Rotationsachse einer elektrischen Maschine, in radialer, tangentialer oder axialer Richtung ausgerichtet.
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Auch ist es günstig, wenn sich der wenigstens eine Hohlraum bezogen auf die Achse in radialer, tangentialer oder axialer Richtung erstreckt.
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Ferner ist es möglich, dass die Achse im Wesentlichen senkrecht zur ersten und/oder zweiten Stirnseite ausgerichtet ist.
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Unter „im Wesentlichen senkrecht“ wird vorzugsweise in der vorliegenden Beschreibung verstanden, dass auch eine Achse als senkrecht anzusehen ist, wenn diese zwischen +/- 10 Grad von einer idealen Senkrechten auf einer der Stirnseiten abweicht.
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Vorteilhafterweise weist der wenigstens eine Hohlraum auf der zweiten Stirnseite eine Öffnung und/oder einen Zugang auf. Dadurch ist es möglich, ein Sensorelement innerhalb des wenigstens einen Hohlraums von außerhalb bzw. von außerhalb des Gehäuseelements zu kontaktieren.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, ein Sensorelement innerhalb des wenigstens einen Hohlraums durch eine Öffnung des wenigstens einen Hohlraums zum Einbringen bzw. Einführen bzw. Montieren eines Sensorelements zu kontaktieren.
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Vorzugsweise umfasst das Wandelement in Umfangsrichtung mindestens eine Umfangsfläche. Günstigerweise ist die mindestens eine Umfangsfläche zwischen der ersten und zweiten Stirnseite angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist es von Vorteil, wenn die mindestens eine Umfangsfläche die erste Stirnseite mit der zweiten Stirnseite verbindet.
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Auch ist es günstig, wenn das Wandelement eine symmetrische Gestalt aufweist.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die erste und die zweite Stirnseite voneinander beabstandet sind.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Stirnseite über eine Wanddicke des Wandelements beabstandet sind.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise eine elektrische Maschine mit einem Gehäuseelement.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale des Gehäuseelements, wie sie unter dem ersten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der elektrischen Maschine Anwendung finden können.
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Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend ein Gehäuseelement können auch hier unter dem zweiten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden.
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Wie bereits erwähnt, umfasst bevorzugterweise die elektrische Maschine ein Gehäuseelement, insbesondere nach dem ersten Aspekt der Erfindung.
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Günstigerweise bildet die erste Stirnseite einen Teil einer Innenseite der elektrischen Maschine, wobei vorzugsweise die Innenseite einem Elektromotor gegenüberliegt.
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Auch ist es günstig, wenn die zweite Stirnseite einen Teil einer Außenseite der elektrischen Maschine bildet, wobei vorzugsweise die Außenseite beispielsweise Schmutz von einem Elektromotor abhält.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, dass innerhalb des Gehäuseelements, insbesondere innerhalb des wenigstens einen Hohlraums, ein Sensorelement angeordnet ist.
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Günstigerweise dient das Sensorelement zum Erfassen der Drehzahl eines Elektromotors und/oder zum Erfassen der Winkelinformation eines Elektromotors.
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Vorzugsweise ist das Sensorelement innerhalb oder außerhalb des wenigstens einen Hohlraums an dem Gehäuseelement befestigt.
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Auch kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Hohlraum auf der zweiten Stirnseite eine Öffnung und/oder einen Zugang aufweist. Dadurch ist es möglich, das Sensorelement innerhalb des wenigstens einen Hohlraums von außerhalb zu kontaktieren.
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Auch ist es auch möglich, das Sensorelement innerhalb des wenigstens einen Hohlraums durch eine Öffnung des wenigstens einen Hohlraums zum Einbringen bzw. Einführen bzw. Montieren eines Sensorelements zu kontaktieren.
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Ferner ist es günstig, wenn das Sensorelement an einem Zugang auf der zweiten Stirnseite oder an einer Öffnung angeordnet, insbesondere befestigt, ist.
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Bevorzugterweise umfasst die elektrische Maschine ein Geberrad.
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Auch ist es bevorzugt, wenn in axialer und radialer Richtung der elektrischen Maschine das Geberrad dem Sensorelement gegenüberliegend angeordnet ist.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die elektrische Maschine, insbesondere das Gehäuseelement, ein Dichtelement zum Dichten des Sensorelements am Gehäuseelement umfasst.
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Auch ist es möglich, dass das Dichtelement an einem Zugang auf der zweiten Stirnseite und/oder an einer Öffnung angeordnet, insbesondere befestigt, ist, um das Sensorelement zu schützen.
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Des Weiteren ist es günstig, wenn die elektrische Maschine eine elektrische Verbindung zu einer Leistungselektronik umfasst, die vorzugsweise mit dem Sensorelement verbindbar ist.
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Vorzugsweise ist die elektrische Verbindung als Stanzgitter ausgeführt, um weitere Komponenten zu integrieren, sodass einerseits die Kontaktierung zur Leistungselektronik und andererseits die Kontaktierung weiterer Sensorelemente gewährleistbar ist.
