DE102019218719A1

DE102019218719A1 - Elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung der elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102019218719A1
Application number: DE102019218719.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Meyer; Corinna Schaefer; Philipp Leppert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2021-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (10) aufweisend einen Stator (14) und einen Rotor, sowie aufweisend einen inneren ersten Topf (30a) und einen äußeren zweiten Topf (30b), wobei der erste Topf (30a) innerhalb des zweiten Topfs (30b) angeordnet ist, der Stator (14) innerhalb des ersten Topfs (30a) angeordnet ist, und zwischen dem ersten Topf (30a) und dem zweiten Topf (30b) ein Zwischenraum (36) ausgebildet ist, welcher zum Durchströmen mit einem Kühlmittel zur Kühlung des Stators (14) vorgesehen ist, wobei ein an einer ersten axialen Stirnseite (22a) des Stators (14) angeordneter erster Topfgrund (32a) des ersten Topfs (30a) einen ersten Lagerschild (24a) aufweist und an einer der ersten axialen Stirnseite (22a) in Richtung einer Rotationsachse (12) gegenüberliegenden zweiten axialen Stirnseite (22b) angeordneter zweiter Topfgrund (32b) des zweiten Topfs (30b) einen zweiten Lagerschild (24b) aufweist, wobei die Lagerschilde (24) den Rotor lagern, und der erste Lagerschild (24a) einstückig mit dem ersten Topf (30a) ausgebildet ist sowie der zweite Lagerschild (24b) einstückig mit dem zweiten Topf (30b) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Maschine.
Stand der Technik
Elektrische Maschinen für Traktionsantriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, benötigen bei den heute geforderten Leistungen und Baugrößen eine Flüssigkeitskühlung. Es ist dann insbesondere notwendig, einen in der Regel geblechten Stator gegen das Kühlmittel sowie weitere Umwelteinflüsse zu schützen. Typischerweise wird dazu ein den Stator umgebendes Gehäuse verwendet, welches gegen die Flansche bzw. Lagerschilde der elektrischen Maschine abgedichtet werden muss.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine elektrische Maschine aufweisend einen Stator und einen Rotor. Die elektrische Maschine weist einen inneren ersten Topf und einen äußeren zweiten Topf auf. Der erste Topf ist innerhalb des zweiten Topfs angeordnet ist. Der Stator ist innerhalb des ersten Topfs angeordnet, und zwischen dem ersten Topf und dem zweiten Topf ist ein Zwischenraum ausgebildet, welcher zum Durchströmen mit einem Kühlmittel zur Kühlung des Stators vorgesehen ist. Ein an einer ersten axialen Stirnseite des Stators angeordneter erster Topfgrund des ersten Topfs weist einen ersten Lagerschild auf. Ein an einer der ersten axialen Stirnseite in Richtung einer Rotationsachse gegenüberliegenden zweiten axialen Stirnseite angeordneter zweiter Topfgrund des zweiten Topfs weist einen zweiten Lagerschild auf. Die Lagerschilde lagern den Rotor. Der erste Lagerschild ist einstückig mit dem ersten Topf ausgebildet und der zweite Lagerschild ist einstückig mit dem zweiten Topf ausgebildet.
Das hat den Vorteil, dass die Konstruktion des Stators vereinfacht werden kann. Dadurch, dass die Töpfe einstückig mit den Lagerschilden ausgebildet sind, muss das Statorgehäuse nicht mehr gegen die Lagerschilde abgedichtet werden. Dadurch, dass das Statorgehäuse aus zwei ineinandergesteckten Töpfen ausgebildet wird, müssen nur zwei Dichtstellen abgedichtet werden. Auf diese Weise können Dichtungen und zusätzliche Gehäuseteile eingespart werden. Durch die Reduktion der Komplexität der elektrischen Maschine kann das Herstellungsverfahren vereinfacht werden und die Zuverlässigkeit der elektrischen Maschine erhöht werden.
