DE102019105479A1

DE102019105479A1 - Electric machine with integrated power electronics

Info

Publication number: DE102019105479A1
Application number: DE102019105479.6A
Authority: DE
Inventors: Mathias Deiml; Markus Gummich; Michael Scharnagl
Original assignee: AVL Software and Functions GmbH
Current assignee: AVL Software and Functions GmbH
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2020-09-10

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine elektrische Maschine umfassend einen Stator, wobei der Stator einen Statorkern mit einer radial äußeren Oberfläche und einer radial inneren Oberfläche und eine Statorwicklung aufweist, wobei die Statorwicklung an Stirnflächen des Stators jeweils einen Wickelkopf ausbildet, einen Rotor, wobei der Rotor innerhalb des Stators und relativ zum Stator drehbar um eine Rotationsachse angeordnet ist, wobei die Rotationsachse senkrecht zu den Stirnflächen des Rotors verläuft und eine Rotorwelle umfasst, ein Gehäuse, wobei das Gehäuse den Stator und den Rotor einhaust, wobei der Stator an einer Innenfläche des Gehäuses fixiert ist, und ein erstes Lagerschild und ein zweites Lagerschild, wobei das erste Lagerschild und das zweite Lagerschild als parallel zu den Stirnflächen des Stators verlaufende Gehäusewände ausgebildet sind und wobei eine Leistungselektronik zum Betreiben und/oder zum Steuern und/oder zum Regeln der elektrischen Maschine und/oder einer externen Nutzungseinheit, vorzugsweise vollständig innerhalb des Gehäuses an dem Stator und/oder an einer der Innenflächen des Gehäuses und/oder an einem der Lagerschilde befestigt ist.The invention describes an electrical machine comprising a stator, the stator having a stator core with a radially outer surface and a radially inner surface and a stator winding, the stator winding each forming an end winding on the end faces of the stator, a rotor, the rotor being inside the Stator and is arranged rotatably about an axis of rotation relative to the stator, the axis of rotation running perpendicular to the end faces of the rotor and comprising a rotor shaft, a housing, the housing housing the stator and the rotor, the stator being fixed to an inner surface of the housing , and a first bearing plate and a second bearing plate, wherein the first bearing plate and the second bearing plate are designed as housing walls running parallel to the end faces of the stator and wherein power electronics for operating and / or controlling and / or regulating the electrical machine and / or an external groove ting unit, preferably completely within the housing on the stator and / or on one of the inner surfaces of the housing and / or on one of the bearing plates.

Description

Die Erfindung betrifft einerseits eine elektrische Maschine, umfassend einen Stator mit einem Statorkern und einer Statorwicklung; einen Rotor, der innerhalb des Stators und relativ zum Stator drehbar angeordnet ist; ein Gehäuse, wobei das Gehäuse den Stator und den Rotor behaust; ein erstes Lagerschild und ein zweites Lagerschild, welche parallel zu den Stirnflächen des Stators verlaufende Gehäuseflächen darstellen und eine Leistungselektronik zum Betreiben und/oder zum Steuern und/oder zum Regeln der elektrischen Maschine und/oder einer externen Nutzungseinheit; und andererseits ein Verfahren zum Betreiben der elektrischen Maschine sowie einer Verwendung der elektrischen Maschine.The invention relates on the one hand to an electrical machine, comprising a stator with a stator core and a stator winding; a rotor disposed within the stator and rotatable relative to the stator; a housing, the housing housing the stator and the rotor; a first end shield and a second end shield, which represent housing surfaces running parallel to the end faces of the stator, and power electronics for operating and / or controlling and / or regulating the electrical machine and / or an external utility unit; and on the other hand a method for operating the electrical machine and a use of the electrical machine.

Aus dem Stand der Technik sind derartige elektrische Maschinen bekannt, die einen Stator und einen Rotor umfassen und beispielsweise als Antrieb in Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, eingesetzt werden und mechanische Energie erzeugen und/oder umwandeln. Dabei sind der Stator sowie der Rotor in ein Gehäuse eingepasst und weitere für die elektrische Maschine benötigte Komponenten, wie eine Leistungselektronik, die die elektrische Maschine und/oder andere elektrische Verbraucher betreibt, steuert und/oder regelt, werden nachträglich in einem eigenen Gehäuse am oder um das Gehäuse der elektrischen Maschine befestigt bzw. angeordnet. Dadurch erfolgt neben der Vergrößerung der Gesamtlänge der elektrischen Maschine und/oder deren radialen Außenmaßen ebenfalls eine Erhöhung des Gesamtgewichtes. Für die elektrische Maschine und die weiteren Komponenten wie die Leistungselektronik stehen vor allem in einem Fahrzeug nur ein sehr begrenzter Bauraum zur Verfügung.Such electrical machines are known from the prior art, which comprise a stator and a rotor and are used, for example, as a drive in motor vehicles, for example in hybrid or electric vehicles, and generate and / or convert mechanical energy. The stator and the rotor are fitted into a housing and other components required for the electrical machine, such as power electronics that operate, control and / or regulate the electrical machine and / or other electrical loads, are subsequently installed in their own housing on or attached or arranged around the housing of the electrical machine. As a result, in addition to increasing the overall length of the electrical machine and / or its radial external dimensions, there is also an increase in the overall weight. For the electrical machine and the other components such as the power electronics, there is only a very limited space available, especially in a vehicle.

Ein Statorkern eines Stators wird bevorzugt als sogenanntes Bleckpaket mit Statorzähnen ausgebildet bzw. weist eine Laminierung auf, um unerwünschte Wirbelstromverluste und Erwärmungen des Stators zu minimieren. Die Statorwicklung wird üblicherweise mit lackisolierten Kupferdrähten hergestellt. Im Zuge von bekannten Wickel- und Einziehtechniken kommt es an den Stirnseiten des Stators bzw. des Statorkerns unvermeidbar zur Ausbildung von Wickelköpfen. Wickelköpfe sind üblicherweise aufgrund ihrer Lage nur begrenzt an der Moment- und/oder Leistungserzeugung der elektrischen Maschine beteiligt, weshalb diese bevorzugt klein gehalten werden. Aus dem Stand der Technik sind dazu Verfahren bekannt, mit denen die Höhe eines Wickelkopfes mittels eines Umformprozesses reduziert werden kann, jedoch zeigt sich häufig ein Rückstellverhalten, wodurch im Bereich der Wickelköpfe ein freier Bauraum innerhalb des Gehäuses der elektrischen Maschine erzeugt wird.A stator core of a stator is preferably designed as a so-called sheet metal core with stator teeth or has a lamination in order to minimize unwanted eddy current losses and heating of the stator. The stator winding is usually made with enamel-insulated copper wires. In the course of known winding and pulling-in techniques, winding heads are inevitably formed on the end faces of the stator or the stator core. Because of their location, winding heads are usually only involved to a limited extent in the torque and / or power generation of the electrical machine, which is why these are preferably kept small. To this end, methods are known from the prior art with which the height of an end winding can be reduced by means of a reshaping process, but a resetting behavior is often evident, as a result of which a free installation space is created within the housing of the electrical machine in the area of the end winding.

Speziell die Anforderungen an die Leistungselektronik hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und Kompaktheit sind stark gestiegen, wodurch ebenfalls die Anforderungen an eine entsprechende Kühlung gestiegen sind. Hierbei sind passive Kühlungen in Form von Kühlrippen, Flüssigkeitskühlungen mit einem flüssigen Kühlmedium, das durch Kühlkanäle beispielsweise in Gehäusewänden geleitet wird, bekannt. Bisher wurden Leistungselektroniken als ein separates Bauteil axial oder auch radial am Gehäuse der elektrischen Maschine angebracht. Dadurch steigt nicht nur der benötigte Bauraum der elektrischen Maschine als Ganzes sowie deren Gewicht, zudem ist bei dieser Anbringung eine effiziente Kühlung schwer zu erreichen.In particular, the requirements for power electronics with regard to their performance and compactness have risen sharply, which means that the requirements for appropriate cooling have also risen. Passive cooling in the form of cooling fins, liquid cooling with a liquid cooling medium that is passed through cooling channels, for example in housing walls, are known. So far, power electronics have been attached axially or radially to the housing of the electrical machine as a separate component. This not only increases the space required for the electrical machine as a whole and its weight, but also makes efficient cooling difficult to achieve with this installation.

Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Betreiben sowie eine Verwendung einer solchen elektrischen Maschine bereitzustellen, die durch Integration einer Leistungselektronik in freie Bauräume innerhalb des Gehäuses einen verringerten Platzbedarf sowie eine effizientere Kühlung aufweist.It is therefore the object of the present invention to provide an electrical machine and a method for operating as well as a use of such an electrical machine which, by integrating power electronics in free installation spaces within the housing, has a reduced space requirement and more efficient cooling.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß Anspruch 1, des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 11 und der Verwendung nach Anspruch 12 gelöst.This object is achieved by the object according to claim 1, the method according to the invention according to claim 11 and the use according to claim 12.

Entsprechend umfasst die elektrische Maschine einen Stator, wobei der Stator einen Statorkern mit einer radial äußeren Oberfläche und einer radial inneren Oberfläche und eine Statorwicklung aufweist, wobei die Statorwicklung an Stirnflächen des Stators jeweils einen Wickelkopf ausbildet, einen Rotor, wobei der Rotor innerhalb des Stators und relativ zum Stator drehbar um eine Rotationsachse angeordnet ist, wobei die Rotationsachse senkrecht zu den Stirnflächen des Stators verläuft und eine Rotorwelle umfasst, ein Gehäuse, wobei das Gehäuse den Stator und den Rotor einhaust, wobei der Stator an einer Innenfläche des Gehäuses fixiert ist, und ein erstes Lagerschild und ein zweites Lagerschild, wobei das erste Lagerschild und das zweite Lagerschild als parallel zu den Stirnflächen des Stators verlaufende Gehäusewände ausgebildet sind und wobei erfindungsgemäß eine Leistungselektronik zum Betreiben und/oder zum Steuern und/oder zum Regeln der elektrischen Maschine und/oder einer externen Nutzungseinheit, vorzugsweise vollständig innerhalb des Gehäuses an dem Stator und/oder an einer der Innenflächen des Gehäuses und/oder an einem der Lagerschilde befestigt ist.Correspondingly, the electrical machine comprises a stator, the stator having a stator core with a radially outer surface and a radially inner surface and a stator winding, the stator winding each forming an end winding on the end faces of the stator, a rotor, the rotor being inside the stator and is arranged rotatably about an axis of rotation relative to the stator, the axis of rotation running perpendicular to the end faces of the stator and comprising a rotor shaft, a housing, the housing housing the stator and the rotor, the stator being fixed to an inner surface of the housing, and a first end shield and a second end shield, the first end shield and the second end shield being designed as housing walls running parallel to the end faces of the stator and wherein according to the invention power electronics for operating and / or controlling and / or regulating the electrical machine and / or an external N Utilization unit, preferably completely within the housing on the stator and / or on one of the inner surfaces of the housing and / or on one of the bearing plates.

