-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Maschine.
-
Bei einer derartigen elektrischen Maschine kann es sich allgemein um einen Elektromotor oder um einen Generator handeln. Die elektrische Maschine kann als Außenläufer oder als Innenläufer ausgebildet sein.
-
Eine gattungsgemäße Maschine ist beispielsweise aus der
US 5,214,325 bekannt. Sie umfasst ein Gehäuse, das einen Gehäuseinnenraum umgibt und das einen in einer Umfangsrichtung des Gehäuses umlaufenden, den Gehäuseinnenraum radial begrenzenden Mantel, axial einerseits eine den Gehäuseinnenraum axial begrenzende Rückseitenwand und axial andererseits eine den Gehäuseinnenraum axial begrenzende Vorderseitenwand aufweist. Fest mit dem Mantel ist ein Stator der Maschine verbunden. Im Stator ist ein Rotor der Maschine angeordnet, wobei eine Rotorwelle des Rotors über ein vorderes Wellenlager an der Vorderseitenwand drehbar gelagert ist.
-
Typischerweise umfasst der Stator einer herkömmlichen elektrischen Maschine Statorwicklungen, die im Betrieb der Maschine elektrisch bestromt werden. Dabei entsteht auch im Rotor Wärme, die zur Vermeidung einer Überhitzung und einer damit verbundenen Beschädigung oder gar Zerstörung des Rotors abgeführt werden muss. Eine Abführung der Wärme ist außerdem erforderlich, um die Wicklungen bzw. Permanentmagnete des Rotors aufgrund zu hoher Temperatur nicht zu entmagnetisieren.
-
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, im Gehäuse einer elektrischen Maschine einen Kühlkanal vorzusehen, der von einem Kühlmittel durchströmt werden kann, welches wiederum die in der Maschine erzeugte Abwärme aufnehmen und aus dem Gehäuse transportieren kann. Um im Rotor vorhandene Wärme besonders wirksam abführen zu können, ist es aus herkömmlichen elektrischen Maschinen bekannt, integral am Gehäuse und möglichst nahe am Rotor eine Struktur mit großer thermische Wechselwirkungsfläche - beispielsweise eine Rippenstruktur- und mit hoher Wärmeleitfähigkeit bereitzustellen, so dass sie besonders viel Wärme vom Rotor aufnehmen kann. Da es sich bei einer solchen Struktur typischerweise um einen Teil des Gehäuses handelt, welches nahe am Rotor positioniert ist, erfolgt bei herkömmlichen elektrischen Maschinen auch die Lagerung des Rotors typischerweise im Bereich besagter Struktur. Dies bedeutet aber, dass diese Struktur entsprechend massiv ausgebildet sein muss, um die vom Rotor während der Drehbewegung erzeugten Kräfte aufnehmen zu können. Somit ist für besagte Struktur eine große Wandstärke der Struktur erforderlich. Dies erschwert aber die Entwärmung des Rotors. Um dem entgegenzuwirken, werden Werkstoffe mit hoher Wärmeleitfähigkeit genutzt. Damit ist aber wiederum ein erheblicher Kostenaufwand verbunden.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für eine elektrische Maschine zu schaffen, bei welcher vorangehend genannter Nachteile weitgehend oder sogar vollständig beseitigt sind. Insbesondere soll eine verbesserte Ausführungsform für eine elektrische Maschine geschaffen werden, welche sich durch eine verbesserte Kühlung des Rotors bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten auszeichnet.