Dabei soll unter einer elektrischen Maschine insbesondere ein Elektromotor verstanden werden, bevorzugt einen rotativer Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor. Erfindungsgemäß weist der Stator Erregerspulen auf. Die Erregerspulen des Stators können im Betrieb der elektrischen Maschine ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, insbesondere Drehfeld erzeugen, welches dazu vorgesehen ist, den Rotor in Rotation zu versetzten. Der Rotor bzw. der Läufer des Elektromotors kann generell mit Permanentmagneten bestückt sein, stromkommutierte Spulen für die Magnetfelderzeugung aufweisen, oder als so genannter Kurzschlussläufer einer Asynchronmaschine ausgebildet sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Rotor bevorzugt als Innenläufer ausgebildet und der Stator entsprechend als Außenstator.
Bevorzugt ist der Rotor weitgehend zylinderförmig ausgebildet. Darunter soll insbesondere verstanden werden, dass der Rotor im Wesentlichen zylindersymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Zylinderachse weitgehend der Rotationsachse entspricht, um die sich im Betrieb der Rotor der elektrischen Maschine dreht. Beispielsweise kann die räumliche Ausdehnung des weitgehend zylinderförmig ausgebildeten Rotors durch einen virtuellen, gedachten Zylinder um die Rotationsachse bzw. Zylinderachse begrenzt sein, insbesondere kann ein gedachter Radius um die Zylinderachse existieren, innerhalb welchen der Rotor angeordnet ist.
Beispielsweise ist es denkbar, dass der Rotor ein zylinderförmiges Grundelement aufweist, von welchem aus sich Rotorzähne für die Aufnahme vom Spulen erstrecken.
Bevorzugt ist der Stator bzw. Statorgrundkörper zumindest abschnittsweise hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Darunter soll insbesondere verstanden werden, dass der Stator bzw. Statorgrundkörper abschnittsweise zylindersymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Zylinderachse weitgehend der Rotationsachse entspricht, um die sich im Betrieb der Rotor der elektrischen Maschine dreht. Vorzugsweise ist der zylinderförmige Hohlraum des Hohlzylinders für die Aufnahme eines weitgehend zylinderförmigen Rotors vorgesehen. Beispielsweise kann die räumliche Ausdehnung des hohlzylinderförmig ausgebildeten Abschnitts des Stators durch einen virtuellen, gedachten Hohlzylinder um die Rotationsachse bzw. Zylinderachse begrenzt sein, insbesondere kann ein gedachter erster Radius und gedachter zweiter Radius um die Zylinderachse existieren, wobei der hohlzylinderförmige Abschnitt des Stators zwischen dem ersten Radius und zweiten Radius angeordnet ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Stator bzw. Statorgrundkörper ein hohlzylinderförmiges Grundelement aufweist, von welchem aus sich Statorzähne erstrecken, welche für die Aufnahme der Erregerspulen vorgesehen sind.
Unter einem Statorgrundkörper soll insbesondere einen Grundkörper für einen Stator verstanden werden, insbesondere ausgebildet durch mehrere axiale Lagen von Blechlamellen bzw. Statorlamellen. Insbesondere kann unter einem Statorgrundkörper ein Grundkörper verstanden werden, welcher keine Erregerspulen aufweist und für die Aufnahme von Erregerspulen eingerichtet ist. Beispielsweise kann aus einem Statorgrundkörper ein Stator hergestellt werden, wenn der Statorgrundkörper mit Erregerspulen bewickelt wird.
Unter einem Topf soll insbesondere ein länglicher Hohlkörper verstanden werden, welcher an genau einer axialen Stirnseite eine Öffnung aufweist bzw. offen ausgebildet ist. Beispielsweise kann ein Topf ein Rohr aufweisen ist, welches zusätzlich an einer der beiden axialen Stirnseite geschlossen ist, insbesondere mit einem Topfgrund. Unter einem Topfgrund soll insbesondere ein Abschnitt des Topfs verstanden werden, welcher einen weitgehend maximalen Abstand zur Öffnung aufweist. Insbesondere kann der Topfgrund auf einer bezüglich der Rotationsachse bzw. einer Symmetrieachse des Topfs der Öffnung gegenüberliegenden Seite des Topfs angeordnet sein. Der Topfgrund kann eben oder weitgehend eben ausgebildet sein. Vorteilhaft ist der Topfgrund plattenförmig ausgebildet, insbesondere scheibenförmig.