Grundsätzlich ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche geeignete elektrische Maschine wie Gleichstrommaschinen mit oder ohne Permanentmagnet oder Drehstromasynchron- oder Drehstromsynchronmaschinen zu verstehen.In the context of the present invention, any suitable electrical machine such as direct current machines with or without permanent magnets or three-phase asynchronous or three-phase synchronous machines is to be understood in principle.

Bevorzugt für die vorliegende Erfindung ist eine konzentrische Anordnung des Rotors und des Stators, wobei der im Wesentlichen zylinderförmige Stator den im Wesentlichen zylinderförmigen Rotor umschließt. Bei derartigen Innenläufer-Maschinen ist der Rotor mit einer Antriebswelle verbunden. A concentric arrangement of the rotor and the stator is preferred for the present invention, the essentially cylindrical stator enclosing the essentially cylindrical rotor. In such internal rotor machines, the rotor is connected to a drive shaft.

Allgemein wird unter dem Begriff Leistungselektronik ein Bauteil verstanden, das zum Betreiben, Steuern und/oder Regeln von elektronischen Baugruppen und/oder Aktuatoren, wie der elektrischen Maschine und/oder externen Nutzungseinheiten vorgesehen ist. Die Leistungselektronik umfasst beispielsweise Kondensatoren und Leistungshalbleiter, die beispielsweise auf einer Leiterplatte oder Platine angeordnet sind. Unter geeigneten Leistungshalbleitern werden hierbei MOSFETs, IGBTs oder ähnliches verstanden. Unter einer externen Nutzungseinheit wird beispielsweise eine Fahrzeugbeleuchtung, Kühlpumpe, Anzeigeeinrichtungen wie digitale Tachometer oder Bildschirme, Navigationssysteme, Kameras oder Sensoren, die im und/oder am Fahrzeug angeordnet sind, verstanden, wobei die externe Nutzungseinheit nicht auf diese Beispiele beschränkt sein soll.In general, the term power electronics is understood to mean a component that is provided for operating, controlling and / or regulating electronic assemblies and / or actuators, such as the electrical machine and / or external usage units. Power electronics include, for example, capacitors and power semiconductors, which are arranged, for example, on a printed circuit board or circuit board. Suitable power semiconductors are understood here to mean MOSFETs, IGBTs or the like. An external usage unit is understood to mean, for example, vehicle lighting, cooling pumps, display devices such as digital tachometers or screens, navigation systems, cameras or sensors that are arranged in and / or on the vehicle, the external usage unit not being restricted to these examples.

Unter Gehäuse wird beispielsweise eine im Wesentlichen quaderförmige oder zylinderförmige, geschlossene Einhausung des Stators und des Rotors verstanden, wobei das Gehäuse mindestens eine radiale Gehäusewand und mindestens zwei axiale Gehäusewände aufweisen kann. Die axialen Gehäusewände, die parallel zu den Stirnseiten des Stators bzw. senkrecht zu den radialen Oberflächen des Stators verlaufen, können als erstes Lagerschild und als zweites Lagerschild ausgebildet sein. Die radiale Gehäusewand weist eine Außenfläche und eine Innenfläche auf. Dabei kann im Folgenden der Begriff Gehäuse für die mindestens eine radiale Gehäusewand und die mindestens zwei axialen Gehäusewände, für die mindestens eine radiale Gehäusewand und/oder die mindestens eine radiale Gehäusewand mit den Lagerschilden verwendet werden. Unter einer Anordnung innerhalb des Gehäuses wird hiernach im Wesentlichen eine Anordnung in einem Raum verstanden, der durch die Gehäusewände und/oder die Gehäusewände und die Lagerschilde begrenzt wird. Das Gehäuse besteht bevorzugt aus einem Metall, wie Aluminium oder Stahl, und dient zum Schutz der darin angeordneten Komponenten.A housing is understood to mean, for example, an essentially cuboid or cylindrical, closed housing of the stator and the rotor, wherein the housing can have at least one radial housing wall and at least two axial housing walls. The axial housing walls, which run parallel to the end faces of the stator or perpendicular to the radial surfaces of the stator, can be designed as a first end shield and as a second end shield. The radial housing wall has an outer surface and an inner surface. In the following, the term housing can be used for the at least one radial housing wall and the at least two axial housing walls, for the at least one radial housing wall and / or the at least one radial housing wall with the end shields. An arrangement within the housing is hereinafter essentially understood to mean an arrangement in a space which is delimited by the housing walls and / or the housing walls and the bearing plates. The housing is preferably made of a metal, such as aluminum or steel, and is used to protect the components arranged therein.

Durch die Integration der Leistungselektronik in das Gehäuse der elektrischen Maschine durch die Befestigung der Leistungselektronik, vorzugsweise vollständig innerhalb des Gehäuses an dem Stator und/oder an einer Innenfläche des Gehäuses und/oder an einem der Lagerschilde, werden die bestehenden Außenmaße der elektrischen Maschine nicht wesentlich verändert. Mit anderen Worten wird der benötigte Bauraum der elektrischen Maschine durch diese Anordnung der Leistungselektronik nicht oder nur gering vergrößert, als dies bei einer axialen oder radialen Anordnung der Leistungselektronik außerhalb an dem Gehäuse der Fall wäre. Die Befestigung der Leistungselektronik an den genannten Bauteilen der elektrischen Maschine ist dabei besonders bevorzugt, da diese im Gegensatz zum Rotor während dem Betrieb der elektrischen Maschine unbeweglich sind.By integrating the power electronics into the housing of the electrical machine by fastening the power electronics, preferably completely inside the housing on the stator and / or on an inner surface of the housing and / or on one of the end shields, the existing external dimensions of the electrical machine are not significant changed. In other words, the installation space required for the electrical machine is not increased or is only slightly increased by this arrangement of the power electronics than would be the case with an axial or radial arrangement of the power electronics outside on the housing. The fastening of the power electronics to the named components of the electrical machine is particularly preferred because, in contrast to the rotor, they are immobile during the operation of the electrical machine.

Erfindungsgemäß ist die Leistungselektronik am Stator und/oder einer Innenfläche des Gehäuses und/oder einem der Lagerschilde befestigt. Die Befestigung erfolgt bevorzugt mittels einer Verschraubung, Verschweißung oder einer lösbaren Befestigung wie beispielsweise Halteklammern. Vorzugsweise handelt es sich hier um eine lösbare Verbindung, so dass im Schadensfall eine leichte Austauschbarkeit der Leistungselektronik gewährleistet werden kann. Bevorzugt ist die Leistungselektronik elektrisch isoliert gegenüber berührenden elektrisch leitenden Teilen, insbesondere dem Gehäuse und dem Stator, innerhalb des Gehäuses befestigt.According to the invention, the power electronics are attached to the stator and / or an inner surface of the housing and / or one of the end shields. The fastening is preferably carried out by means of a screw connection, welding or a releasable fastening such as retaining clips. This is preferably a detachable connection, so that in the event of damage, the power electronics can be easily replaced. The power electronics are preferably secured within the housing in an electrically insulated manner from contacting, electrically conductive parts, in particular the housing and the stator.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Leistungselektronik eine erste Einheit und eine zweite Einheit, wobei die erste Einheit und die zweite Einheit entlang der Rotationsachse des Rotors voneinander getrennt sind, und beide Einheiten stehen in einem Datenaustausch miteinander. Durch die bevorzugte räumliche und strukturelle Trennung der Leistungselektronik in eine erste Einheit und eine zweite Einheit kann beispielsweise eine Aufteilung der elektronischen Bauteile der Leistungselektronik auf die erste Einheit und die zweite Einheit erfolgen, die vorteilhaft weiterhin in einem Datenaustausch miteinander stehen. Weiterhin kann vorzugsweise der innerhalb des Gehäuses zur Verfügung stehende Bauraum effizient ausgenutzt werden, da zwei kleinere Einheiten einfach im zur Verfügung stehenden Bauraum angeordnet bzw. angepasst werden können. Ferner können die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik bevorzugt separat gekühlt werden. Ebenfalls wird die Wärmeentwicklung der Leistungselektronik innerhalb des Gehäuses räumlich verteilt. Die erste Einheit und die zweite Einheit sind vorteilhaft jeweils auf einer separaten Leiterplatte oder Platine innerhalb des Gehäuses angeordnet.According to at least one embodiment, the power electronics comprises a first unit and a second unit, the first unit and the second unit being separated from one another along the axis of rotation of the rotor, and both units are in data exchange with one another. Due to the preferred spatial and structural separation of the power electronics into a first unit and a second unit, the electronic components of the power electronics can, for example, be divided between the first unit and the second unit, which advantageously continue to exchange data with one another. Furthermore, the space available within the housing can preferably be used efficiently, since two smaller units can easily be arranged or adapted in the space available. Furthermore, the first unit and the second unit of the power electronics can preferably be cooled separately. The heat generated by the power electronics is also spatially distributed within the housing. The first unit and the second unit are advantageously each arranged on a separate printed circuit board or circuit board within the housing.