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Vorteilhafterweise umfasst die elektrische Maschine einen Elektromotor, der mit einem Geberrad verbunden ist.
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Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt.
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Dieser Gedanke betrifft vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - ein Gehäuseelement, insbesondere einen Axialgehäusedeckel, für eine elektrische Maschine, mit einem Wandelement, dass eine erste und eine zweite Stirnseite umfasst, wobei zwischen den beiden Stirnseiten wenigstens ein Hohlraum für ein Sensorelement angeordnet ist.
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Ferner betrifft der erfinderische Gedanke vorzugsweise eine elektrische Maschine mit einem Gehäuseelement, wie soeben dargestellt.
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Zusammengefasst erlaubt die Erfindung vorzugsweise eine axiale Integration von Sensorelementen in Form von zum Beispiel Ringsegmenten mit einer einfachen Kontaktierung bzw. elektrischer Verbindung günstigerweise inklusive Dichtung bzw. Dichtelement, ohne die mechanische Konstruktion des Gehäuseelements grundlegend zu beeinflussen.
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Dabei besteht bevorzugterweise die Aufgabe darin, ein Sensorelement mit Kontaktierung bzw. elektrischer Verbindung über eine axiale Gehäusewand bzw. ein Gehäuseelement zu integrieren. Ein Dichtelement soll dabei günstigerweise mit dem Sensorelement möglich sein und es soll vorzugsweise nur zur Leistungselektronik eine steckbare Verbindung benötigt werden. Zusätzlich soll vorzugsweise die Integration weiterer Sensorelemente oder alternativ deren Kontaktierungen bzw. deren elektrische Verbindungen möglich sein.
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Die Lösung der Aufgabe besteht günstigerweise darin, in ein axiales Gehäuseelement einen radialen, tangentialen oder axialen Schlitz bzw. Hohlraum einzubringen, über den eine Sensorfläche quer oder längs eingeführt werden kann. Dadurch muss die Öffnung im Gehäuseelement nicht die Größe der Sensorfläche umfassen, sondern kann auf die einer Seitenfläche reduziert werden.
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Die Befestigung des Sensorelements kann von innerhalb oder außerhalb des Gehäuseelements erfolgen und eine Dichtung bzw. ein Dichtelement ist vorzugsweise an der Durchführung am Gehäuseelement möglich bzw. anbringbar.
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Eine elektrische Verbindung zur Leistungselektronik ist vorzugsweise mit dem Sensorelement fest verbindbar.
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Dabei kann die elektrische Verbindung zum Beispiel als Stanzgitter ausgeführt werden. Diese Ausgestaltung erlaubt eine Integration weiterer Komponenten. Auf diese Weise ist einerseits die Kontaktierung bzw. elektrische Verbindung zur Leistungselektronik möglich und andererseits können zusätzlich weitere Sensorelemente oder Kontaktierungen vorgenommen werden.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 eine Schnittansicht auf ein Gehäuseelement bzw. eine elektrische Maschine nach dem Stand der Technik;
- 2 eine Schnittansicht auf ein weiteres Gehäuseelement bzw. eine weitere elektrische Maschine nach dem Stand der Technik; und
- 3 eine Schnittansicht auf ein erfindungsgemäßes Gehäuseelement sowie eine erfindungsgemäße elektrische Maschine.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
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1 und 2 zeigen jeweils eine Schnittansicht auf ein Gehäuseelement 1 bzw. eine elektrische Maschine 20 nach dem Stand der Technik.
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Genannter Stand der Technik wurde bereits eingangs diskutiert, sodass an dieser Stelle von weiteren Erläuterungen abgesehen wird.
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3 zeigt eine Schnittansicht auf ein erfindungsgemäßes Gehäuseelement 1 sowie eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 20.
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Genauer dargestellt, zeigt 1 eine elektrische Maschine 20 mit einem Gehäuseelement 1.
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Hierbei hat das Gehäuseelement 1 ein Wandelement 2 mit einer ersten 3 und einer zweiten Stirnseite 4, die voneinander durch die Wanddicke des Wandelements 2 beanstandet sind.
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Die erste Stirnseite 3 bildet einen Teil einer Innenseite der elektrischen Maschine 20, die zu einem Elektromotor 25 orientiert ist, wohingegen die zweite Stirnseite 4 einen Teil einer Außenseite der elektrischen Maschine 20 bildet.
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Das Wandelement 2 weist eine symmetrische Gestalt zur dargestellten Achse D auf, die eine Symmetrieachse des Wandelements 2 aber auch eine Rotationsachse der elektrischen Maschine 20 bildet.
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Ferner hat das Wandelement 2 in Umfangsrichtung U bzw. in tangentialer Richtung T eine Umfangsfläche (in der Schnittansicht von 3 nicht erkennbar), die die erste Stirnseite 3 mit der zweiten Stirnseite 4 verbindet.
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Zwischen den beiden Stirnseiten 3, 4 ist ein Hohlraum 5 für ein Sensorelement 21 angeordnet.