Darunter, dass ein Abschnitt, beispielsweise ein Topfgrund, plattenförmig ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass der Abschnitt eine deutlich größere Ausdehnung senkrecht zur Rotationsachse aufweist als parallel zur Rotationsachse, beispielsweise wenigstens die 3-fache Ausdehnung, bevorzugt wenigstens die 5-fache Ausdehnung, besonders bevorzugt wenigstens die 10-fache Ausdehnung. Vorzugsweise weist ein plattenförmiger Abschnitt wenigstens eine, bevorzugt zwei weitgehend ebene Oberflächen auf, welche senkrecht zur Rotationsachse angeordnet sind.
Darunter, dass ein Abschnitt, beispielsweise ein Topfgrund, scheibenförmig ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass der Abschnitt plattenförmig ausgebildet ist und entlang des äußeren Umfangs rund ausgebildet ist, bevorzugt kreisrund. Insbesondere kann ein scheibenförmiger Abschnitt weitgehend zylinderförmig ausgebildet, wobei vorteilhaft die Zylinderachse des scheibenförmigen Abschnitts weitgehend auf der Rotationsachse angeordnet ist. Vorteilhaft ist der Radius des Zylinders bzw. des scheibenförmigen Abschnitts deutlich größer ist als die Ausdehnung des zylinderförmigen Abschnitts parallel zur Rotationsachse, beispielsweise wenigstens die 3-fache Ausdehnung, bevorzugt wenigstens die 5-fache Ausdehnung, besonders bevorzugt wenigstens die 10-fache Ausdehnung.
Bevorzugt ist der Topfgrund weitgehend senkrecht zur Rotationsachse angeordnet. Besonders bevorzugt erstreckt sich aus dem Topfgrund ein weitgehend hohlzylinderförmiger Abschnitt, welcher weitgehend parallel zur Rotationsachse angeordnet ist, vorteilhaft ist die Zylinderachse des weitgehend hohlzylinderförmigen Abschnitts weitgehend auf der Rotationsachse angeordnet. Es ist denkbar, dass der Topfgrund einstückig mit dem weitgehend hohlzylinderförmigen Abschnitt ausgebildet ist. Beispielsweise kann ein Topf durch Tiefziehen oder Gießen hergestellt werden.
Vorteilhaft ist der Topf rotationssymmetrisch oder weitgehend rotationssymmetrisch ausgebildet wobei die Symmetrieachse weitgehend parallel zur Rotationsachse der elektrischen Maschine angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist die Symmetrieachse des Topfs weitgehend auf der Rotationsachse der elektrischen Maschine angeordnet.
Unter einer weitgehend senkrechten bzw. parallelen Anordnung soll insbesondere eine Anordnung verstanden werden, welche nicht mehr als 8°, vorteilhaft nicht mehr als 5°, besonders vorteilhaft nicht mehr als 2° von einer senkrechten bzw. parallelen Anordnung abweicht.
Unter einem Lagerschild, manchmal auch als Flansch bezeichnet, ist ein Bauelement bzw. eine Baugruppe der elektrischen Maschine zu verstehen, welche insbesondere zur Lagerung des Rotors vorgesehen ist. Insbesondere weist ein Lagerschild ein Lager auf. Bevorzugt ist ein Lagerschild plattenförmig ausgebildet, insbesondere scheibenförmig. Vorteilhaft ist ein Lagerschild an einer der axialen Stirnseiten der elektrischen Maschine angeordnet. Ein Lagerschild kann zylindersymmetrisch oder weitgehend zylindersymmetrisch zur Rotationsachse ausgebildet sein. Es ist denkbar, dass ein Lagerschild die Elektronik der elektrischen Maschine aufweist, insbesondere die Leistungselektronik. Es ist auch denkbar, dass ein Lagerschild Kühlmittelleitungen bzw. Kanäle aufweist, insbesondere zur stirnseitigen Kühlung des Stators. Vorteilhaft weist der Lagerschild einen Anschluss bzw. Anschlüsse für eine Zuleitung und/oder Ableitung für das Kühlmittel auf, so dass die elektrische Maschine an einen externen Kühlmittelkreislauf anschließbar ist. Vorteilhaft weist ein Lagerschild wenigstens eine fluidleitende Verbindung zum Zwischenraum zwischen den beiden Töpfen auf, so dass dort ein Kühlmittel eingeleitet und/oder abgeleitet werden kann.