Die Merkmale, die für die erste Einheit und/oder die zweite Einheit offenbart sind, sind in entsprechender Weise ebenso für die Leistungselektronik selbst offenbart. Die Leistungselektronik kann eine erste Einheit und eine zweite Einheit umfassen, jedoch auch als eine Einheit ausgebildet sein, wobei die eine Einheit die erste Einheit, die zweite Einheit oder die nicht getrennte erste Einheit und zweite Einheit sein kann. Die Merkmale zur Leistungselektronik sind entsprechend auch für die erste Einheit und/oder die zweite Einheit offenbart.The features that are disclosed for the first unit and / or the second unit are also disclosed in a corresponding manner for the power electronics themselves. The power electronics can comprise a first unit and a second unit, but can also be designed as one unit, wherein the one unit can be the first unit, the second unit or the first unit and second unit which are not separated. The features relating to power electronics are accordingly also disclosed for the first unit and / or the second unit.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik innerhalb des Gehäuses jeweils zwischen einem der Lagerschilde und einer der Stirnflächen des Stators angeordnet. Eine Anordnung in diesem Bereich innerhalb des Gehäuses ist besonders vorteilhaft, da hierfür gewöhnlich ungenutzter Bauraum zur Verfügung steht und eine räumliche Nähe zum Stator bzw. Rotor gewährleistet ist, wodurch nur kurze elektrische Verbindungen für eine mögliche Kontaktierung nötig wären. According to at least one embodiment, the first unit and the second unit of the power electronics are arranged within the housing between one of the end shields and one of the end faces of the stator. An arrangement in this area within the housing is particularly advantageous, since unused space is usually available for this and a spatial proximity to the stator or rotor is ensured, whereby only short electrical connections would be necessary for a possible contact.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik in axialer Richtung des Stators jeweils vollständig oder teilweise ringförmig von einem der Wickelköpfe umgeben. Der im Wesentlichen zylinderförmige Bereich, der durch einen Wickelkopf ausgebildet wird, lässt sich zwar durch die Reduzierung der Höhe der Wickelköpfe reduzieren, jedoch kann er nicht vollständig vermieden werden. Somit ist dieser Bauraum an den Stirnseiten des Stators bevorzugt zur Anordnung der ersten Einheit und der zweiten Einheit der Leistungselektronik geeignet und führt zu einer besonders effektiven Bauraumausnutzung. Die erste und zweite Einheit können je nach Höhe der Wickelköpfe jeweils vollständig und nur teilweise ringförmig von den Wickelköpfen umgeben sein, bzw. in dem im Wesentlichen zylinderförmigen Bereich, der von den Wickelköpfen ausgebildet wird, angeordnet sein. Dabei sind die erste Einheit und die zweite Einheit jeweils an einer Stirnseite des Stators von jeweils einem der Wickelköpfe ringförmig umgeben.According to at least one embodiment, the first unit and the second unit of the power electronics are each completely or partially surrounded by one of the winding heads in the axial direction of the stator. The essentially cylindrical area which is formed by a winding head can be reduced by reducing the height of the winding heads, but it cannot be completely avoided. Thus, this installation space on the end faces of the stator is preferably suitable for the arrangement of the first unit and the second unit of the power electronics and leads to a particularly effective use of installation space. Depending on the height of the winding heads, the first and second units can each be completely and only partially surrounded by the winding heads in a ring shape, or they can be arranged in the essentially cylindrical region formed by the winding heads. The first unit and the second unit are each surrounded on an end face of the stator by one of the end windings.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik mittels einer Kühleinrichtung der Lagerschilde und/oder des Gehäuses gekühlt. Eine Kühleinrichtung der Lagerschilde bzw. des Gehäuses kann eine Passivkühlung, beispielsweise in Form von Kühlrippen, eine Luftkühlung, beispielsweise mittels eines Ventilators, oder eine Flüssigkeitskühlung, durch ein flüssiges Kühlmedium umfassen, wobei die Kühleinrichtung nicht auf diese Beispiele beschränkt sein soll. Es können bevorzugt Lüftungsschlitze im und/oder am Gehäuse vorgesehen sein. Weiterhin ist bevorzugt, dass in den Gehäusewänden und/oder den Lagerschilden Kühlkanäle ausgebildet sind, welche von einem flüssigen Kühlmedium durchflossen werden und zur Kühlung der elektrischen Maschine und/oder der Leistungselektronik vorgesehen sind. Ferner ist es denkbar, dass die Leistungselektronik bzw. die erste Einheit und die zweite Einheit je nach Befestigung durch eine vorhandene Kühlung der elektrischen Maschine mitgekühlt werden oder durch eine eigens für die Leistungselektronik vorgesehene Kühleinrichtung gekühlt werden. Aufgrund der räumlichen Trennung der ersten und der zweiten Einheit der Leistungselektronik kann eine separate Kühlung, beispielsweise jeweils über eine Kühleinrichtung, wie den genannten Kühlkanälen, in den Lagerschilden erfolgen. Es ist aufgrund der Trennung bzw. Aufteilung der Leistungselektronik in eine erste Einheit und eine zweiten Einheit möglich, die Art bzw. die Kühlleistung der Kühleinrichtung der ersten Einheit bzw. der zweiten Einheit an eine abgegebene Wärme und/oder Leistung und/oder Komponenten der Leistungselektronik die auf der jeweiligen Einheit angeordnet sind, anzupassen. Somit kann beispielsweise für die erste Einheit eine Kühleinrichtung in Form von Kühlkanälen (Flüssigkeitskühlung) im ersten Lagerschild und für die zweite Einheit Kühlrippen (Passivkühlung) am zweiten Lagerschild vorgesehen sein. Die erzeugte Wärme der Leistungselektronik kann umso besser abtransportiert werden, je größer die Fläche des Kontaktbereiches ist. Vorzugsweise ist die gesamte Fläche der Leistungselektronik, bzw. der Leiterplatte/Platine, auf der die Leistungselektronik aufgebracht ist, die zum Kühlkörper gerichtet ist, mit dem Kühlkörper in Wirkkontakt.According to at least one embodiment, the first unit and the second unit of the power electronics are cooled by means of a cooling device of the end shields and / or of the housing. A cooling device of the end shields or the housing can comprise passive cooling, for example in the form of cooling fins, air cooling, for example by means of a fan, or liquid cooling, using a liquid cooling medium, the cooling device not being limited to these examples. Ventilation slots can preferably be provided in and / or on the housing. It is also preferred that cooling channels are formed in the housing walls and / or the end shields, through which a liquid cooling medium flows and are provided for cooling the electrical machine and / or the power electronics. Furthermore, it is conceivable that the power electronics or the first unit and the second unit, depending on the fastening, are also cooled by an existing cooling of the electrical machine or are cooled by a cooling device provided specifically for the power electronics. Due to the spatial separation of the first and the second unit of the power electronics, separate cooling can take place in the end shields, for example in each case via a cooling device, such as the cooling ducts mentioned. Due to the separation or division of the power electronics into a first unit and a second unit, it is possible to adapt the type or cooling capacity of the cooling device of the first unit or the second unit to an emitted heat and / or output and / or components of the power electronics which are arranged on the respective unit. Thus, for example, a cooling device in the form of cooling channels (liquid cooling) can be provided in the first bearing plate for the first unit and cooling ribs (passive cooling) on the second bearing plate for the second unit. The heat generated by the power electronics can be removed better the larger the area of the contact area. Preferably, the entire surface of the power electronics, or of the printed circuit board / circuit board on which the power electronics are applied, which is directed towards the heat sink, is in operative contact with the heat sink.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet, wobei ein Hohlraum des Hohlzylinders parallel zur Rotationsachse des Rotors angeordnet und dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, die Rotorwelle aufzunehmen. Durch diese im Wesentlichen ringförmige Anordnung um die Rotorachse bzw. -welle können die Einheiten der Leistungselektronik besonders effizient angeordnet werden und der entsprechende Bauraum optimal genutzt werden. Beispielsweise kann eine Grundfläche des Hohlzylinders auch rechteckig oder trapezförmig oder als regelmäßiges n-Eck ausgeführt sein.According to at least one embodiment, the first unit and the second unit of the power electronics are designed essentially as hollow cylinders, a cavity of the hollow cylinder being arranged parallel to the axis of rotation of the rotor and being set up and provided to accommodate the rotor shaft. As a result of this essentially ring-shaped arrangement around the rotor axis or shaft, the power electronics units can be arranged particularly efficiently and the corresponding installation space can be optimally used. For example, a base area of the hollow cylinder can also be rectangular or trapezoidal or designed as a regular n-corner.

Es ist ebenfalls denkbar, dass die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik die Rotorwelle nicht vollständig ringförmig umschließen. Die erste Einheit und die zweite Einheit können demnach bogenförmig bzw. kreisbogenförmig ausgebildet sein, wobei die Rotorwelle je nach Platzbedarf der elektronischen Bauteile der Leistungselektronik teilweise ringförmig umgeben ist.It is also conceivable that the first unit and the second unit of the power electronics do not completely encircle the rotor shaft. The first unit and the second unit can accordingly be designed in the shape of an arc or a circular arc, the rotor shaft being partially surrounded in a ring shape, depending on the space required by the electronic components of the power electronics.

Ferner können die erste Einheit und die zweite Einheit auch quader-, trapez-, zylinderförmig oder in einer beliebigen Form ausgebildet sein, wobei eine Größe der Einheiten entsprechend dem vorhandenen Bauraum innerhalb des Gehäuses ausgewählt ist bzw. durch den Bauraum zwischen den Stirnseiten des Stators und der Lagerschilde und/oder dem Wickelkopf beschränkt ist.Furthermore, the first unit and the second unit can also be cuboid, trapezoidal, cylindrical or in any shape, the size of the units being selected according to the available space within the housing or by the space between the end faces of the stator and the end shields and / or the winding head is limited.

Außerdem ist es denkbar, dass die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik bezüglich ihrer Form identisch ausgebildet sind. Es ist jedoch auch denkbar, dass die erste Einheit und die zweite Einheit eine unterschiedliche Form und/oder Größe aufweisen. Die Form der ersten Einheit und der zweiten Einheit kann entsprechend dem freien Bauraum und der Befestigung am Stator und/oder einer Innenfläche des Gehäuses und/oder einem der Lagerschilde gewählt werden.It is also conceivable that the first unit and the second unit of the power electronics are designed to be identical with regard to their shape. However, it is also conceivable that the first unit and the second unit have a different shape and / or size. The shape of the first unit and the second unit can be selected according to the free installation space and the attachment to the stator and / or an inner surface of the housing and / or one of the bearing plates.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Leistungselektronik mindestens einen Mehrphasen-Umrichter auf, wobei der mindestens eine Mehrphasen-Umrichter einen ersten Teilumrichter und einen zweiten Teilumrichter umfasst und wobei der erste Teilumrichter an der ersten Einheit und der zweite Teilumrichter an der zweiten Einheit der Leistungselektronik angeordnet ist.According to at least one embodiment, the power electronics have at least one multi-phase converter, the at least one multi-phase converter comprising a first partial converter and a second partial converter, and the first partial converter being arranged on the first unit and the second partial converter being arranged on the second unit of the power electronics .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der mindestens eine Mehrphasen-Umrichter eine Vielzahl von Phasenschaltungen auf, die auf den ersten Teilumrichter und auf den zweiten Teilumrichter aufgeteilt sind. Durch diese bevorzugte Aufteilung ist vorteilhaft eine höhere Anzahl an Phasenschaltungen bzw. Phasen (Phasenzahl) möglich.In accordance with at least one embodiment, the at least one polyphase converter has a multiplicity of phase circuits which are divided between the first partial converter and the second partial converter. As a result of this preferred division, a greater number of phase circuits or phases (number of phases) is advantageously possible.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik jeweils mit einem Wickelkopf elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung der ersten Einheit mit dem ersten Wickelkopf erfolgt über einen ersten Konnektor und die zweite Einheit ist über einen zweiten Konnektor mit dem zweiten Wickelkopf verbunden. Die elektrische Verbindung der ersten Einheit und der zweiten Einheit mit jeweils einem benachbarten Wickelkopf gewährleistet aufgrund der räumlichen Nähe kurze Verbindungen, die kosten- und gewichtssparend sind sowie wenig Bauraum benötigen. Weiterhin ist dadurch vorteilhaft eine einfachere und platzsparendere Verbindung bzw. Kontaktierung der Einheiten bzw. der Leistungselektronik mit den Wickelköpfen möglich, da die elektrischen Verbindungen bzw. Konnektoren auf die beiden Wickelköpfe aufgeteilt sind und nicht gebündelt als einzelner Strang ausgehend von der Leistungselektronik bzw. von einer einzelnen Einheit zu einem der Wickelköpfe geführt werden müssen. Ferner ist es dadurch möglich, eine höhere Anzahl an Phasenschaltungen bzw. Phasen (Phasenzahl) zu gewährleisten.According to at least one embodiment, the first unit and the second unit of the power electronics are each electrically connected to a winding head. The electrical connection of the first unit to the first end winding is made via a first connector and the second unit is connected to the second end winding via a second connector. The electrical connection of the first unit and the second unit with an adjacent winding head ensures, due to the spatial proximity, short connections that are cost and weight-saving and require little installation space. Furthermore, this advantageously enables a simpler and more space-saving connection or contacting of the units or the power electronics with the winding heads, since the electrical connections or connectors are divided between the two winding heads and not bundled as a single strand starting from the power electronics or from one individual unit must be led to one of the winding heads. Furthermore, it is thereby possible to ensure a higher number of phase circuits or phases (number of phases).

