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Stand der Technik
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine elektrische Maschine. Das Gehäuse weist einen Gehäusebecher auf. Der Gehäusebecher umschließt einen Hohlraum und weist wenigstens im Bereich eines Becherrandes wenigstens drei oder vier Eckbereiche auf. Das Gehäuse weist eine Kühlplatte auf, welche in dem Hohlraum angeordnet und mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Kühlplatte ist ausgebildet, eine Öffnung des Gehäusebechers zu verschließen.
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Die Kühlplatte weist im Bereich einer Stirnseite wenigstens einen nach außen ausweisenden Vorsprungsbereich auf, wobei der Vorsprungsbereich ausgebildet ist, gegen eine Innenwand des Gehäusebechers zu pressen und die Kühlplatte so wenigstens kraftschlüssig und wärmeleitfähig mit dem Gehäusebecher zu verbinden. Vorteilhaft kann das Gehäuse für die elektrische Maschine so aufwandsgünstig bereitgestellt werden. Eine von mit der Kühlplatte verbundenen elektronischen Komponenten erzeugte Verlustwärme kann so über die Vorsprungsbereiche an den Gehäusebecher weitergeleitet, und von dort abgeführt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Vorsprungsbereich durch eine Klemmnase gebildet, welche an die Kühlplatte angeformt ist. Auf diese Weise kann der Vorsprungsbereich aufwandsgünstig bereitgestellt werden. Die Kühlplatte ist beispielsweise gemeinsam mit der Klemmnase mittels Stanzen aus einem Blechstück erzeugt. Die Kühlplatte ist bevorzugt einstückig ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Klemmnase eine nach außen weisende konvexe Wölbung auf. Vorteilhaft kann mittels der Klemmnase so eine hohe Anpresskraft an die Gehäusewand des Gehäusebechers erzeugt werden.
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Die Kühlplatte kann so weiter vorteilhaft mit einer relativ kleinen Einpresskraft in dem Gehäusebecher eingepresst werden, sodass eine Klemmpassung zwischen dem Gehäusebecher und der Kühlplatte gebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Klemmnase entlang einer Dickenerstreckung der Kühlplatte keilförmig ausgebildet. Die Kühlplatte kann so - zu der Öffnung des Gehäusebechers verjüngt - in die Öffnung des Gehäusebechers eingefügt werden, und in die Öffnung des Gehäusebechers eingepresst werden. Der Gehäusebecher weist bevorzugt wenigstens eine, oder mehrere vom Öffnungsrand der Öffnung beabstandete Auflageschultern auf, welche ausgebildet ist, die Kühlplatte zu stützen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Klemmnase oder die Klemmnasen im Eckbereich eines der Eckbereiche angeordnet. Vorteilhaft kann der Gehäusebecher so beim Einpressen der Kühlplatte in die Öffnung nicht so leicht ausbauchen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kühlplatte ausgebildet, eine Öffnung des Gehäusebechers zu verschließen. Der Gehäusebecher kann so aufwandsgünstig verschlossen werden, wobei die Kühlplatte einen Gehäusedeckel ausbildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Becherrand oktagonförmig ausgebildet. Auf diese Weise kann zwischen den Eckbereichen eine hohe Steifigkeit erreicht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen zwei Eckbereichen entlang des Becherrandes ein nach außen weisender Wölbungsbereich ausgebildet. Der Gehäusebecher kann so wenigstens im Bereich des Becherrandes eine hohe Steifigkeit ausbilden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die Kurve des Wölbungsbereiches einem Kreisumfangsabschnitt. Der Gehäusebecher kann so vorteilhaft knickstabil ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gehäuserand zu dem Wölbungsbereich benachbart gerade ausgebildet. Vorteilhaft ergibt sich so im Vergleich zum Wölbungsbereich eine erhöhte Stabilität des Gehäusebechers im Eckbereich.
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Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse der vorbeschriebenen Art. Die Erfindung betrifft auch eine Lenkvorrichtung mit einer elektrischen Maschine, insbesondere Elektromotor der vorbeschriebenen Art.
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Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus einer Kombination der in den Figuren und in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmalen.
- 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Gehäusebecher für ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, wobei das Gehäuse den Gehäusebecher und die Kühlplatte umfasst, die in eine Öffnung des Gehäusebechers eingepresst ist;
- 2 zeigt eine elektrische Maschine mit dem in 1 dargestellten Gehäusebecher und der in 1 dargestellten Kühlplatte als Bestandteil der elektrischen Maschine.