Darunter, dass ein Topfgrund den Lagerschild aufweist, kann insbesondere auch verstanden werden, dass der Topfgrund teilweise oder vollständig den Lagerschild ausbildet, insbesondere den Lagerschild aufweisende Elemente aufweist, beispielsweise das Lager. Es ist auch möglich, dass der Lagerschild teilweise oder vollständig den Topfgrund aufweist. Vorteilhaft ist der Lagerschild einstückig mit dem Topfgrund ausgebildet. Es ist daher denkbar, dass der Topf auch am Topfgrund eine Durchführung aufweist, welche insbesondere zum Führen bzw. Durchstecken einer Rotorwelle vorgesehen ist. Die Durchführung am Topfgrund ist vorteilhaft klein gegenüber der eigentlichen Öffnung des Topfs auf der in Richtung der Rotationsachse gegenüberliegenden, anderen axialen Stirnseite.
Es ist denkbar, dass wenigstens einer der beiden Lagerschilde, sich abschnittsweise in Radialrichtung über den jeweiligen zugeordneten Topf hinaus erstreckt, bevorzugt vollständig entlang des Umfangs des Topfs. Beispielsweise ist es denkbar, wenn der Lagerschild plattenförmig oder scheibenförmig ausgebildet ist und einen Radius bezüglich der Rotationsachse aufweist, der größer ist als der Radius des zugehörigen Topfs. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich der erste Lagerschild in Radialrichtung über den ersten Topf hinaus erstreckt. Auf diese Weise kann eine Auflagefläche für den zweiten Topf bereitgestellt werden. Insbesondere kann auf diese Weise der Zwischenraum durch den Lagerschild zumindest abschnittsweise räumlich begrenzt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der elektrischen Maschine möglich.
Weist der erste Topf einen weitgehend hohlzylinderförmig ausgebildeten ersten Rohrabschnitt auf, in welchem der Stator angeordnet ist, ermöglicht das eine besonders gute und gleichmäßige Kühlung des Stators. Insbesondere kann der Stator in Umfangsrichtung durch das Kühlmittel umströmt werden, so dass besonders effizient Wärme abgeführt werden kann.
Unter einem Rohrabschnitt soll insbesondere ein Abschnitt des Topfs verstanden werden, welcher rohrförmig ausgebildet ist. Bevorzugt ist ein Rohrabschnitt einstückig mit dem Topf ausgebildet. Besonders bevorzugt ist ein Rohrabschnitt symmetrisch, insbesondere zylindersymmetrisch zur Rotationsachse der elektrischen Maschine angeordnet.
Vorteilhaft ist der Stator unmittelbar in dem ersten Rohrabschnitt angeordnet, insbesondere kontaktiert der Stator den ersten Rohrabschnitt. Es ist denkbar, dass der Stator und der erste Rohrabschnitt des ersten Topfs formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Besonders vorteilhaft ist der erste Topfgrund bzw. der erste Lagerschild unmittelbar am ersten Rohrabschnitt des ersten Topfs angeordnet. Besonders vorteilhaft setzt sich der erste Topf aus dem ersten Rohrabschnitt und dem ersten Lagerschild zusammen, vorteilhaft ist der erste Rohrabschnitt mit dem ersten Lagerschild einstückig ausgebildet. Das ermöglicht die Bereitstellung eines besonders dichten und damit wartungsarmen Zwischenraums.
Die elektrische Maschine wird weiter verbessert, wenn der zweite Topf einen weitgehend hohlzylinderförmig ausgebildeten zweiten Rohrabschnitt aufweist, in welchem der Stator angeordnet ist. Das ermöglicht die Konstruktion einer elektrischen Maschine, welche eine gute Kühlleistung bei kompakten Außenmaßen bereitstellt.