-
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
-
Grundidee der Erfindung ist demnach, den Rotor der elektrischen Maschine direkt an den beiden Lagerschilden des Gehäuses, also an den beiden den Gehäuseinnenraum der Maschine axial begrenzenden Gehäuseteilen zu lagern. Mit anderen Worten, der Rotor ist bei der hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Maschine über eine Lagereinrichtung direkt mit den beiden Lagerschilden verbunden und an diesen gelagert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass vom Rotor erzeugte Kräfte über die Lagereinrichtung direkt in die beiden Lagerschilde eingeleitet werden. Dies wiederum erlaubt es, einen Wärmeübertragungskörper, der zur Aufnahme von Abwärme vom Stator zwischen einem im Gehäuse vorgesehenen Kühlmittelraum - dieser kann als Kühlkanal, Kühlmittelsammler oder Kühlmittelsammler ausgebildet sein - und dem Rotor im Gehäuseinnenraum angeordnet ist, besonders dünnwandig auszubilden. Dies bewirkt eine hohe Wärmeübertragungsrate durch den Wärmeübertragungskörper hindurch und somit eine besonders hohe Kühlleistung, die mit Hilfe des Wärmeübertragungskörpers für die Rotorkühlung bereitgestellt werden kann. Zusätzlich gehen mit der bei dünnwandigen Wärmeübertragungskörpern erzielten Materialeinsparung erhebliche Kostenvorteile einher, da Materialien mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit in der Beschaffung im Allgemeinen sehr teuer sind.
-
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug, umfasst einen Stator und einen Rotor, der relativ zum Stator um eine Drehachse drehbar ist. Durch die Drehachse wird eine axiale Richtung der Maschine definiert. Die Maschine umfasst ein Gehäuse, welches einen Gehäuseinnenraum umgibt. Dabei umfasst das Gehäuse ein erstes und ein zweites Gehäuseteil, die den Gehäuseinnenraum, vorzugsweise entlang der axialen Richtung, begrenzen und an welchen der Rotor mittels einer Lagereinrichtung drehbar gelagert ist. Bei den beiden Gehäuseteilen kann es sich insbesondere um die eingangs erwähnten axialen „Lagerschilde“ handeln. Die Lagereinrichtung kann zwei Lagerelemente, insbesondere in der Art von Wellenlagern, aufweisen, wobei ein erstes Wellenlager an dem ersten Gehäuseteil, und ein zweites Lagerelement an dem zweiten Gehäuseteil, also vorzugsweise an einem zweiten Lagerschild, das dem ersten Lagerschild axial gegenüberliegt, angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist axial zwischen wenigstens einem Gehäuseteil - also dem ersten oder zweiten Gehäuseteil - und dem Rotor ein Wärmeübertragungskörper angeordnet. Dieser Wärmeübertragungskörper begrenzt zusammen mit besagtem Gehäuseteil einen Kühlmittelraum, der vorzugsweise als Kühlkanal, Kühlmittelsammlerraum oder/und Kühlmittelverteilerraum zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausgebildet ist.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an dem betreffenden Wärmeübertragungskörper und am Rotor eine Wärmeübertragungsstruktur zur Übertragung von Abwärme vom Rotor auf den Wärmeübertragungskörper vorhanden.
-
Zweckmäßig kann der Rotor direkt an den Gehäuseteilen gelagert sein. Dies erlaubt es, die Wärmeübertragungsstruktur dünnwandig auszugestalten, da keine Lagerkräfte aus dem Rotor in die Wärmeübertragungsstruktur eingeleitet werden.
-
Besonders bevorzugt ist der Rotor nicht über die Wärmeübertragungsstruktur und vorzugsweise auch nicht über den/die Wärmeübertragungskörper an den Gehäuseteilen gelagert. Auch diese Variante ermöglicht es, die Wärmeübertragungsstruktur besonders dünnwandig auszugestalten, da keine Lagerkräfte aus dem Rotor von der Wärmeübertragungsstruktur aufgenommen werden müssen.