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1 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für einen Gehäusebecher 50 für eine elektrische Maschine in einer Aufsicht. Der Gehäusebecher 50 weist eine Öffnung 44 auf, wobei eine Kühlplatte 3 in den Gehäusebecher 50 eingepresst ist, und dabei die Öffnung 44 wenigstens teilweise oder vollständig verschließt.
Der Gehäusebecher 50 ist im Bereich der Öffnung 44 wenigstens viereckig ausgebildet, und weist dazu vier Eckbereiche, nämlich einen Eckbereich 8, einen Eckbereich 9, einen Eckbereich 10 und einen Eckbereich 11 auf. Zwei Eckbereiche liegen dabei entlang einer die Eckbereiche verbindenden Diagonalachse einander gegenüber. So liegen die Eckbereiche 8 und 10 entlang einer Diagonalachse 42 gegenüber, und die Eckbereiche 9 und 11 entlang einer - in diesem Ausführungsbeispiel zur Diagonalachse 42 orthogonal verlaufenden - Diagonalachse 43 einander gegenüber.
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Die Kühlplatte 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel vier Eckbereiche, insbesondere die Eckbereiche 4, 5, 6 und 7 auf. Die Eckbereiche 4, 5, 6 und 7 sind jeweils im Viereck, insbesondere Quadrat, angeordnet, wobei die Eckbereiche jeweils in einen Eckbereich des Gehäusebechers hineinragen.
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Die Kühlplatte 3 weist Vorsprungsbereiche auf, welche jeweils in den Eckbereichen an die Kühlplatte 3 im Bereich einer Stirnseite 51 der Kühlplatte 3 angeformt sind. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Eckbereich 6, welcher in den Eckbereich 11 des Gehäusebechers hineinragt, sechs nach außen abweisende Vorsprungsbereiche 22, 23, 24, 25, 26 und 27 auf, welche jeweils an die Kühlplatte 3 angeformt sind. Die Vorsprungsbereiche pressen in diesem Ausführungsbeispiel gegen eine Innenwand des Gehäusebechers 50 im Bereich des Eckbereichs 11, in den der Eckbereich 6 der Kühlplatte 3 hineinragt.
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Die Vorsprungsbereiche 22, 23, 24, 25, 26 und 27 sind jeweils als Klemmnase ausgebildet. Die Klemmnasen sind jeweils nach außen weisend konvex ausgebildet. Die Klemmnasen sind jeweils entlang eines Umfangsrandes der Kühlplatte 3 zueinander benachbart beabstandet angeordnet. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Klemmnasen erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel ein an die Kühlplatte angeformter konvex nach außen weisender Vorsprungsbereich, welcher ausgebildet ist, eine Steifigkeit der Kühlplatte im Bereich der Klemmnasen zu erhöhen. Die sich zwischen zwei zueinander benachbart angeordneten Klemmnasen der bereits erwähnten Klemmnasen erstreckenden Vorsprungsbereiche sind als Vorsprungsbereiche 28, 29, 30 und 31 bezeichnet. Die Kühlplatte 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich der Klemmnasen, welche sich bis zu einem Scheitel des Eckbereichs 6 erstrecken, eine Entlastungsöffnung 20 auf. Die Entlastungsöffnung 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel sich längs erstreckend oval in der Kühlplatte 3 ausgebildet. Die Kühlplatte 3 kann so im Bereich der Klemmnasen 22, 23 und 24, welche sich bis hin zum Scheitelpunkt des Eckbereichs 6 erstrecken, in die Entlastungsöffnung 20 federnd hineinbewegen. Die Kühlplatte 3 weist auch eine Entlastungsöffnung 21 auf, welche sich im Bereich der Klemmnasen 25, 26 und 27 erstreckt. Die Klemmnasen 25, 26 und 27 sind zueinander benachbart entlang des Umfangsrandes der Kühlplatte 3 angeordnet, und erstrecken sich - insbesondere spiegelbildlich zu der Diagonalachse 43 - zu den Klemmnasen 22, 23 und 24. Die Kühlplatte 3 kann so beim Eingepresstwerden in die Öffnung 44 des Gehäusebechers 50 im Bereich der Klemmnasen in die jeweilige Öffnung 20 beziehungsweise 21 einfedern.