Es ist ebenso denkbar, dass durch die Aufteilung der Leistungselektronik in zwei getrennte Einheiten und/oder die Aufteilung der elektrischen Verbindungen mit den Wickelköpfen, eine elektromagnetische Abschirmung (EMV-Abschirmung), insbesondere der elektrischen Verbindungen bzw. Konnektoren selbst, verbessert wird bzw. die Anbringung entsprechender Elemente, wie beispielsweise Metallbleche, leitfähige Folien oder Schichten zur Abschirmung zu erleichtern.It is also conceivable that by dividing the power electronics into two separate units and / or dividing the electrical connections with the end windings, electromagnetic shielding (EMC shielding), in particular the electrical connections or connectors themselves, is improved or the To facilitate attachment of appropriate elements, such as metal sheets, conductive foils or layers for shielding.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein erster ringförmiger Zwischenkreiskondensator zusammen mit der ersten Einheit der Leistungselektronik und/oder ein zweiter ringförmiger Zwischenkreiskondensator zusammen mit der zweiten Einheit der Leistungselektronik angeordnet, wobei der erste und der zweite ringförmige Zwischenkreiskondensator jeweils konzentrisch um die Rotorwelle angeordnet sind. Bevorzugt sind die ringförmigen Zwischenkreiskondensatoren als Folien-, Elektrolyt- oder Keramikkondensatoren ausgeführt. Dies gewährleistet auf besonders einfache Weise die Anordnung als ringförmigen Kondensator. Ferner sind die ringförmigen Zwischenkreiskondensatoren konzentrisch mit dem Rotor und dem Stator angeordnet. Ein Radius des ringförmigen Zwischenkreiskondensators kann bevorzugt so gewählt sein, dass der Zwischenkreiskondensator vollständig oder teilweise von dem Wickelkopf umgeben ist oder der Radius des Zwischenkreiskondensators kann entsprechend groß gewählt sein, dass der Zwischenkreiskondensator in axialer Richtung nicht von dem Wickelkopf umgeben ist, sondern axial neben dem Wickelkopf angeordnet ist. According to at least one embodiment, a first ring-shaped intermediate circuit capacitor is arranged together with the first unit of the power electronics and / or a second ring-shaped intermediate circuit capacitor is arranged together with the second unit of the power electronics, the first and the second ring-shaped intermediate circuit capacitor each being arranged concentrically around the rotor shaft. The ring-shaped intermediate circuit capacitors are preferably designed as foil, electrolytic or ceramic capacitors. This ensures the arrangement as an annular capacitor in a particularly simple manner. Furthermore, the ring-shaped intermediate circuit capacitors are arranged concentrically with the rotor and the stator. A radius of the ring-shaped intermediate circuit capacitor can preferably be selected so that the intermediate circuit capacitor is completely or partially surrounded by the end winding, or the radius of the intermediate circuit capacitor can be selected so that the intermediate circuit capacitor is not surrounded in the axial direction by the end winding, but axially next to it Winding head is arranged.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform können die Leistungselektronik bzw. die erste Einheit und die zweite Einheit auf einer Bodenplatte, welche eine Unterseite sowie eine Oberseite aufweist, wobei an beiden Seiten jeweils eine Unterfläche und eine Oberfläche ausgebildet ist, und weiter wobei beide Flächen mittels zumindest einer Seitenfläche miteinander verbunden sind, angeordnet sein.According to at least one embodiment, the power electronics or the first unit and the second unit can be installed on a base plate which has an underside and an upper side, with a lower surface and a surface being formed on both sides, and further with both surfaces by means of at least one side surface are connected to each other, be arranged.

Dazu sind die Leistungselektronik bzw. die erste Einheit und die zweite Einheit bevorzugt auf und/oder an der Bodenplatte, insbesondere an der Oberseite der Bodenplatte, angeordnet, wobei erzeugte Abwärme der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit an die Bodenplatte weitergegeben wird, um die Leistungselektronik bzw. die erste Einheit und die zweite Einheit zu kühlen.For this purpose, the power electronics or the first unit and the second unit are preferably arranged on and / or on the base plate, in particular on the top of the base plate, with waste heat generated by the power electronics or the first unit and the second unit being passed on to the base plate to cool the power electronics or the first unit and the second unit.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bodenplatte selbst als ein Wärmetauscher ausgebildet und/oder weist einen solchen Wärmetauscher auf, wobei die Bodenplatte aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist.According to at least one embodiment, the base plate itself is designed as a heat exchanger and / or has such a heat exchanger, the base plate being made of an electrically insulating material.

Mit anderen Worten ist auf eine separate Anordnung von Bodenplatte und Wärmetauscher verzichtet. Vorzugsweise handelt es sich bei der Bodenplatte um ein einstückig gefertigtes Element. Ein solches Element kann daher frei von Klebstellen und/oder sonstigen Verbindungen und Unterbrechungen sein.In other words, a separate arrangement of base plate and heat exchanger is dispensed with. The base plate is preferably an element made in one piece. Such an element can therefore be free of adhesive points and / or other connections and interruptions.

Es können daher, in zumindest einer Ausführungsform, solche Anordnungen ausgeschlossen werden, welche eine Bodenplatte sowie ein weiteres Element, insbesondere einen weiteren Wärmetauscher, aufweisen, der in einem separaten Montageschritt auf die Bodenplatte angeordnet ist. Vorzugsweise bildet daher die Bodenplatte nicht nur eine Montageplatte aus, sondern ist selbst der Wärmetauscher.It is therefore possible, in at least one embodiment, to exclude those arrangements which have a base plate and a further element, in particular a further heat exchanger, which is arranged on the base plate in a separate assembly step. The base plate therefore preferably not only forms a mounting plate, but is itself the heat exchanger.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bodenplatte frei von Kühlrippen. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Variante dar, da Kühlrippen oftmals aufwendig zu fertigen sowie aufwendig zu montieren sind.According to at least one embodiment, the base plate is free from cooling fins. This represents a particularly simple and inexpensive variant, since cooling fins are often complex to manufacture and to assemble.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist innerhalb der Bodenplatte zumindest ein Kühlkanal ausgebildet, welcher dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, die Bodenplatte während des Betriebs der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit zu kühlen. Ein solcher Kühlkanal ist daher eine tunnelförmige Ausformung innerhalb der Bodenplatte und allseits durch die Bodenplatte begrenzt. Die Bodenplatte kann daher in einem Schichtverfahren aus noch nicht gebrannten Keramikschichten abgebaut sein, wodurch sich der Kühlkanal, zum Beispiel in einem 3D Druckverfahren, erzeugen lässt. Durch den Kühlkanal hindurch kann ein Kühlmedium, zum Beispiel eine Kühlflüssigkeit oder auch ein Kühlgas geleitet werden. Bei der Kühlflüssigkeit kann es sich um Wasser oder um eine sonstige Flüssigkeit, vorzugsweise um eine ölfreie Flüssigkeit handeln.According to at least one embodiment, at least one cooling channel is formed within the base plate, which is designed and provided to cool the base plate during operation of the power electronics or the first unit and the second unit. Such a cooling channel is therefore a tunnel-shaped formation within the base plate and delimited on all sides by the base plate. The base plate can therefore be dismantled in a layering process from ceramic layers that have not yet been fired, whereby the cooling channel can be produced, for example, in a 3D printing process. A cooling medium, for example a cooling liquid or also a cooling gas, can be passed through the cooling channel. The cooling liquid can be water or some other liquid, preferably an oil-free liquid.

Hierzu weist der Kühlkanal zumindest zwei Enden auf, welche aus der Bodenplatte herausführen. An diesen beiden Enden kann jeweils ein Anschluss vorgesehen sein, mittels dessen ein Kühlkreislauf erzeugt werden kann, nämlich durch eine von außen erzeugte Einpumpung des Kühlmittels durch den Kühlkanal.For this purpose, the cooling channel has at least two ends which lead out of the base plate. A connection can be provided at each of these two ends, by means of which a cooling circuit can be generated, namely by pumping in the coolant through the cooling channel that is generated from the outside.

Der Kühlkörper kann durch ein 3D-Druckverfahren gefertigt sein.The heat sink can be manufactured using a 3D printing process.

Wie nun nicht abschließend unten gezeigt, kommen folgende 3D-Printtechnologien zur Herstellung des Kühlkörpers in Frage:As not finally shown below, the following 3D print technologies can be used to manufacture the heat sink:

Das FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling)The FDM process (Fused Deposition Modeling)

Alternativbezeichnungen: Fused Filament Fabrication (FFF), Fused Layer Modeling (FLM)Alternative names: Fused Filament Fabrication (FFF), Fused Layer Modeling (FLM)

Das Verfahren bezeichnet schichtweises Auftragen (Extrusion) eines Materials durch eine heiße Düse. Das Verbrauchsmaterial befindet sich in Form eines langen Drahts (sog. Filament) auf einer Rolle und wird durch die Fördereinheit in einen Druckkopf geschoben, dort eingeschmolzen und auf einem Druckbett aufgebracht. Druckkopf und/oder Druckbett sind dabei in 3 Richtungen beweglich. So können Kunststoffschichten schrittweise aufeinander aufgebracht werden.The process refers to the application of layers (extrusion) of a material through a hot nozzle. The consumable material is in the form of a long wire (so-called filament) on a roll and is pushed by the conveyor unit into a print head, melted there and placed on a print bed. The print head and / or print bed can be moved in 3 directions. In this way, layers of plastic can be applied to one another in stages.

Das SLS-Verfahren (Selektives Lasersintern)The SLS process (selective laser sintering)

Im Unterschied zum Sinterverfahren, bei dem Stoffe in Pulverform unter Hitzeeinwirkung miteinander verbunden werden, geschieht dies beim SLS-Verfahren selektiv durch einen Laser (alternativ auch Elektronenstrahl oder Infrarotstrahl). Es wird also nur ein bestimmter Teil des Pulvers miteinander verschmolzen.In contrast to the sintering process, in which substances are bonded together in powder form under the action of heat, in the SLS process this is done selectively by means of a laser (alternatively electron beam or infrared beam). So only a certain part of the powder is fused together.