-
Zweckmäßig beträgt eine in der axialen Richtung gemessene Wandstärke des ersten oder/und zweiten Gehäuseteils wenigstens das Zweifache, vorzugsweise wenigstens das Fünffache, einer Wandstärke des Wärmeübertragungskörpers.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zur Begrenzung des Kühlmittelraums zumindest zwei Wärmeübertragungskörper vorhanden, die beide separat zu den beiden Gehäuseteilen ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform sind ein erster Wärmeübertragungskörper axial zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem Rotor und ein zweiter Wärmeübertragungskörper axial zwischen dem Rotor und dem zweiten Gehäuseteil angeordnet.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lagereinrichtung ein erstes Lagerelement und ein zweites Lagerelement, die axial im Abstand zueinander angeordnet sind, so dass der Rotor axial zwischen den beiden Lagerelementen angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist die axiale Position der Lagerelemente so festgelegt, dass durch die Lagerelemente aufgenommenen Radialkräfte zu weniger als 35%, vorzugsweise zu weniger als 10%, an den jeweiligen Wärmeübertragungskörper weitergeleitet werden. Auf diese Weise wird eine Überbelastung des Wärmeübertragungskörpers vermieden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lagereinrichtung ein erstes Lagerelement, mittels welchem der Rotor am ersten Gehäuseteil gelagert ist, und ein zweites Lagerelement, mittels welchem der Rotor am zweiten Gehäuseteil gelagert ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein entlang der axialen Richtung gemessener Abstand zwischen dem ersten Wärmeübertragungskörper und dem ersten Gehäuseteil größer - und beträgt vorzugsweise wenigstens das Zweifache - als ein Abstand zwischen dem ersten Lagerelement und dem ersten Gehäuseteil. Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform ein entlang der axialen Richtung gemessener Abstand zwischen dem zweiten Wärmeübertragungskörper und dem zweiten Gehäuseteil größer - und beträgt vorzugsweise wenigstens das Zweifache - als ein Abstand zwischen dem zweiten Lagerelement und dem zweiten Gehäuseteil.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stator an wenigstens einem der beiden Gehäuseteile befestigt. Gegenüber herkömmlichen elektrischen Maschinen, bei welchen die Befestigung des Stators am Wärmeübertragungskörper erfolgt, ist es bei dieser Ausführungsform möglich, den Wärmeübertragungskörper besonders dünnwandig auszubilden und besonders nahe am Rotor zu positionieren. Außerdem gehen mit dieser Ausführungsform Materialeinsparungen und somit Kostenvorteile einher.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Stator im Abstand zum Wärmeübertragungskörper angeordnet oder liegt nur lose an diesem an. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass zu hohe Kräfte in den Wärmeübertragungskörper eingeleitet werden, die zu einer Beschädigung desselben führen könnte, insbesondere wenn dieser - wie hier vorgeschlagen - dünnwandig ausgebildet wird. Bei einer dazu alternativen Variante ist der Wärmeübertragungskörper mit einer Vorspannkraft zwischen Stator und Gehäuseteil eingespannt, die ausreicht, um eine fluiddichte Flächenpressung für dazwischenliegende Dichtungselemente, insbesondere in der Art von Elastomer-Dichtungen, zu gewährleisten.
-
Bevorzugt sind der Wärmeübertragungskörper und das wenigstens eine Gehäuseteil zweiteilig ausgebildet. Dies erleichtert es, für das Gehäuseteil ein anderes Material, insbesondere mit geringer Wärmeleitfähigkeit, zu wählen als für den Wärmeübertragungskörper. Auch dieser Maßnahme gehen erhebliche Kostenvorteile bei der Herstellung der elektrischen Maschine einher.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmeübertragungskörper an dem wenigstens einen Gehäuseteil befestigt. Denkbar ist dabei eine lösbare oder unlösbare Befestigung. Letztere kann insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung sein.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Wärmeübertragungsstruktur mehrere axial vom Rotor zum Wärmeübertragungskörper hin abstehende Vorsprünge, welche in komplementäre, am Wärmeübertragungskörper vorgesehene Ausnehmungen eingreifen. Gemäß einer dazu alternativen vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Wärmeübertragungsstruktur mehrere axial vom Wärmeübertragungskörper zum Rotor hin abstehende Vorsprünge, welche in dazu komplementäre, am Rotor vorgesehene Ausnehmungen eingreifen. Bei beiden Alternativen ist eine große Wechselwirkungsfläche für die Wärmeübertragung vom Rotor auf den Wärmeübertragungskörper sichergestellt.