Bevorzugt ist der Stator mittelbar im zweiten Rohrabschnitt angeordnet, insbesondere kann der Stator im ersten Topf angeordnet sein, welcher zumindest abschnittsweise im zweiten Rohrabschnitt angeordnet ist. Es ist denkbar, dass der erste Topf im ersten Rohrabschnitt angeordnet ist und der erste Rohrabschnitt zumindest abschnittsweise, bevorzugt weitgehend vollständig im zweiten Rohrabschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise wird insbesondere ein Teil des Zwischenraums zwischen dem zweiten Rohrabschnitt und dem ersten Topf ausgebildet, besonders vorteilhaft zwischen dem zweiten Rohrabschnitt und dem ersten Rohrabschnitt.
Vorteilhaft ist der zweite Topfgrund bzw. der zweite Lagerschild unmittelbar am zweiten Rohrabschnitt des zweiten Topfs angeordnet. Besonders vorteilhaft setzt sich der zweite Topf aus dem zweiten Rohrabschnitt und dem zweiten Lagerschild zusammen, vorteilhaft ist der zweite Rohrabschnitt mit dem zweiten Lagerschild einstückig ausgebildet. Das ermöglicht die Bereitstellung eines besonders dichten und damit wartungsarmen Zwischenraums.
Eine besonders effiziente Kühlung ist möglich, wenn der erste Topf und/oder der zweite Topf koaxial zur Rotationsachse angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein weitgehend zylindersymmetrischer Zwischenraum ausgebildet, welcher eine gleichmäßige Durchströmung mit dem Kühlmittel ermöglicht. Besonders vorteilhaft sind der erste Rohrabschnitt und der zweite Rohrabschnitt koaxial zur Rotationsachse angeordnet. Auf diese Weise wird ein weitgehend hohlzylinderförmiger Zwischenraum ausgebildet.
Wenn der Stator mit dem ersten Topf mit einer Pressverbindung verbunden ist, ist eine besonders zuverlässige und einfach herstellbare Befestigung des Stators gewährleistet. Vorteilhaft ist der Stator in den ersten Rohrabschnitt des ersten Topfs eingepresst.
Unter einer Pressverbindung soll insbesondere eine kraftschlüssige Verbindung verstanden werden, bei welcher Kraft durch eine Reibung zwischen den verbundenen Elementen ausgeübt wird. Beispiele für Pressverbindungen sind Kaltdehnen und Einschrumpfen bzw. Aufschrumpfen. Vorzugsweise werden die verbundenen Elemente im Wesentlichen nur elastisch verformt.
Die Kühlleistung der elektrischen Maschine kann gesteigert werden, der erste Topf eine Mehrzahl von ersten Kühlrippen aufweist, welche sich in Radialrichtung nach außen erstrecken, und/oder dass der zweite Topf eine Mehrzahl von zweiten Kühlrippen aufweist, welche sich gegen die Radialrichtung nach innen erstrecken. Vorteilhaft ist eine Kühlrippe im Wesentlichen eben ausgebildet. Insbesondere sind die Kühlrippen im Zwischenraum angeordnet. Eine Kühlrippe wird manchmal auch als Finne oder Kühlfinne bezeichnet. Eine Kühlrippe ist insbesondere dazu vorgesehen, eine durch das Kühlmittel umströmte Oberfläche zu vergrößern, so dass besser Wärme an das Kühlmittel abgebbar ist. Darunter, dass sich eine Kühlrippe in Radialrichtung nach außen erstreckt, ist insbesondere zu verstehen, dass die Kühlrippe eine deutlich größere Ausdehnung in Radialrichtung als in Umfangsrichtung aufweist, beispielsweise wenigstens die 3-fache Ausdehnung, bevorzugt wenigstens die 5-fache Ausdehnung, besonders bevorzugt wenigstens die 10-fache Ausdehnung. Auf diese Weise kann die Turbulenz eines in Umfangsrichtung strömenden Kühlmittels erhöht werden, so dass eine erhöhte Wärmeaufnahme möglich ist.
Vorteilhaft erstreckt sich eine Kühlrippe auch in Axialrichtung bzw. parallel zur Rotationsachse. Die Ausdehnung der Kühlrippe in Axialrichtung kann größer sein als in Radialrichtung. Es ist insbesondere denkbar, dass die Kühlrippe sich entlang und über einen wesentlichen Teil einer Länge des Topfs und/oder des Rohrabschnitts erstreckt, beispielsweise wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 70%, besonders bevorzugt wenigstens 90%.