Dazu wird stets eine dünne Pulverschicht von der Beschichtungseinheit auf dem Druckbett ausgebracht. Der Laser (oder eine andere Energiequelle) wird nun punktgenau auf einzelne Stellen der Pulverschicht ausgerichtet, um die erste Schicht der Druckdaten auszubilden. Hierbei wird das Pulver an- oder aufgeschmolzen und verfestigt sich anschließend wieder durch geringfügiges Abkühlen. Das nicht aufgeschmolzene Pulver bleibt um die gesinterten Bereiche herum liegen und dient als Stützmaterial. Nachdem eine Schicht verfestigt ist, senkt sich das Druckbett um den Bruchteil eines Millimeters ab. Die Beschichtungseinheit fährt nun über das Druckbett und bringt die nächste Pulverschicht aus. Anschließend wird die zweite Schicht der Druckdaten durch den Laser (oder eine andere Energiequelle) gesintert. So entsteht schichtweise ein dreidimensionales Objekt.For this purpose, a thin layer of powder is always applied to the printing bed by the coating unit. The laser (or another energy source) is now aimed precisely at individual points of the powder layer in order to form the first layer of the print data. The powder is melted or melted and then solidifies again by cooling it slightly. The unmelted powder remains around the sintered areas and serves as a support material. After a layer has solidified, the print bed lowers by a fraction of a millimeter. The coating unit now moves over the print bed and applies the next layer of powder. Then the second layer of the print data is sintered by the laser (or other energy source). This creates a three-dimensional object in layers.

Three-Dimensional Printing (3DP)Three-Dimensional Printing (3DP)

Das 3DP-Verfahren funktioniert sehr ähnlich wie das selektive Lasersintern, doch anstelle einer gerichteten Energiequelle verfährt ein Druckkopf über das Pulver. Dieser gibt winzige Tröpfchen von Bindemittel auf die zugrunde liegenden Pulverschichten ab, die so miteinander verbunden werden. Ansonsten ist dieses Verfahren dem SLS-Verfahren gleich.The 3DP process works very similarly to selective laser sintering, but instead of a directed energy source, a print head moves over the powder. This releases tiny droplets of binding agent onto the underlying powder layers, which are thus bonded together. Otherwise this procedure is the same as the SLS procedure.

Stereolithographie (SLA)Stereolithography (SLA)

Anstelle eines Kunststoffdrahts oder Druckmaterials in Pulverform kommen beim Stereolithographie-Verfahren flüssige Harze, sog. Photopolymere, zum Einsatz. Sie werden schichtweise durch UV-Strahlung verhärtet und erzeugen so dreidimensionale Objekte. Dafür wird die Bauplattform im Harzbecken schrittweise abgesenkt. Es gibt auch Varianten (sog. Polyjet-Verfahren) ohne ein ganzes Becken mit flüssigem Harz. Dafür wird ein Epoxidharz tröpfchenweise aus einer Düse aufgebracht und durch einen UV-Laser sofort ausgehärtet.Instead of a plastic wire or printing material in powder form, liquid resins, so-called photopolymers, are used in the stereolithography process. They are hardened in layers by UV radiation and thus create three-dimensional objects. To do this, the construction platform in the Harz Basin is gradually lowered. There are also variants (the so-called Polyjet process) without a whole basin with liquid resin. For this, an epoxy resin is applied drop by drop from a nozzle and immediately cured by a UV laser.

Laminated Object Manufacturing (LOM) Laminated Object Manufacturing (LOM)

Alternativbezeichnung: Layer Laminated Manufacturing (LLM)Alternative designation: Layer Laminated Manufacturing (LLM)

Das Verfahren basiert weder auf chemischen Reaktionen, noch auf einem thermischen Prozess. Es wird dabei mit einem trennenden Werkzeug (z.B. einem Messer oder Kohlendioxidlaser) eine Folie oder Platte (z.B. Papier) an der Kontur geschnitten und schichtweise aufeinander geklebt. So entsteht durch Absenken der Bauplattform ein Schichtobjekt aus geklebten, übereinanderliegenden Folien.The process is based neither on chemical reactions nor on a thermal process. A separating tool (e.g. a knife or carbon dioxide laser) is used to cut a film or plate (e.g. paper) along the contour and glue it in layers. By lowering the construction platform, a layered object is created from glued, overlapping foils.

Bevorzugt ist es ebenso möglich, den Kühlkörper mittels eines Druckgussverfahrens herzustellen. Bekannte Druckgussverfahren umfassen beispielsweise Sandgussverfahren oder Vakuumdruckgussverfahren.It is also preferably possible to manufacture the heat sink by means of a die-casting process. Known die casting processes include, for example, sand casting processes or vacuum pressure casting processes.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich der Kühlkanal entlang einer Haupterstreckungsebene der Bodenplatte innerhalb der Bodenplatte. Der Kühlkanal kann durch die stapelförmige Aufeinanderreihung der Keramikschichten des Kühlkörpers in einem Aufschichtverfahren, zum Beispiel einem wie dargestellten 3D Druckverfahren erzeugt sein.According to at least one embodiment, the cooling channel extends along a main plane of extent of the base plate within the base plate. The cooling channel can be produced by the stacking of the ceramic layers of the cooling body in a stacking process, for example a 3D printing process as shown.

Zum Beispiel ist denkbar, dass in der Bodenplatte sich der Kühlkanal in der Haupterstreckungsrichtung der Bodenplatte in einzelne Teilkühlkanäle verzweigt oder die Bodenplatte mehrere Anschlüsse für mehrere Kühlkanäle aufweist, die in der Bodenplatte separat ausgebildet sind und sich nicht treffen. Andererseits ist auch denkbar, dass diese mehreren Kühlkanäle in einer alternativen Ausführungsform an zumindest einem Punkt ineinander münden.For example, it is conceivable that the cooling channel in the base plate branches into individual partial cooling channels in the main direction of extent of the base plate, or that the base plate has several connections for several cooling channels that are formed separately in the base plate and do not meet. On the other hand, it is also conceivable that these several cooling channels open into one another at at least one point in an alternative embodiment.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform erreicht der Kühlkanal in seinem Querschnitt ausgehend von einem Anschlussquerschnitt unterhalb der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit einen maximalen Querschnitt.According to at least one embodiment, the cross section of the cooling duct reaches a maximum cross section starting from a connection cross section below the power electronics or the first unit and the second unit.

Der obig genannte Anschlussquerschnitt ist daher derjenige Querschnitt, welcher unmittelbar aus der Bodenplatte herausführt und für den Anschluss des Kühlmediums zur Bildung eines Kühlkreislaufs vorgesehen ist. Durch eine derartige Querschnittsausformung ist daher gewährleistet, dass in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Bodenplatte unterhalb der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit ein Maximum an Kühlflüssigkeit durchgeführt wird, um eine möglichst effiziente Wärmekühlung gewährleisten zu können.The connection cross-section mentioned above is therefore that cross-section which leads directly out of the base plate and is provided for the connection of the cooling medium to form a cooling circuit. Such a cross-sectional shape ensures that a maximum of cooling liquid is carried out in a direction perpendicular to the main extension plane of the base plate below the power electronics or the first unit and the second unit in order to be able to ensure the most efficient heat cooling possible.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bodenplatte mit einer Keramik, vorzugsweise vollständig, gebildet.According to at least one embodiment, the base plate is formed with a ceramic, preferably completely.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in einer zur Haupterstreckungsebene der Bodenplatte senkrechten Richtung zwischen der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit und der Bodenplatte zumindest ein Substrat und insbesondere ein DCB-Substrat angeordnet.According to at least one embodiment, at least one substrate and in particular a DCB substrate is arranged in a direction perpendicular to the main extension plane of the base plate between the power electronics or the first unit and the second unit and the base plate.

Bei einem DCB-Substrat handelt es sich um ein „Direct Bonded Copper“ Substrat und ist in der Aufbau- und Verbindungstechnik eine Struktur, in der eine enge elektrische und/oder thermische Verbindung elektronischer Bauteilchips über Kupfer ermöglicht. Dies ist insbesondere von Vorteil, da hierdurch eine sehr effiziente und bessere Wärmeableitung gewährleistet wird. Auch werden solche DCB-Substrate aus bzw. auf der Kupferschichtleiterbahn, Strukturen und Kontaktfläche hergestellt, um Bauteile aufzulöten, die so besonders gut gekühlt werden, was bei konventionellen Leiterplatten aufgrund einer verschlechterten Wärmeleitfähigkeit des Substrats nicht so effizient erreicht werden kann.A DCB substrate is a “direct bonded copper” substrate and in assembly and connection technology is a structure in which a close electrical and / or thermal connection of electronic component chips via copper is possible. This is particularly advantageous because it ensures very efficient and better heat dissipation. Such DCB substrates are also produced from or on the copper layer conductor track, structures and contact surfaces in order to solder components that are particularly well cooled, which cannot be achieved as efficiently with conventional printed circuit boards due to the deteriorated thermal conductivity of the substrate.

Zum Beispiel beträgt eine Dicke des DCB-Substrats in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Bodenplatte vorzugsweise nicht mehr als 20 % einer entsprechenden maximalen Dicke der Bodenplatte. Eine solche Dicke des DCB-Substrats sorgt für eine hervorragende Wärmeleitung von der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit hin zur Bodenplatte.For example, a thickness of the DCB substrate in a direction perpendicular to the main extension plane of the base plate is preferably not more than 20% of a corresponding maximum thickness of the base plate. Such a thickness of the DCB substrate ensures excellent heat conduction from the power electronics or the first unit and the second unit to the base plate.

Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist die Leistungselektronik bzw. die erste Einheit und die zweite Einheit mit einer Lötverbindung auf einem DCB-Substrat aufgelötet. Das DCB-Substrat selbst ist wiederrum zum Beispiel auf elektrische Leiterbahnen der Bodenplatte, insbesondere lötverbindungsfrei, angeordnet. Zum Beispiel stehen das DCB-Substrat und die Bodenplatte so in unmittelbarem Kontakt miteinander. Zum Beispiel ist die Bodenplatte mit dem DCB-Substrat bedruckt und/oder galvanisiert.According to at least one embodiment, the power electronics or the first unit and the second unit are soldered onto a DCB substrate with a soldered connection. The DCB substrate itself is in turn arranged, for example, on electrical conductor tracks of the base plate, in particular without soldering connections. For example, the DCB substrate and the base plate are in direct contact with one another. For example, the base plate is printed with the DCB substrate and / or galvanized.

Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen dem DCB-Substrat und der Bodenplatte frei von einer Lötverbindung. Dies kann insbesondere durch die obig genannte Bedruckung und/oder Galvanisierung erreicht werden.The connection between the DCB substrate and the base plate is preferably free of a soldered connection. This can be achieved in particular by the printing and / or electroplating mentioned above.

Somit ist ein sehr kleiner thermischer Übergangswiderstand realisiert. Durch die thermisch isolierende Eigenschaft der Keramik der Bodenplatte kann die Bodenplatte mit der Leistungselektronik „floatend“, d.h. nicht „GND“-bezogen, ohne weitere Maßnahmen innerhalb des Gehäuses befestigt werden, wodurch sich Vorteile bei einer Stromfilterung ergeben. A very low thermal contact resistance is thus achieved. Due to the thermally insulating property of the ceramic of the base plate, the base plate with the power electronics can be "floating", i.e. not "GND" -related, can be attached within the housing without further measures, which has advantages in terms of current filtering.