-
Besonders bevorzugt können die Vorsprünge kammartig ausgebildet sein. Da die komplementär ausgebildeten Ausnehmungen bei dieser Variante ebenfalls eine kammartige Geometrie besitzen, wird auf diese Weise eine besonders große Wechselwirkungsfläche für die Wärmeübertragung vom Rotor auf den Wärmeübertragungskörper erzielt.
-
Besonders bevorzugt sind der Wärmeübertragungskörper und der Rotor zur Realisierung der Wärmeübertragungsstruktur derart relativ zueinander angeordnet, dass im Bereich der Wärmeübertragungsstruktur ein axialer Abstand zwischen dem Wärmeübertragungskörper und dem Rotor - dieser wird entlang der axialen Richtung gemessen - höchstens 1 mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm beträgt. Bei dieser Variante besitzt der zwischen Wärmeübertragungskörper und Rotor gebildete Luftspalt eine geringe Spaltbreite, so dass eine effektive Wärmeübertragung vom Rotor auf den Wärmeübertragungskörper gewährleistet ist.
-
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der Wärmeübertragungskörper als sich zumindest abschnittsweise quer zur axialen Richtung erstreckende Kühlplatte ausgebildet sein, deren entlang der axialen Richtung gemessene Wandstärke höchstens 3mm, vorzugsweise höchstens 1 mm, beträgt. An bzw. in dieser Kühlplatte sind entlang der axialen Richtung die die Wärmeübertragungsstruktur ergebenden Vorsprünge bzw. Ausnehmungen ausgeformt bzw. ausgebildet.
-
Besonders bevorzugt beträgt eine Ausnehmungs-Tiefe oder Vorsprungs-Höhe der am Wärmeübertragungskörper die Wärmeübertragungsstruktur ausbildenden Ausnehmungen bzw. Vorsprünge wenigstens das Dreifache, vorzugsweise wenigstens das Fünffache, der Wandstärke der Kühlplatte. Bei dieser Variante besitzt die Wärmeübertragungsstruktur eine große Wechselwirkungsfläche, so dass pro Zeiteinheit eine besonders große Wärmemenge vom Rotor an den Wärmeübertragungskörper übertragen werden kann. Gleichzeitig bleibt die Kühlplatte besonders dünnwandig ausgeführt.
-
Der Wärmeübertragungskörper mit der Wärmeübertragungsstruktur kann ein tiefgezogenes Blechformteil mit Rippenstruktur sein, wobei die Rippenstruktur durch einen Tiefzieh- oder Umformprozess hergestellt wird.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist wenigstens ein Gehäuseteil einen Befestigungsabschnitt auf, an welchem der Wärmeübertragungskörper befestigt ist, wobei am Befestigungsabschnitt zusätzlich die Lagereinrichtung zur drehbaren Lagerung des Rotors angebracht ist. Besonders bevorzugt weisen beide Gehäuseteile, also sowohl das erste als auch das zweite Gehäuseteil, einen derart ausgestalteten Befestigungsabschnitt auf. Bei dieser Variante ist die Lagereinrichtung nicht wie bei herkömmlichen elektrischen Maschinen über den Wärmeübertragungskörper am Gehäuse befestigt. Daher kann der Wärmeübertragungskörper besonders dünnwandig ausgebildet werden.