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Die Kühlplatte 3 weist im Bereich der Eckbereiche 4, 5, 6 und 7 jeweils nach außen weisende Klemmnasen auf, welche jeweils ausgebildet sind, beim Einpressen der Kühlplatte 3 in die Öffnung 44 gegen die Gehäusewand des Gehäusebechers 50 im Bereich der Eckbereiche des Gehäusebechers 50 zu pressen. Die Klemmnasen sind in diesem Ausführungsbeispiel mit einem derartigen Übermaß im Vergleich zur Öffnung 44 des Gehäusebechers 50 ausgebildet, dass die Klemmnasen beim Einpressen in die Öffnung 44 in die Gehäusewand des Gehäusebechers 50 eingraben können, und an den jeweiligen Berührungsstellen mit der Gehäusewand eine Kaltschweißverbindung erzeugen können. Von der Kühlplatte 3 abgeleitete Verlustwärme kann so an den Berührungsstellen an den Gehäusebecher 50 abgegeben werden. Der Gehäusebecher 50 ist beispielsweise aus Metall, insbesondere Aluminium, ausgebildet. Die Kühlplatte 3 ist beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium ausgebildet.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind mit der Kühlplatte 3 elektronische Komponenten 32, 33 und 34 wärmeleitfähig verbunden. Die elektronische Komponente 32, beispielsweise ein Mikroprozessor, die elektronische Komponente 33, beispielsweise ein Kondensator und die elektronische Komponente 34, beispielsweise ein Treiber für die Leistungsendstufe sind in diesem Beispiel jeweils mit einem Schaltungsträger 54, insbesondere einer Leiterplatte verbunden.
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Der Gehäusebecher 50 weist im Bereich der Öffnung 44 zwischen zwei zueinander benachbart angeordneten Eckbereichen jeweils einen Wölbungsbereich auf. Zwischen den Eckbereichen 9 und 10 weist der Gehäusebecher 50 einen Wölbungsbereich 18 auf. Zwischen den Eckbereichen 10 und 11 erstreckt sich ein Wölbungsbereich 19, und zwischen den Eckbereichen 11 und 8 erstreckt sich ein Wölbungsbereich 16. Die Kühlplatte 3 weist entsprechend der Ausformung des Gehäusebechers 50 im Bereich der Öffnung 44 Wölbungsbereiche auf, welche sich jeweils zwischen Eckbereichen der Kühlplatte 3 erstrecken. Die Kühlplatte 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel vier Wölbungsbereiche 12, 13, 14 und 15 auf. Der Wölbungsbereich 12 erstreckt sich entlang eines Umfangs der Kühlplatte 3 zwischen den zueinander benachbarten Eckbereichen 6 und 7. Ein Wölbungsbereich 13 der Kühlplatte 3 erstreckt sich entlang des Umfangs der Kühlplatte 3 zwischen den zueinander benachbart angeordneten Eckbereichen 8 und 9, und ein Wölbungsbereich 14 erstreckt sich zwischen den entlang des Umfangs der Kühlplatte 3 zueinander benachbart angeordneten Eckbereichen 4 und 5. Zwischen den Eckbereichen 5 und 6 erstreckt sich ein Wölbungsbereich 15. Zwischen den Wölbungsbereichen der Kühlplatte und den Wölbungsbereichen des Gehäusebechers 50 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel ein Spalt. Dadurch ist die Kühlplatte 3 in diesem Ausführungsbeispiel in den Gehäusebecher 50 derart eingepresst, dass nur die an die Kühlplatte angeformten Klemmnasen die Gehäusewand des Gehäusebechers innenseitig berühren und gegen die Gehäusewand abstützen.
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Eine Längsachse 40, welche sich in dem Gehäusebecher 50 erstreckt, bildet ein Zentrum der Kühlplatte 3. Die Kühlplatte 3, insbesondere ein umlaufender Rand der Kühlplatte 3, ist in diesem Ausführungsbeispiel punktsymmetrisch zu der Längsachse 40 ausgebildet.
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Eine Verbindungsachse 41, welche Scheitelpunkte der Wölbungsbereiche 14 und 12 der Kühlplatte 3 verbindet, verläuft durch die Längsachse 40. Eine Verbindungsachse 52, welche Scheitelpunkte der Wölbungsbereiche 13 und 15 der Kühlplatte 3 verbindet, verläuft ebenfalls durch die Zentralachse 40, und schneidet mit dieser. Die Kühlplatte 3 ist so entlang der Scheitelpunkte der Wölbungsbereiche verbindenden Achsen und/oder entlang der Diagonalachsen spiegelsymmetrisch ausgebildet.