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Der Hohlraum 5 ist dabei geradlinig innerhalb des Wandelements 2 ausgebildet und weist eine rechteckförmige Gestalt auf. Anders ausgedrückt, ist der Hohlraum 5 topf- bzw. tassenförmig in Gestalt eines Hohlzylinders ausgebildet, wobei dessen eine Stirnseite eine Öffnung 6 umfasst, sodass beispielsweise ein Sensorelement 21 einbringbar ist. Die andere der Öffnung 6 gegenüberliegende Stirnseite ist geschlossen.
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Ferner ist der Hohlraum 5 bezogen auf die Achse D in tangentialer Richtung T ausgerichtet bzw. nochmals mit anderen Worten ausgedrückt, erstreckt sich der Hohlraum 5 bezogen auf die Achse D gemäß 3 in tangentialer Richtung T.
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Es ist aber auch möglich, dass der Hohlraum 5 in radialer R oder axialer Richtung A ausgerichtet ist.
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Dabei zeigt 3, dass die Achse D im Wesentlichen senkrecht zur ersten 3 und zweiten Stirnseite 4 ausgerichtet ist.
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Ferner hat der Hohlraum 5 eine Öffnung 6 zum Einbringen eines Sensorelements 21, wodurch das Sensorelement 21 innerhalb des Hohlraums 5 von außerhalb kontaktierbar ist, und wobei die Öffnung 6 an einer Umfangsfläche des Wandelements 2 angeordnet ist.
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Damit das Sensorelement 21 innerhalb des Hohlraums 5 von außerhalb der zweiten Stirnseite 4 kontaktierbar ist, kann der Hohlraum 5 auf der zweiten Stirnseite 4 auch einen Zugang haben.
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Im vorliegenden Beispiel jedoch dient jedoch die Öffnung 6 als Zugang.
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Wie bereits erwähnt zeigt 3, dass innerhalb des Hohlraums 5 ein Sensorelement 21 angeordnet ist.
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Dabei ist das Sensorelement 21 innerhalb des Hohlraums 5 mit dem Gehäuseelement 1 befestigt, um die Position des Sensorelements 21 zu sichern.
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Auch ist in 3 gezeigt, dass die elektrische Maschine 20 ferner ein Dichtelement 23 umfasst, wobei das Dichtelement 23 innerhalb des Hohlraums 5 angeordnet ist, um das Sensorelement 21 zu schützen. Das Sensorelement 21 ist vorzugsweise vollständig von dem Dichtelement 23 umgeben bzw. umhüllt.
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Ferner zeigt 3, dass die elektrische Maschine 20 ein Geberrad 22 umfasst, das in axialer Richtung A und radialer Richtung R der elektrischen Maschine 20 dem Sensorelement 21 gegenüberliegend angeordnet ist.
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Des Weiteren hat die elektrische Maschine 20 eine elektrische Verbindung 24 zu einer Leistungselektronik, die mit dem Sensorelement 21 verbunden ist.
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Die elektrische Verbindung 24 ist hierbei als Stanzgitter ausgeführt, um weitere Komponenten zu integrieren, sodass einerseits die Kontaktierung zur Leistungselektronik und andererseits die Kontaktierung weiterer Sensorelemente gewährleistet wird.
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Ferner hat die elektrische Maschine 20 gemäß 3 einen Elektromotor 25, der mit dem Geberrad 22 verbunden ist.
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Nachstehend wird 3 nochmals mit anderen Worten beschrieben.
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So zeigt 3 ein Sensorelement 21, das durch einen Schlitz bzw. eine Öffnung 6 in einen Hohlraum 5 eines Gehäuseelement 1 eingeführt ist.
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An diesem Sensorelement 21 ist eine elektrische Verbindung 24 angeordnet, die eine Integration von weiteren Sensorelementen oder deren Kontaktierung, sowie die Kontaktierung zur Leistungselektronik ermöglicht.
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Um das Sensorelement 21 und die elektrische Verbindung 24 ist ein Sensorverbundgehäuse angeordnet, das über ein Dichtelement 23 eine Dichtung des Gehäuseelement 1 ermöglicht.
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Der Schlitz bzw. der Hohlraum 5 im Gehäuseelement 1 liegt an dessen axialer Seite und ist tangential ausgeführt, wobei auch eine radiale oder axiale Ausführung denkbar ist.
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Die Befestigung des Sensorelements 21 kann je nach Anwendung von beiden Seiten des Gehäuseelements 1 durchgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuseelement
- 2
- Wandelement
- 3
- erste Stirnseite
- 4
- zweite Stirnseite
- 5
- Hohlraum
- 6
- Öffnung
- 7
- Zugang
- 20
- elektrische Maschine
- 21
- Sensorelement
- 22
- Geberrad
- 23
- Dichtelement
- 24
- elektrische Verbindung
- 25
- Elektromotor
- 30
- Stecker
- D
- Drehachse
- A
- axiale Richtung
- R
- radiale Richtung
- T
- tangentialer Richtung
- U
- Umfangsrichtung