-
Besonders bevorzugt kann der Befestigungsabschnitt als axial von dem Gehäuseteil nach innen in den Gehäuseinnenraum hineinragende Hülse ausgebildet sein, an deren Innenseite ein Lagerelement der Lagereinrichtung angeordnet ist. Eine solche, hülsenartige Ausbildung stellt eine besonders stabile Befestigung der Lagereinrichtung an dem Gehäuseteil sicher.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmeübertragungskörper aus einem anderen Material hergestellt als wenigstens eines der beiden Gehäuseteile. Besonders sind beide Gehäuseteile aus einem anderen Material hergestellt als der Wärmeübertragungskörper. Diese Variante erlaubt es, nur für den Wärmeübertragungskörper - als Teil der Wärmeübertragungsstruktur - ein relativ teures Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit zu verwenden, wohingegen für das/die Gehäuseteil(e) ein kostengünstigeres Material mit geringerer thermischer Leitfähigkeit verwendet werden kann.
-
Besonders zweckmäßig besitzt das Material wenigstens eines Gehäuseteils, vorzugsweise beider Gehäuseteile, eine thermische Leitfähigkeit, die kleiner ist als die thermische Leitfähigkeit des Wärmeübertragungskörpers. Somit kann in den Gehäuseteilen, welche keine Wärme vom Rotor an den Kühlmittelraum übertragen müssen, ein relativ kostengünstig verfügbares Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit verwendet werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der Wärmeübertragungskörper und die beiden Gehäuseteile materialuneinheitlich ausgebildet. Dies ermöglicht es, für die Gehäuseteile ein Material mit geringerer Wärmeleitfähigkeit zu verwenden als für die Wärmeübertragungsstruktur. Diese führt zu Kostenvorteilen bei der Herstellung der Maschine. Alternativ oder zusätzlich kann das Material des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils einen höhere obere Streckgrenze oder/und Dehngrenze aufweisen als das Material des Wärmeübertragungskörpers.
-
Besonders bevorzugt weist das Material des Wärmeübertragungskörpers eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 100 W/(m*k), besonders bevorzugt wenigstens 150 W/(m*k), auf. Auf diese Weise wird ein effektiver Wärmetransport vom Rotor über den Kühlkanal zu dem im Kühlmittelraum vorhandenen Kühlmittel sichergestellt.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer vorangehend vorgestellten elektrischen Maschine. Die oben erläuterten Vorteile der elektrischen Maschine übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Fahrzeug.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Es zeigen, jeweils schematisch:
- 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse des Rotor,
- 2 eine Detailansicht der 1 im Bereich des Wärmeübertragungskörpers.
-
1 illustriert ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1. Die Maschine 1 umfasst ein Gehäuse 2, welches einen Gehäuseinnenraum 3 umgibt. Im Gehäuseinnenraum 3 sind ein Stator 4 und ein Rotor 5 angeordnet. Der Stator 4 kann einen Statorkörper 12 und mehrere, in 1 nicht näher dargestellte Statorspulen 13 aufweisen, die in den Statorkörper 12 eingebettet und zum Antreiben des Rotors 5 elektrisch bestrombar sind. Der Stator 4 ist fest an einer Umfangswandung 14 des Gehäuses 2 angebracht. Der Rotor 5 umfasst eine Rotorwelle 6 sowie mehrere, in der 1 nicht näher dargestellte Permanentmagnete 7, die drehfest an der Rotorwelle 6 angeordnet sind. Der Rotor 5 ist relativ zum Stator 3 um eine Drehachse D drehbar, die durch die Mittellängsachse M der Rotorwelle 6 definiert ist. Durch die Drehachse D wird eine axiale Richtung A der elektrischen Maschine 1 definiert. Eine radiale Richtung R erstreckt sich senkrecht von der Drehachse D weg. Eine Umfangsrichtung U läuft um die Drehachse D um. Die Permanentmagnete 7 des Rotors 5 können entlang der Umfangsrichtung U der Rotorwelle 6 mit abwechselnder magnetischer Polarisation angeordnet sein. Mit anderen Worten, entlang der Umfangsrichtung U wechseln sich magnetische Nordpole N und magnetische Südpole S ab.