Durch die Anordnung der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit auf der Bodenplatte gemäß einer beschriebenen Ausführungsform kann auf weitere Kühleinrichtungen für die Leistungselektronik bzw. die erste Einheit und die zweite Einheit in den Lagerschilden und/oder im Gehäuse verzichtet werden. Somit ergeben sich für die Bodenplatte bzw. die Leistungselektronik vorteilhaft eine einfachere Anordnung innerhalb des Gehäuses, da ein flächiger Kontakt mit einer Innenfläche des Gehäuses bzw. den Lagerschilden aus Gründen der Kühlung verzichtet werden kann. Es ist aber ebenso denkbar, die Bodenplatte zusammen mit oben beschriebenen Kühleinrichtungen zu verwenden. By arranging the power electronics or the first unit and the second unit on the base plate in accordance with a described embodiment, further cooling devices for the power electronics or the first unit and the second unit in the end shields and / or in the housing can be dispensed with. This advantageously results in a simpler arrangement within the housing for the base plate or the power electronics, since flat contact with an inner surface of the housing or the end shields can be dispensed with for reasons of cooling. However, it is also conceivable to use the base plate together with the cooling devices described above.

Des Weiteren ist in der vorliegenden Anmeldung ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 gezeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen ersten Schritt, innerhalb dessen ein Bereitstellen der elektrischen Maschine erfolgt. Im zweiten Schritt erfolgt ein Betreiben, Steuern und/oder Regeln der elektrischen Maschine mittels einer Leistungselektronik, wobei in einem weiteren Schritt ein Umwandeln einer elektrischen Energie in mechanische Energie durch die elektrische Maschine stattfindet.Furthermore, a method for operating an electrical machine according to claim 1 is shown in the present application. The method according to the invention comprises a first step, within which the electrical machine is provided. In the second step, the electrical machine is operated, controlled and / or regulated by means of power electronics, with electrical energy being converted into mechanical energy by the electrical machine in a further step.

Somit sind alle für die elektrische Maschine offenbarten Merkmale auch für das beschriebene Verfahren offenbart und umgekehrt.Thus, all of the features disclosed for the electrical machine are also disclosed for the method described, and vice versa.

In besonderer Weise kann die erfindungsgemäße elektrische Maschine für den Antrieb eines Fahrzeuges verwendet werden. Hierbei ist der Rotor bevorzugt mit einer Antriebswelle des Fahrzeuges verbunden.In a special way, the electrical machine according to the invention can be used to drive a vehicle. Here, the rotor is preferably connected to a drive shaft of the vehicle.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Weitere Ziele, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden Erfindung sind der nachfolgenden von der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:

1 eine Querschnittsansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
2 eine Querschnittsansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
3 eine Querschnittsansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.

Further objects, advantages and expediencies of the present invention can be inferred from the following description in conjunction with the drawing. Here show:

1 a cross-sectional view of an electrical machine according to a preferred embodiment;
2 a cross-sectional view of an electrical machine according to a further preferred embodiment;
3 a cross-sectional view of an electrical machine according to a further preferred embodiment.

Die 1 zeigt einen Schnitt entlang einer Rotationsachse 8 bzw. Rotorwelle 9 in axialer Richtung A einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1, umfassend ein Gehäuse 2, einen Stator 3 und einen Rotor 7, wobei der Stator 3 und der Rotor 7 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sind und von diesem behaust werden. Eine radiale Richtung R der elektrischen Maschine 1 verläuft senkrecht zur axialen Richtung A.The 1 shows a section along an axis of rotation 8th or rotor shaft 9 in the axial direction A of a preferred embodiment of the electrical machine according to the invention 1 , comprising a housing 2 , a stator 3 and a rotor 7th , with the stator 3 and the rotor 7th inside the case 2 are arranged and are housed by this. A radial direction R of the electrical machine 1 runs perpendicular to the axial direction A.

Das Gehäuse 2 umfasst eine radiale Gehäusewand 10 mit einer Außenfläche 10a und einer Innenfläche 10b. Ein erstes Lagerschild 11a und ein zweites Lagerschild 11b bilden axiale Gehäusewände des Gehäuses 2 aus.The case 2 comprises a radial housing wall 10 with an outer surface 10a and an inner surface 10b . A first end shield 11a and a second end shield 11b form axial housing walls of the housing 2 out.

Der gezeigte Stator 3 weist einen Statorkern 4, umfassend eine radial äußere Oberfläche 4a, eine radial innere Oberfläche 4b, eine erste Stirnfläche 5a und zweite Stirnfläche 5b, und eine Statorwicklung (hier nicht gezeigt) auf. Die Statorwicklung bildet an der ersten Stirnfläche 5a einen ersten Wickelkopf 6a und an der zweiten Stirnseite 5b einen zweiten Wickelkopf 5b aus. Ein Abstand jeweils zwischen dem ersten Wickelkopf 6a und dem ersten Lagerschild 11a sowie zwischen dem zweiten Wickelkopf 6b und dem zweiten Lagerschild 11b ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform sehr gering ausgebildet, wobei der Abstand zwischen Wickelkopf 6a, 6b und Lagerschild 11a, 11b entsprechend dem benötigten Bauraum auch größer ausgebildet sein kann. Der erste Wickelkopf 6a verläuft bevorzugt radial an einem äußeren Rand der ersten Stirnseite 5a und der zweite Wickelkopf 6b verläuft bevorzugt radial an einem äußeren Rand der zweiten Stirnseite 5b, wobei jeweils ein im Wesentlichen zylinderförmiger Bereich durch die Wickelköpfe 6a, 6b an den Stirnseiten 5a, 5b um die Rotorwelle ausgebildet ist.The stator shown 3 has a stator core 4th , comprising a radially outer surface 4a , a radially inner surface 4b , a first face 5a and second face 5b , and a stator winding (not shown here). The stator winding forms on the first face 5a a first winding head 6a and on the second face 5b a second winding head 5b out. A distance between the first winding head 6a and the first end shield 11a as well as between the second end winding 6b and the second end shield 11b is in the in 1 The embodiment shown is very small, the distance between the winding head 6a , 6b and bearing shield 11a , 11b can also be made larger according to the space required. The first winding head 6a preferably runs radially on an outer edge of the first end face 5a and the second winding head 6b preferably runs radially on an outer edge of the second end face 5b , with in each case a substantially cylindrical area through the winding heads 6a , 6b on the front sides 5a , 5b is formed around the rotor shaft.

Der Stator 3 bzw. der Statorkern 4 ist bevorzugt fest mit der Innenfläche 10b der radialen Gehäusewand 10 des Gehäuses 2 verbunden und daran befestigt. Es wäre ebenfalls denkbar, dass die radial äußere Oberfläche 4a des Statorkerns 4 die radiale Gehäusewand 10 des Gehäuses 2 ausbildet.The stator 3 or the stator core 4th is preferably solid with the inner surface 10b the radial housing wall 10 of the housing 2 connected and attached to it. It would also be conceivable that the radially outer surface 4a of the stator core 4th the radial housing wall 10 of the housing 2 trains.

Der Rotor 7 ist vorliegend mittels eines Rotoradapters 15 an einer Rotorwelle 9 befestigt. Der Rotor 7 ist bevorzugt innerhalb des Stators 3 bzw. des Statorkerns 4 drehbar um eine Rotationsachse 8, welche die Rotorwelle 9 umfasst, angeordnet. Der Stator 3 und der Rotor 7 sind bevorzugt im Wesentlichen kreis- bzw. zylinderförmig ausgebildet und konzentrisch angeordnet. Die Rotorwelle 9 ist am ersten Lagerschild 11a durch ein erstes Lager 14a und im zweiten Lagerschild 11b durch ein zweites Lager 14b drehbar gelagert. Die Lager 14a, 14b sind dabei mittig im jeweiligen Lagerschild 11a, 11b angeordnet.The rotor 7th is present by means of a rotor adapter 15th on a rotor shaft 9 attached. The rotor 7th is preferred within the stator 3 or the stator core 4th rotatable about an axis of rotation 8th which is the rotor shaft 9 includes, arranged. The stator 3 and the rotor 7th are preferably essentially circular or cylindrical and arranged concentrically. The rotor shaft 9 is on the first bearing plate 11a through a first camp 14a and in the second end shield 11b through a second camp 14b rotatably mounted. Camps 14a , 14b are in the middle of the respective end shield 11a , 11b arranged.

Eine Leistungselektronik umfasst, wie in der in 1 gezeigten Ausführungsform, eine erste Einheit 12a und zweite Einheit 12b. Dabei ist die erste Einheit 12a in axialer Richtung A im Wesentlichen vollständig ringförmig von dem ersten Wickelkopf 6a und die zweite Einheit 12b ist in axialer Richtung A im Wesentlichen vollständig ringförmig von dem zweiten Wickelkopf 6b umgeben. Die erste Einheit 12a und die zweiten Einheit 12b sind im Wesentlichen vollständig in dem zylinderförmigen Bereich, welcher jeweils durch den ersten 6a bzw. zweiten Wickelkopf 6b ausgebildet werden, angeordnet. Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist die erste Einheit 12a zwischen dem ersten Lagerschild 11a und der ersten Stirnseite 5a des Stators 3 bzw. des Statorkerns 4 angeordnet und die zweite Einheit 12b ist entsprechend zwischen dem zweiten Lagerschild 11b und der zweiten Stirnseite 5b des Stators 3 bzw. des Statorkerns 4 angeordnet. Es ist ebenfalls denkbar, dass die zweite Einheit 12b zwischen dem ersten Lagerschild 11a und der ersten Stirnseite 5a und die erste Einheit 12a zwischen dem zweiten Lagerschild 11b und der zweiten Stirnseite 5b angeordnet ist. Weiterhin ist denkbar, dass die Leistungselektronik nur eine der Einheiten 12a, 12b umfasst, wobei die eine vorhandene Einheit 12a, 12b entweder zwischen dem ersten Lagerschild 11a und der ersten Stirnseite 5a oder zwischen dem zweiten Lagerschild 11b und der zweiten Stirnseite 5b angeordnet werden kann. Die erste Einheit 12a ist an dem ersten Lagerschild 11a und die zweite Einheit 12b an dem zweiten Lagerschild 11b innerhalb des Gehäuses befestigt. Dabei ist es auch möglich, dass die erste Einheit 12a an der ersten Stirnseite 5a und die zweite Einheit 12b an der zweiten Stirnseite 5b des Stators 3 bzw. Statorkerns 4 befestigt ist. Weiterhin könnten die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b an der Innenfläche 10b des Gehäuses befestigt sein. Genauso wäre jedmögliche Kombination der Befestigung innerhalb des Gehäuses am ersten 11a und zweiten Lagerschild 11b und/oder der ersten 5a und zweiten Stirnseite 5b und/oder der Innenfläche 5b des Gehäuses 2 denkbar, wobei die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b unterschiedlich innerhalb des Gehäuses, entsprechend dem freien Bauraum, befestigt werden können.As in the in 1 embodiment shown, a first unit 12a and second unit 12b . Here is the first unit 12a in the axial direction A essentially completely ring-shaped from the first end winding 6a and the second unit 12b is in the axial direction A im Essentially completely ring-shaped from the second end winding 6b surround. The first unit 12a and the second unit 12b are essentially completely in the cylindrical area, which in each case through the first 6a and second winding head 6b are formed, arranged. According to the embodiment shown, the first unit 12a between the first end shield 11a and the first face 5a of the stator 3 or the stator core 4th arranged and the second unit 12b is accordingly between the second end shield 11b and the second face 5b of the stator 3 or the stator core 4th arranged. It is also conceivable that the second unit 12b between the first end shield 11a and the first face 5a and the first unit 12a between the second end shield 11b and the second face 5b is arranged. It is also conceivable that the power electronics are only one of the units 12a , 12b comprises, the one existing unit 12a , 12b either between the first end shield 11a and the first face 5a or between the second end shield 11b and the second face 5b can be arranged. The first unit 12a is on the first end shield 11a and the second unit 12b on the second end shield 11b attached within the housing. It is also possible that the first unit 12a on the first face 5a and the second unit 12b on the second face 5b of the stator 3 or stator core 4th is attached. Furthermore, the first unit could 12a and the second unit 12b on the inner surface 10b be attached to the housing. Any combination of fastening within the housing would be the same on the first 11a and second end shield 11b and / or the first 5a and second end face 5b and / or the inner surface 5b of the housing 2 conceivable, the first unit 12a and the second unit 12b can be attached differently within the housing, depending on the free installation space.