Es ist denkbar, dass eine Mehrzahl von Kühlrippen gleichmäßig zueinander beabstandet entlang des Umfangs des jeweiligen Topfs angeordnet sind.
Die Kühlleistung wird weiter verbessert, wenn in Umfangsrichtung zwischen zwei zueinander benachbarten ersten Kühlrippen eine zweite Kühlrippe angeordnet ist. Vorteilhaft ist auch in Umfangsrichtung zwischen zwei zueinander benachbarten zweiten Kühlrippen eine erste Kühlrippe angeordnet. An der Stelle soll nochmal die hier verwendete Terminologie erläutert werden. Das Attribut „erste“ soll Merkmale kennzeichnen, welche dem ersten Topf zugeordnet sind, das Attribute „zweite“ soll Merkmale kennzeichnen, welche dem zweiten Topf zugeordnet sind. Unter einer ersten Kühlrippe ist eine Kühlrippe zu verstehen, welche am ersten Topf angeordnet ist. Die Mehrzahl an ersten Kühlrippen ist die Mehrzahl an Kühlrippen, welche am ersten Topf angeordnet sind. Genauso bezeichnet eine zweite Kühlrippe eine Kühlrippe, welche am zweiten Topf angeordnet ist.
Darunter, dass in Umfangsrichtung zwischen zwei ersten Kühlrippen eine zweite Kühlrippe angeordnet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass zwischen zwei gedachten Verbindungslinien in einer gedachten Ebene senkrecht zur Rotationsachse, wobei die Verbindungslinien jeweils eine der ersten Kühlrippen mit der Rotationsachse verbinden, eine weitere gedachte Verbindungslinie angeordnet ist, welche die zweite Kühlrippe mit der Rotationsachse verbindet.
Vorteilhaft ist zwischen zwei benachbarten Kühlrippen die zweite Kühlrippe in Umfangsrichtung mittig angeordnet, besonders vorteilhaft genau eine zweite Kühlrippe. Es ist denkbar, dass die Anzahl der ersten Kühlrippen der Anzahl der zweiten Kühlrippen entspricht. Vorteilhaft wechseln sich im Umfangsrichtung die ersten Kühlrippen und die zweiten Kühlrippen ab, so dass im Umfangsrichtung nach einer ersten Kühlrippe eine zweite Kühlrippe angeordnet, anschließen eine erste Kühlrippe und so weiter.
Die Kühlleistung wird weiter optimiert, wenn sich eine zweite Kühlrippe bis zu einem ersten Radius um die Rotationsachse gegen die Radialrichtung erstreckt und eine erste Kühlrippe bis zu einem zweiten Radius um die Rotationsachse erstreckt, wobei der erste Radius kleiner ist als der zweite Radius und die zweite Kühlrippe in Umfangsrichtung zu der ersten Kühlrippe benachbart ist. Auf diese Weise greifen die zueinander benachbarte erste Kühlrippe und zweite Kühlrippe ineinander. Ein direkter Weg in Umfangsrichtung wird durch die erste Kühlrippe zusammen mit der zweiten Kühlrippe blockiert. In anderen Worten gibt es dann keinen Radius innerhalb des Zwischenraums, auf dem das Kühlmittel nur in Umfangsrichtung strömen kann. Das Kühlmittel wird auf einen mäanderförmigen Pfad um den Stator gezwungen. Das erhöht die Weglänge, welche das Kühlmittel fließen muss und kann die Turbulenz des Kühlmittels erhöhen.
Die Bereitstellung eines besonders dichten Zwischenraums ist möglich, wenn der erste Lagerschild außerhalb des ersten Topfs eine die Rotationsachse umlaufende erste Nut aufweist, in welcher der zweite Topf angeordnet ist und/oder dass der zweite Lagerschild innerhalb des zweiten Topfs eine die Rotationsachse umlaufende zweite Nut aufweist, in welcher der erste Topf angeordnet ist. Darunter, dass ein Topf in einer Nut angeordnet ist, soll insbesondere verstanden, dass der Topf mit einer axialen Stirnsteite, welche in Axialrichtung gegenüber vom Topfgrund des Topfs angeordnet ist, in der Nut angeordnet ist. Ist der erste Topf in der zweiten Nut angeordnet, so wird insbesondere der erste Topf durch den zweiten Lagerschild bzw. durch den zweiten Topfgrund verschlossen oder weitgehend verschlossen. Ist der zweite Topf in der ersten Nut angeordnet, so wird insbesondere der zweite Topf durch den ersten Lagerschild bzw. durch den ersten Topfgrund verschlossen oder weitgehend verschlossen.