-
Wie 1 erkennen lässt, umfasst das Gehäuse 2 ein erstes und ein zweites Gehäuseteil 8a, 8b. Diese beide Gehäuseteile 8a, 8b sind dem Fachmann auch als sogenannte „Lagerschilde“ bekannt und begrenzen den Gehäuseinnenraum 3 entlang der axialen Richtung A. Ein weiteres, drittes Gehäuseteil 8c, welches die Maschine radial begrenzt, wird durch eine Umspritzung des Stators 4 aus Kunststoff gebildet. Das erste und das zweite Gehäuseteil 8a, 8b können separat zum dritten Gehäuseteil 8c ausgebildet sein.
-
Der Rotor 5 mit der Rotorwelle 6 ist über eine Lagereinrichtung 9 drehbar am Gehäuse 2 gelagert. Hierzu umfasst die Lagereinrichtung 9 ein erstes Lagerelement 10a, über welches die Rotorwelle 6 drehbar am ersten Gehäuseteil 8a gelagert ist. Entsprechend umfasst die Lagereinrichtung 9 ein zweites Lagerelement 10b, welches axial im Abstand zum ersten Lagerelement 10a angeordnet ist und über welches die Rotorwelle 6 drehbar am zweiten Gehäuseteil 8b gelagert ist. Die beiden Lagerelemente 10a, 10b - dem Fachmann auch unter der Bezeichnung „Wellenlager“ bekannt - sind hierzu fest mit dem ersten bzw. zweiten Gehäuseteil 8a, 8b verbunden.
-
Der Stator 4 mit dem Statorkörper 12 und den Statorspulen 13 ist ebenfalls an den beiden Gehäuseteilen 8a, 8b, 8c befestigt. Im Gehäuseinnenraum 3 sind außerdem erster und ein zweiter Wärmeübertragungskörper 11a, 11b zum Abführen von vom Rotor 5 einschließlich dessen Permanentmagnete 7 im Betrieb erzeugter Abwärme vorgesehen. Die beiden Wärmeübertragungskörper 11a, 11b sind separat zu den beiden Gehäuseteilen 8a, 8b ausgebildet und begrenzen zusammen mit den beiden Gehäuseteilen 8a, 8b einen Kühlmittelraum 15, der von einem Kühlmittel K durchströmt werden kann. Der erste und der zweite Wärmeübertragungskörper 11a, 11b und die den Wärmeübertragungskörpern 11a, 11b jeweils zugeordneten Gehäuseteile 8a, 8b sind also jeweils zweiteilig ausgebildet. Der erste Wärmeübertragungskörper 11a kann, beispielsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, am ersten Gehäuseteil 8a befestigt sein. Entsprechend kann der zweite Wärmeübertragungskörper 11b, bevorzugt ebenfalls mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, am zweiten Gehäuseteil 8b befestigt sein. Alternativ zu einer stoffschlüssigen Verbindung kommt auch eine geeignete lösbare Verbindung in Betracht. Die beiden Wärmeübertragungskörper 11a, 11b der Wärmeübertragungsstruktur 18 sind bevorzugt ausschließlich durch axiale Pressung arretiert. Zweckmäßig ist der Rotor 5 direkt an den Gehäuseteilen 8a, 8b gelagert, insbesondere ist der Rotor 5, wie 1 erkennen lässt, nicht über die Wärmeübertragungsstruktur 18 und auch nicht über die Wärmeübertragungskörper 11a, 11b an den Gehäuseteilen 8a, 8b gelagert. Der erste Wärmeübertragungskörper 11a ist entlang der axialen Richtung A zwischen dem ersten Gehäuseteil 8a und dem Rotor 5 angeordnet. Der zweite Wärmeübertragungskörper 11b ist entlang der axialen Richtung A zwischen dem Rotor 5 und dem zweiten Gehäuseteil 8b angeordnet.