Gemäß der gezeigten Ausführungsform sind die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b als Hohlzylinder ausgebildet, wobei der Hohlraum parallel zur Rotationsachse 8 des Rotors 7 verläuft. Die Rotorwelle 9 erstreckt sich durch den Hohlraum des Hohlzylinders hindurch, wodurch die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b ringförmig um die Rotorwelle angeordnet sind.According to the embodiment shown, the first unit 12a and the second unit 12b designed as a hollow cylinder, the cavity being parallel to the axis of rotation 8th of the rotor 7th runs. The rotor shaft 9 extends through the cavity of the hollow cylinder, whereby the first unit 12a and the second unit 12b are arranged in a ring around the rotor shaft.

Wie in 1 dargestellt sind eine erste Kühleinrichtung 13a im ersten Lagerschild 11a und zweite Kühleinrichtung 13b im zweiten Lagerschild 11b vorgesehen. In dieser Ausführungsform der Erfindung sind die erste 13a und die zweite Kühleinrichtung 13b in Form von Kühlkanälen im ersten 11a und zweiten Lagerschild 11b ausgebildet. Die Kühleinrichtungen 13a, 13b sind dazu eingerichtet und dafür vorgesehen, die daran angeordnete erste Einheit 12a bzw. die zweite Einheit 12b zu kühlen. Es ist denkbar, dass die erste 13a und die zweite Kühleinrichtung 13b mittels eines gemeinsamen Kühlkreislaufes gekühlt werden oder die beiden Kühleinrichtungen 13a, 13b jeweils einen separaten Kühlkreislauf verfügen. Weiterhin ist es denkbar, dass am ersten Lagerschild 11a und am zweiten Lagerschild 11b außerhalb des Gehäuses Kühlrippen angebracht sind, die eine passive Kühleinrichtung 13a, 13b darstellen. Ebenfalls ist es möglich, dass die erste 13a und die zweite Kühleinrichtung 13b eine Kombination aus Kühlkanälen (aktiver) und Kühlrippen (passiver) Kühlung darstellen. Die Kühleinrichtung 13a, 13b kann je nach benötigter Kühlleistung bzw. Wärmeentwicklung der ersten Einheit 12a und der zweiten Einheit 12b ausgewählt bzw. ausgebildet werden. Es kann für die beiden Einheiten 12a, 12b jeweils eine unterschiedliche Kühleinrichtung 13a, 13b vorgesehen sein.As in 1 a first cooling device is shown 13a in the first bearing plate 11a and second cooling means 13b in the second end shield 11b intended. In this embodiment of the invention, the first are 13a and the second cooling device 13b in the form of cooling channels in the first 11a and second end shield 11b educated. The cooling devices 13a , 13b are set up and provided for the first unit arranged thereon 12a or the second unit 12b to cool. It is conceivable that the first 13a and the second cooling device 13b be cooled by means of a common cooling circuit or the two cooling devices 13a , 13b each have a separate cooling circuit. It is also conceivable that on the first bearing plate 11a and on the second end shield 11b Outside the housing cooling fins are attached, which are a passive cooling device 13a , 13b represent. It is also possible that the first 13a and the second cooling device 13b represent a combination of cooling channels (active) and cooling fins (passive) cooling. The cooling device 13a , 13b can depending on the required cooling capacity or heat generation of the first unit 12a and the second unit 12b be selected or trained. It can be used for both units 12a , 12b a different cooling device each 13a , 13b be provided.

Die erste Einheit 12a ist durch einen ersten Konnektor 16a elektrisch mit dem ersten Wickelkopf 6a verbunden. Entsprechend ist die zweite Einheit 12b durch einen zweiten Konnektor 16a mit dem zweiten Wickelkopf 6b elektrisch verbunden. Die Anordnung des ersten 16a und zweiten Konnektors 16b und damit die elektrische Verbindung kann an einer beliebigen Stelle am Innenumfang des ringförmigen Wickelkopfes 6a, 6b erfolgen.The first unit 12a is through a first connector 16a electrically with the first winding head 6a connected. The second unit is corresponding 12b through a second connector 16a with the second winding head 6b electrically connected. The arrangement of the first 16a and second connector 16b and thus the electrical connection can be at any point on the inner circumference of the annular end winding 6a , 6b respectively.

Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein erster ringförmiger Zwischenkreiskondensator 17a ringförmig um die Rotorwelle 9 bzw. die Rotationsachse 8 und konzentrisch mit dem Stator 3 und dem Rotor 7 angeordnet und im Wesentlichen vollständig von dem ersten Wickelkopf 6a umgeben bzw. im Wesentlichen vollständig innerhalb des im Wesentlichen zylinderförmigen Bereichs, der durch den Wickelkopf 6a gebildet wird, angeordnet. Der ringförmige Zwischenkreiskondensator 17a kann an/auf der ersten Einheit 12a der Leistungselektronik oder dem ersten Lagerschild 11a befestigt sein. Die Anordnung des ersten ringförmigen Zwischenkreiskondensators 17a trifft analog für eine Anordnung eines zweiten ringförmigen Zwischenkreiskondensators 17b und der zweiten Einheit 12b, dem zweiten Wickelkopf 6b und dem zweiten Lagerschild 11b zu. Der erste ringförmige Zwischenkreiskondensator 17a und der zweite ringförmige Zwischenkreiskondensator 17b werden durch die Kühleinrichtung 13a, 13b am/im ersten 11a bzw. zweiten Lagerschild 13b gekühlt.According to the in 1 The embodiment of the present invention shown is a first ring-shaped intermediate circuit capacitor 17a ring around the rotor shaft 9 or the axis of rotation 8th and concentric with the stator 3 and the rotor 7th arranged and substantially completely from the first end winding 6a surrounded or essentially completely within the essentially cylindrical area which is passed through the end winding 6a is formed, arranged. The ring-shaped intermediate circuit capacitor 17a can on / on the first unit 12a the power electronics or the first end shield 11a be attached. The arrangement of the first ring-shaped intermediate circuit capacitor 17a applies analogously to an arrangement of a second ring-shaped intermediate circuit capacitor 17b and the second unit 12b , the second winding head 6b and the second end shield 11b to. The first ring-shaped intermediate circuit capacitor 17a and the second ring-shaped intermediate circuit capacitor 17b are through the cooling device 13a , 13b on / in the first 11a or second end shield 13b chilled.

Weiterhin ist denkbar, dass eine Wärmeabschirmung zur Verminderung des Wärmeeintrags von den Wickelköpfen 6a, 6b zu den Zwischenkreiskondensatoren 17a, 17b vorgesehen ist. Dabei kann die Wärmeabschirmung als Hitzeschild bzw. Abschirmteil, beispielsweise aus einem Metallen, mit und ohne Isolierlagen, in Kombination mit Kunststoff und/oder Glasfasergewebe, ausgebildet sein, welches jeweils zwischen den Wickelköpfen 6a, 6b und den Zwischenkreiskondensatoren 17a, 17b angeordnet ist.It is also conceivable that a heat shield to reduce the heat input from the winding heads 6a , 6b to the intermediate circuit capacitors 17a , 17b is provided. The heat shield can be designed as a heat shield or shielding part, for example made of a metal, with and without insulating layers, in combination with plastic and / or glass fiber fabric, which is in each case between the winding heads 6a , 6b and the intermediate circuit capacitors 17a , 17b is arranged.

In der 2 ist eine Querschnittsansicht mit einem Schnitt entlang der Rotationsachse 8 bzw. der Rotorwelle 9 in axialer Richtung einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Gleiche Bauteile haben dabei die gleichen Bezugszeichen entsprechend 1.In the 2 Fig. 13 is a cross-sectional view with a section along the axis of rotation 8th or the rotor shaft 9 in the axial direction of an electrical machine according to a further preferred embodiment. The same components have the same reference numerals 1 .

Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b der Leistungselektronik in axialer Richtung A teilweise ringförmig von dem ersten Wickelkopf 6a bzw. dem zweiten Wickelkopf 6b umgeben.According to the in 2 embodiment shown are the first unit 12a and the second unit 12b the power electronics in the axial direction A partially annular from the first end winding 6a or the second winding head 6b surround.

Der erste ringförmige Zwischenkreiskondensator 17a und der zweite ringförmige Zwischenkreiskondensator 17b sind gemäß der dargestellten Ausführungsform in axialer Richtung A zwischen dem ersten Wickelkopf 6a bzw. dem zweiten Wickelkopf 6b und dem ersten Lagerschild 11a bzw. dem zweiten Lagerschild 11b angeordnet. Dabei sind der erste ringförmige Zwischenkreiskondensator 17a und der zweite ringförmige Zwischenkreiskondensator 17b am ersten Lagerschild 11a bzw. am zweiten Lagerschild 11b und der Innenfläche 10b des Gehäuses 2 befestigt. Es ist ebenso denkbar, dass der Zwischenkreiskondensator 17a, 17b nur am Lagerschild 11a, 11b oder der Innenfläche 10b des Gehäuses befestigt ist.The first ring-shaped intermediate circuit capacitor 17a and the second ring-shaped intermediate circuit capacitor 17b are according to the embodiment shown in the axial direction A between the first winding head 6a or the second winding head 6b and the first end shield 11a or the second end shield 11b arranged. The first ring-shaped intermediate circuit capacitor is here 17a and the second ring-shaped intermediate circuit capacitor 17b on the first bearing plate 11a or on the second end shield 11b and the inner surface 10b of the housing 2 attached. It is also conceivable that the intermediate circuit capacitor 17a , 17b only on the end shield 11a , 11b or the inner surface 10b of the housing is attached.