Es ist denkbar, dass in oder an der ersten Nut und/oder zweiten Nut ein in Umfangsrichtung verlaufendes Dichtelement, insbesondere ein Dichtungsring vorgesehen ist, welcher die Nut gegen den in der Nut angeordneten Topf gegenüber dem Kühlmittel abdichtet.
Von Vorteil ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere gemäß der vorliegenden Erfindung, aufweisend einen Stator und einen Rotor. Die elektrische Maschine weist einen inneren ersten Topf und einen äußeren zweiten Topf auf, wobei zwischen dem ersten Topf und dem zweiten Topf ein Zwischenraum ausgebildet ist, welcher zum Durchströmen mit einem Kühlmittel zur Kühlung des Stators vorgesehen ist. Ein an einer ersten axialen Stirnseite des Stators angeordneter erster Topfgrund des ersten Topfs weist einen ersten Lagerschild auf und ein an einer der ersten axialen Stirnseite in Richtung einer Rotationsachse gegenüberliegenden zweiten axialen Stirnseite angeordneter zweiter Topfgrund des zweiten Topfs weist einen zweiten Lagerschild auf, wobei die Lagerschilde den Rotor lagern. Der erste Lagerschild ist einstückig mit dem ersten Topf ausgebildet und der zweite Lagerschild ist einstückig mit dem zweiten Topf ausgebildet. Zunächst wird der Stator innerhalb des ersten Topfs angeordnet, bevorzugt im ersten Topf befestigt, und anschließend wird der erste Topf innerhalb des zweiten Topfs angeordnet.
Besonders bevorzugt wird anschließend der zweite Topf am ersten Topf befestigt. Vorteilhaft wird der Rotor in den Stator eingebracht bzw. montiert, bevor der erste Topf innerhalb des zweiten Topfs angeordnet wird.
Figurenliste
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung abgebildet und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Hälfte eines Schnitts (entlang Linie I-I in 2) der elektrischen Maschine in einer Seitenansicht und
2 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch die elektrische Maschine senkrecht zur Rotationsachse (entlang Linie II-II in 1).

Beschreibung
In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszah len.
1 zeigt einen Schnitt durch eine elektrische Maschine 10 parallel zur Rotationsachse 12. Da die elektrische Maschine 10 weitgehend rotationssymmetrisch aufgebaut ist, ist der Übersicht halber ist nur eine Hälfte rechts von der Rotationsachse 12 abgebildet. Auch der Rotor wurde in 1 weggelassen. Die elektrische Maschine 10 weist einen Stator 14 auf, welcher Wicklungen 16 und einen Statorgrundkörper 18 aufweist. Der Statorgrundkörper 18 ist im Ausführungsbeispiel ein Lamellenpaket, welches beispielhaft aus einer Mehrzahl von in Richtung der Rotationsachse 12 übereinander geschichteten Statorlamellen ausgebildet wird. Der Statorgrundkörper 18 ist beispielhaft weitgehend hohlzylinderförmig ausgebildet. Ein im Inneren des Statorgrundkörpers 18 ausgebildeter, im Wesentlichen zylinderförmiger Hohlraum 20 ist für die Aufnahme des Rotors vorgesehen. Die Wicklungen 16 sind beispielsweise als Steckwicklung ausgebildet, es sind jedoch beliebige andere Erregerwicklungen denkbar. Der Abstand der Rotationsachse 12 zum Stator 14 ist nicht maßstäblich abgebildet und dient nur der Illustration.