-
Das Kühlmittel K kann über die beiden Wärmeübertragungskörper 11a, 11b vom Rotor 5 im Betrieb der Maschine 1 erzeugte Wärme aufnehmen, sodass eine Überhitzung und - damit verbunden - eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Maschine 1 vermieden werden kann. Am Außenumfang des Gehäuses 2 sind im ersten Gehäuseteil 8a ein Kühlmitteleinlass 16 zum Einleiten des Kühlmittels K in den Kühlmittelraum 15 und im zweiten Gehäuseteil 8b ein Kühlmittelauslass 17 zum Ausleiten des Kühlmittels K aus dem Kühlmittelraum 15 vorgesehen. Über die beiden Wärmeübertragungskörper 11a, 11b, welche den Kühlmittelraum 15 jeweils teilweise begrenzen, wird Wärme an das durch den Kühlmittelraum 15 strömende Kühlmittel K weitergegeben und von diesem aus der Maschine 1 abgeführt.
-
Die beiden Wärmeübertragungskörper 11a, 11b können beide als sich zumindest abschnittsweise quer zur axialen Richtung A, also entlang der radialen Richtung R erstreckende Kühlplatten 22a, 22b ausgebildet sein, deren entlang der axialen Richtung A gemessene Wandstärke W im Bereich der Wärmeübertragungsstruktur 18 höchstens 3mm, bevorzugt höchstens 1 mm beträgt. Die Kühlplatten 22a, 22b können durch tiefgezogene Blechformteile realisiert sein. Wie die 1 erkennen lässt, sind die beiden Wärmeübertragungskörper 11a und 11b im Abstand zum Stator 4 mit dem Statorkörper 12 angeordnet und liegen nur mit Kontaktabschnitten 19 lose an diesem an. Im Beispielszenario beträgt eine in der axialen Richtung A gemessene Wandstärke des ersten und zweiten Gehäuseteils 8a, 8b wenigstens das Zweifache, vorzugsweise wenigstens das Fünffache, einer Wandstärke des ersten bzw. zweiten Wärmeübertragungskörpers 11a, 11b. Die beiden Wärmeübertragungskörper 11a, 11b sind aus einem anderen Material hergestellt als die beiden Gehäuseteile 8a, 8b. Das Material der beiden Gehäuseteile 8a, 8b weist eine thermische Leitfähigkeit auf, die kleiner ist als die thermische Leitfähigkeit der Wärmeübertragungskörpers 8a, 8b. Auf diese Weise können Kosten bei der Herstellung der Maschine 1 eingespart werden, da geeignete Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit üblicherweise teurer sind als Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Um eine hohe Wärmeübertragungsleitung vom Rotor 5 über den Wärmeübertragungskörper 11a, 11b auf die jeweilige Gehäuseteile 8a, 8b sicherzustellen, weist das Material der Wärmeübertragungskörpers 11a, 11b eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 100 W/(m*k), bevorzugt von wenigstens 150 W/(m*k) auf. Zweckmäßig ist die axiale Position der Lagerelemente 10a, 10b entlang der axialen Richtung A so festgelegt, durch die Lagerelemente 10a, 10b aufgenommenen Radialkräfte zu weniger als 35%, vorzugsweise zu weniger als 10%, an die Wärmeübertragungskörper 8a, 8b weitergeleitet werden. Auf diese Weise wird eine Überbelastung des jeweiligen Wärmeübertragungskörpers 8a, 8b vermieden.
-
Das Material des ersten und zweiten Gehäuseteils 8a, 8b kann auch einen höhere obere Streckgrenze und eine höhere Dehngrenze aufweisen als das Material de Wärmeübertragungskörper 11a, 11b.