Eine Kühlung des Zwischenkreiskondensators 17a, 17b kann über eine Kühleinrichtung 13a, 13b erfolgen, wobei es ebenso möglich ist, den Zwischenkreiskondensator 17a, 17b alternativ oder kumulativ über eine dritte Kühleinrichtung 18 zu kühlen, welche innerhalb der radialen Gehäusewand angeordnet ist. Die dritte Kühleinrichtung 18 kann beispielsweise in Form von Kühlkanälen in der radialen Gehäusewand 10 oder als Kühlrippen an der Außenfläche 10a der radialen Gehäusewand 10 ausgeführt sein. Bevorzugt verlaufen die Kühlkanäle in radialer Richtung in der radialen Gehäusewand 10 bzw. spiralförmig in axialer Richtung innerhalb der radialen Gehäusewand 10. Es ist denkbar, dass die erste 13a die zweite 13b und die dritte Kühleinrichtung 18 über einen gemeinsamen Kühlkreislauf gespeist werden oder jeweils über einen eigenen Kühlkreislauf verfügen.A cooling of the intermediate circuit capacitor 17a , 17b can have a cooling device 13a , 13b take place, it is also possible to use the intermediate circuit capacitor 17a , 17b alternatively or cumulatively via a third cooling device 18th to cool, which is arranged within the radial housing wall. The third cooling device 18th can for example in the form of cooling channels in the radial housing wall 10 or as cooling fins on the outer surface 10a the radial housing wall 10 be executed. The cooling channels preferably run in the radial direction in the radial housing wall 10 or spirally in the axial direction within the radial housing wall 10 . It is conceivable that the first 13a the second 13b and the third cooling device 18th be fed via a common cooling circuit or each have their own cooling circuit.

Die obigen Ausführungen zu den übrigen Bauteilen zu der Ausführungsform aus 1 gelten entsprechend für die in 2 gezeigte Ausführungsform.The above remarks on the other components of the embodiment 1 apply accordingly to the in 2 embodiment shown.

Die 3 zeigt einen Schnitt entlang der Rotationsachse 8 bzw. der Rotorwelle 9 des Rotors entlang einer axialen Richtung A einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.The 3 shows a section along the axis of rotation 8th or the rotor shaft 9 of the rotor along an axial direction A of another preferred embodiment of the present invention.

Gemäß dieser in 3 dargestellten Ausführungsform weist die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b im Wesentlichen die Form eines unregelmäßigen/konkaven Achtecks auf, wobei ein in radialer Richtung R schmalerer Teil der Einheiten 12a, 12b jeweils in axialer Richtung A teilweise ringförmig von dem ersten Wickelkopf 6a bzw. dem zweiten Wickelkopf 6b umgeben sind und ein in radialer Richtung R breiterer Teil der Einheiten 12a, 12b jeweils zwischen dem ersten 6a bzw. zweiten Wickelkopf 6b und dem ersten 11a bzw. zweiten Lagerschild 11b angeordnet ist. Somit sind die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b in axialer Richtung A teilweise ringförmig von dem ersten 6a bzw. zweiten Wickelkopf 6b und teilweise im Wesentlichen ringförmig von der radialen Gehäusewand 10 umgeben. Bevorzugt steht der in radialer Richtung R breitere Teil der Einheiten 12a, 12b in Kontakt mit der Innenfläche 10b der radialen Gehäusewand 10. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b jeweils an dem ersten 11a bzw. zweiten Lagerschild 11b und der Innenfläche 10b der radialen Gehäusewand 10 befestigt.According to this in 3 illustrated embodiment has the first unit 12a and the second unit 12b essentially the shape of an irregular / concave octagon, with a part of the units that is narrower in the radial direction R 12a , 12b each in the axial direction A partially annular from the first winding head 6a or the second winding head 6b are surrounded and a part of the units that is wider in the radial direction R 12a , 12b each between the first 6a or second winding head 6b and the first 11a or second end shield 11b is arranged. Thus are the first unit 12a and the second unit 12b in the axial direction A partially annular from the first 6a or second winding head 6b and partially substantially annular from the radial housing wall 10 surround. The part of the units which is wider in the radial direction R is preferably positioned 12a , 12b in contact with the inner surface 10b the radial housing wall 10 . According to the preferred embodiment, the first unit 12a and the second unit 12b always on the first 11a or second end shield 11b and the inner surface 10b the radial housing wall 10 attached.

Diese Anordnung bzw. Form der ersten Einheit 12a und der zweiten Einheit 12b gewährleistet eine Kühlung der ersten Einheit 12a mittels der ersten Kühleinrichtung 13a des ersten Lagerschildes 11a und der dritten Kühleinrichtung 18 der radialen Gehäusewand 10 des Gehäuses 2. Entsprechend ist eine Kühlung der zweiten Einheit 12b mittels der zweiten Kühleinrichtung 13b des zweiten Lagerschildes 11b und der dritten Kühleinrichtung 18 der radialen Gehäusewand 10 möglich.This arrangement or shape of the first unit 12a and the second unit 12b ensures cooling of the first unit 12a by means of the first cooling device 13a of the first end shield 11a and the third cooling device 18th the radial housing wall 10 of the housing 2 . The second unit is cooled accordingly 12b by means of the second cooling device 13b of the second end shield 11b and the third cooling device 18th the radial housing wall 10 possible.

Der erste ringförmige Zwischenkreiskondensator 17a und der zweite ringförmige Zwischenkreiskondensator 17b sind hierbei ringförmig und konzentrisch um die Rotorwelle 9 angeordnet.The first ring-shaped intermediate circuit capacitor 17a and the second ring-shaped intermediate circuit capacitor 17b are ring-shaped and concentric around the rotor shaft 9 arranged.

Die Ausführungen zu den übrigen Bauteilen zu der Ausführungsform aus 1 gelten in passender Weise ebenso für die in 3 gezeigte Ausführungsform.The remarks on the other components of the embodiment 1 apply appropriately to the in 3 embodiment shown.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All features disclosed in the application documents are claimed as essential to the invention, provided that they are new to the state of the art, individually or in combination.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: elektrische Maschineelectric machine
22: Gehäusecasing
33: Statorstator
44th: StatorkernStator core
4a4a: radial äußere Oberfläche des Statorsradially outer surface of the stator
4b4b: radial innere Oberfläche des Statorsradially inner surface of the stator
5a5a: erste Stirnseitefirst face
5b5b: zweite Stirnseitesecond face
6a6a: erster Wickel kopffirst winding head
6b6b: zweiter Wickelkopfsecond winding head
77th: Rotorrotor
88th: RotationsachseAxis of rotation
99: RotorwelleRotor shaft
1010: radiale Gehäusewandradial housing wall
10a10a: Außenfläche der radialen GehäusewandOuter surface of the radial housing wall
10b10b: Innenfläche der radialen GehäusewandInner surface of the radial housing wall
11a11a: erstes Lagerschildfirst bearing shield
11b11b: zweites Lagerschildsecond end shield
12a12a: erste Einheit der Leistungselektronikfirst unit of power electronics
12b12b: zweite Einheit der Leistungselektroniksecond unit of power electronics
13a13a: erste Kühleinrichtungfirst cooling device
13b13b: zweite Kühleinrichtungsecond cooling device
14a14a: erstes Lagerfirst camp
14b14b: zweites Lagersecond camp
1515th: RotoradapterRotor adapter
16a16a: erster Konnektorfirst connector
16b16b: zweiter Konnektorsecond connector
17a17a: erster ringförmiger Zwischenkreiskondensatorfirst ring-shaped intermediate circuit capacitor
17b17b: zweiter ringförmiger Zwischenkreiskondensatorsecond ring-shaped intermediate circuit capacitor
1818th: dritte Kühleinrichtungthird cooling device
RR.: radiale Richtungradial direction
AA.: axiale Richtungaxial direction

Claims

An electric machine (1) comprising: a stator (3), the stator (3) having a stator core (4) with a radially outer surface (4a) and a radially inner surface (4b) and a stator winding, the stator winding on The end faces (5a, 5b) of the stator (3) each form a winding head (6a, 6b); a rotor (7), the rotor (7) being arranged inside the stator (3) and rotatable relative to the stator (3) about an axis of rotation (8), the axis of rotation (8) being perpendicular to the end faces (5a, 5b) the stator (3) extends and comprises a rotor shaft (9); a housing (2), the housing (2) housing the stator (3) and the rotor (7), the stator (3) being fixed to an inner surface (10b) of the housing (2); and a first end shield (11a) and a second end shield (11b), the first end shield (11 a) and the second end shield (11b) being designed as axial housing walls running parallel to the end faces (5a, 5b) of the stator (3) ; characterized in that power electronics for operating and / or controlling and / or regulating the electrical machine (1) and / or an external usage unit, preferably completely within the housing (2) on the stator (3) and / or on a the inner surfaces (10b) of the housing (2) and / or on one of the bearing plates (11a, 11b) is attached.

Electric machine (1) according to Claim 1 , characterized in that the power electronics comprises a first unit (12a) and a second unit (12b), the first unit (12a) and the second unit (12b) being separated from one another along the axis of rotation (8) of the rotor (7) , and both units (12a, 12b) are in data exchange with one another.

Electric machine (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the first unit (12a) and the second unit (12b) of the power electronics within the housing (2) each between one of the end shields (11a, 11b) and one of the end faces (5a, 5b) of the stator (3) are arranged.

Electric machine (1) according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the first unit (12a) and the second unit (12b) of the power electronics in the axial direction (A) of the stator (3) are each completely or partially surrounded by one of the end windings (6a, 6b).

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first unit (12a) and the second unit (12b) of the power electronics by means of a cooling device (13a, 13b, 18) of the end shields (11a, 11b) and / or of the housing (2) are cooled.

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first unit (12a) and the second unit (12b) of the power electronics are designed essentially as hollow cylinders, with a cavity of the hollow cylinder parallel to the axis of rotation (8) of the rotor (7) is arranged and set up and intended to accommodate the rotor shaft (9).

Electrical machine (1) one of the preceding claims, characterized in that the power electronics have at least one multi-phase converter, wherein the at least one multi-phase converter is a first partial converter and comprises a second partial converter and wherein the first partial converter is arranged on the first unit (12a) and the second partial converter is arranged on the second unit (12b) of the power electronics.

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one multi-phase converter has a plurality of phase circuits which are divided between the first partial converter and the second partial converter.

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first unit (12a) and the second unit (12b) of the power electronics are each electrically connected to one of the winding heads (6a, 6b) by means of a connector (16a, 16b) are.

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a first ring-shaped intermediate circuit capacitor (17a) is arranged together with the first unit (12a) of the power electronics and / or a second ring-shaped intermediate circuit capacitor (17b) is arranged together with the second unit ( 12b) of the power electronics is arranged, the first (17a) and the second ring-shaped intermediate circuit capacitor (17b) each being arranged concentrically around the rotor shaft (9).

Method for operating an electrical machine (1) according to Claim 1 , comprising the steps of: a) providing the electrical machine (1); b) operating, controlling and / or regulating the electrical machine (1) by means of power electronics; c) the electrical machine (1) converts electrical energy into mechanical energy.

Use of an electrical machine (1) according to at least one of the preceding Claims 1 - 10 for driving a vehicle.