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Anders als in 1 gezeigt, können zusätzlich oder unabhängig von den in den Eckbereichen der Kühlplatte 3 ausgebildeten Klemmnasen an den Wölbungsbereichen der Kühlplatte 3 Klemmnasen ausgebildet sein, welche jeweils gegen die Gehäusewand pressen.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 weist einen in 1 bereits in der Aufsicht dargestellten Gehäusebecher 50 auf. Der Gehäusebecher 50 umschließt einen Hohlraum 45, in dem eine Maschine 39 aufgenommen ist. Die Maschine 39 ist beispielsweise als Generator und/oder Elektromotor ausgebildet. Die Maschine 39 ist in einem sich entlang eines Längsabschnitts 48 entlang der Längsachse 40 erstreckenden Teil des Hohlraums 45 angeordnet, der an einen Becherboden des Gehäusebechers 50 angrenzt.
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Die elektrische Maschine 1 weist auch eine Leistungsendstufe 36 auf, welche wärmeleitfähig mit einem Lagerschild 37 mit der elektrischen Maschine 1 verbunden ist. Die Leistungsendstufe 36 weist Leistungshalbleiter auf, von denen ein Leistungshalbleiter 38 beispielhaft bezeichnet ist. Die Leistungsendstufe 36, insbesondere Ausgangsanschlüsse der Leistungshalbleiter 38, sind über elektrische Verbindungsleitungen mit der Maschine 39 verbunden. Von den Verbindungsleitungen ist eine Verbindungsleitung 53 beispielhaft bezeichnet. Die elektrische Maschine 1 weist auch eine Steuereinheit auf, welche ausgebildet ist, Steuersignale zum Ansteuern der Leistungsendstufe 36, und so zum Bestromen der elektrischen Maschine, zu erzeugen. Die Steuereinheit weist dazu eine Verarbeitungseinheit auf, welche beispielsweise eine der elektronischen Komponenten 32, 33 oder 34 bildet. Die Steuereinheit ist mittels einer elektrischen Verbindung 35 mit der Leistungsendstufe 36 verbunden. Die elektronischen Komponenten 32, 33 und 34 sind mit der Kühlplatte 3 wärmeleitfähig verbunden, sodass von den elektronischen Komponenten erzeugte Verlustwärme an die Kühlplatte 3 abgeführt werden kann. Die Verlustwärme kann dann weiter von der Kühlplatte 3 - radial nach außen über die in 1 dargestellten Klemmnasen 22, 23, 24, 25, 26 und 27 an den Gehäusebecher 50 weitergeleitet werden, und von dort abgestrahlt oder durch Konvektion abgeführt werden.
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Das Gehäuse 2 der elektrischen Maschine 1 weist auch einen Gehäusedeckel 47 auf, welcher ausgebildet ist, die Steuereinheit, insbesondere die elektronischen Komponenten 32, 33 und 34 und die Kühlplatte 3 zu verschließen. Die Kühlplatte 3 kann Bestandteil des Gehäuses 2 sein. Die Kühlplatte 3 kann in den Gehäusebecher 50 eingeschrumpft oder eingepresst sein.
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Die Gehäusewand des Gehäusebechers 50 ist in diesem Ausführungsbeispiel entlang eines Längsabschnitts 49, welcher einen Teil des Hohlraums 45 umschließt, welcher sich bis hin zur Öffnung 44 erstreckt, entsprechend der in 1 dargestellten Umfangsform ausgebildet. Die Umfangsform weist - wie in 1 dargestellt - vier Eckbereiche auf, wobei entlang eines Umfangs eines Gehäuserandes 46 zueinander benachbart angeordnete Eckbereiche einen Wölbungsbereich zwischeneinander einschließen. Die Wölbungsbereiche weisen jeweils konvex radial nach außen.
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Der Gehäusebecher 50 ist in diesem Ausführungsbeispiel entlang des Längsabschnitts 48, welcher einen Becherboden des Gehäusebechers 50 mit einschließt, zylinderförmig ausgebildet. Die in 1 dargestellten Wölbungsbereiche weisen jeweils wenigstens im Bereich eines Übergangs zwischen dem Längsabschnitt 48, welcher den Becherboden mit einschließt, und dem Längsabschnitt 49, welcher an die Öffnung 44 anschließt, einen Krümmungsradius auf, welcher dem Krümmungsradius der Zylinderwand des Gehäusebechers auf dem Längsabschnitt 48 entspricht. Die zylinderförmige Gehäusewand des Gehäusebechers 50 ist so zwischen den Eckbereichen 8, 9, 10 und 11 bis zur Öffnung 44 hin ausgebildet. So weist der Gehäusebecher 50 Zylinderwandsegmente auf, welche sich von dem Becherboden bis hin zu der Öffnung 44, insbesondere dem Öffnungsrand 46, erstrecken und welche im Bereich der Öffnung 44 eine radial nach außen weisende Wölbung des Gehäusebechers 50 ausbilden.