-
Im Folgenden wird auf 2 Bezug genommen, welche eine Detaildarstellung der 1 im Bereich des ersten Wärmeübertragungskörpers 11a ist. Wie 2 illustriert, ist am ersten Wärmeübertragungskörper 11a und am Rotor 5 eine Wärmeübertragungsstruktur 18 zur Übertragung von Abwärme vom Rotor 5 auf den Wärmeübertragungskörper 11a ausgebildet. Entsprechend 2 umfasst die Wärmeübertragungsstruktur 18 mehrere, entlang der axialen Richtung A vom Rotor 5 zum ersten Wärmeübertragungskörper 11a hin abstehende Vorsprünge 21, welche in komplementäre, am Wärmeübertragungskörper 11a vorgesehene Ausnehmungen 20 eingreifen. In einer in den 1 und 2 nicht näher dargestellten, alternativen Variante ist es denkbar, dass der erste Wärmeübertragungskörper 11a mehrere axial vom Wärmeübertragungskörper zum Rotor 5 hin abstehende Vorsprünge 21 umfasst, welche in zu den Vorsprüngen 21 komplementäre, am Rotor 5 vorgesehene Ausnehmungen 20 eingreifen. Bevorzugt können die Vorsprünge 21 kammartig ausgebildet sein. Zweckmäßig beträgt ein im Bereich der Wärmeübertragungsstruktur 18 zwischen dem Wärmeübertragungskörper 11a und dem Rotor 5 entlang der axialen Richtung gemessener Abstand X höchstens 1mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm. Bevorzugt beträgt eine Ausnehmungs- Tiefe T1 der am ersten Wärmeübertragungskörper 11a die Wärmeübertragungsstruktur 18 ausbildenden Ausnehmungen T1 bzw. sowie eine Vorsprungs-Höhe H1 der am ersten Wärmeübertragungskörper 11a die Wärmeübertragungsstruktur 18 ausbildenden Vorsprünge 21 wenigstens das Dreifache, vorzugsweise wenigstens das Fünffache, der oben erwähnten Wandstärke W der Kühlplatte beträgt.
-
Der Darstellung der 2 entnimmt man außerdem, dass das erste Gehäuseteil 8a, einen (ersten) Befestigungsabschnitt 23a aufweist, an welchem der erste Wärmeübertragungskörper 11a befestigt ist. Zusätzlich ist am (ersten) Befestigungsabschnitt 23a die Lagereinrichtung 9 zur drehbaren Lagerung des Rotors 5 angebracht. Zweckmäßig ist der (erste) Befestigungsabschnitt 23a als axial vom ersten Gehäuseteil 11a nach innen in den Gehäuseinnenraum 3 hineinragende Hülse 24 ausgebildet, an deren Innenseite 25 das erste Lagerelement 10a der Lagereinrichtung 9 angeordnet ist. Auch das zweite Gehäuseteil 8b weist einen solchen (zweiten) Befestigungsabschnitt (23b) auf, an welchem der zweite Wärmeübertragungskörper 11b und der Rotor 5 befestigt sind. Ebenso kann das zweite Lagerelement 10b der Lagereinrichtung 9 am zweiten Befestigungsabschnitt 23b angebracht sein.
-
Vorangehende, anhand der 2 erläuterte Überlegungen zum ersten Wärmeübertragungskörper 11a und zur dem diesem ersten Wärmeübertragungskörper 11a zugeordneten ersten Gehäuseteil 8a gelten mutatis mutandis auch für den zweiten Wärmeübertragungskörper 11b und das dem zweiten Wärmeübertragungskörper 11b zugeordnete zweite Gehäuseteil 8b.
-
Zweckmäßig kann zwischen Wicklungsendabschnitten 26 der Statorspulen 13, die in den Kühlmittelraum 15, hineinragen, und den Wärmeübertragungskörpern 11a, 11b jeweils ein Ringspalt 27 ausgebildet sein, der Teil des Kühlmittelraums 15 ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