An einer ersten axialen Stirnseite 22a des Stators 12 bzw. Statorgrundkörpers 18 ist ein erster Lagerschild 24a angeordnet. An einer zweiten axialen Stirnseite 22b des Stators 12 bzw. Statorgrundkörpers 18 ist ein zweiter Lagerschild 24b angeordnet. Der erste Lagerschild 24a weist beispielhaft ein Lager 26 zur Lagerung des Rotors auf. Der zweite Lagerschild 24b weist ein nicht abgebildetes Lager zur Lagerung des Rotors auf. Der erste Lagerschild 24a weist eine axiale Durchführungsöffnung 28 zur Durchführung einer Rotorwelle auf.
Der Stator 12 ist in einem ersten Topf 30a angeordnet. Beispielhaft ist der Stator 12 in den ersten Topf 30a eingepresst. Der erste Topf 30a ist einstückig mit dem ersten Lagerschild 24a ausgebildet. Der erste Topf 30a erstreckt sich parallel zur Rotationsachse 12 aus dem ersten Lagerschild 24a heraus. Beispielhaft ist der erste Lagerschild 24a im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet. Der erste Topf 30a weist einen ersten Topfgrund 32a auf, welcher an der ersten axialen Stirnseite 22a angeordnet ist. Der erste Topfgrund 32a weist den ersten Lagerschild 24a auf. Beispielhaft ist der Stator 12 in einem weitgehend hohlzylinderförmigen ersten Rohrabschnitt 34a des ersten Topfs 30a angeordnet.
Der Stator 12 und der erste Rohrabschnitt 34a sind beispielhaft in einem zweiten Topf 30b angeordnet. Der zweite Topf 30b ist einstückig mit dem zweiten Lagerschild 24b ausgebildet. Der zweite Topf 30b erstreckt sich parallel zur Rotationsachse 12 aus dem zweiten Lagerschild 24b heraus. Beispielhaft ist der zweite Lagerschild 24b im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet. Der zweite Topf 30b weist einen zweiten Topfgrund 32b auf, welcher an der zweiten axialen Stirnseite 22b angeordnet ist. Der zweite Topfgrund 32b weist den zweiten Lagerschild 24b auf. Beispielhaft ist der erste Rohrabschnitt 34a in einem weitgehend hohlzylinderförmigen zweiten Rohrabschnitt 34b des zweiten Topfs 30b angeordnet.
Der erste Topf 30a und zweite Topf 30b umschließen weitgehend den Stator 12 und sind Bestandteile eines Statorgehäuses 35. Beispielhaft sind der erste Topf 30a und der zweite Topf 30b koaxial zur Rotationsachse 12 angeordnet. Zwischen dem ersten Topf 30a und dem zweiten Topf 30b ist ein Zwischenraum 36 ausgebildet. Der Zwischenraum 36 ist beispielhaft zylindersymmetrisch zur Rotationsachse 12 ausgebildet. Der Zwischenraum 36 kann insbesondere mit einem in einer aus der Bildebene herauszeigenden Umfangsrichtung 38 (siehe 2) um den Stator 12 strömenden Kühlmittel durchflossen werden.
Der erste Topf 30a weist eine Mehrzahl von ersten Kühlrippen 40a, welche sich in eine Radialrichtung 42 erstrecken. Die ersten Kühlrippen 40a erstrecken sich auch parallel zur Rotationsachse 12. Im Wesentlichen ist eine erste Kühlrippe 40a im Wesentlichen am ersten Rohrabschnitt 34a angeordnet. Die erste Kühlrippe 40a erstreckt sich insbesondere in den Zwischenraum 36 hinein.
Der zweite Topf 30b weist eine Mehrzahl von zweiten Kühlrippen 40b, welche sich in Radialrichtung 42 erstrecken. Die zweiten Kühlrippen 40b erstrecken sich auch parallel zur Rotationsachse 12. Im Wesentlichen ist eine zweite Kühlrippe 40b im Wesentlichen am zweiten Rohrabschnitt 34b angeordnet. Die zweite Kühlrippe 40b erstreckt sich insbesondere in den Zwischenraum 36 hinein.
2 illustriert die Anordnung der Kühlrippen 40 entlang des Umfangs. 2 ist eine Schnittdarstellung mit einer Sicht auf die Linie II-II in 1. Im Gegensatz zu 1 ist eine vollständige Anordnung der elektrischen Maschine um die Rotationsachse 12 dargestellt. Der Übersicht halber sind in 2 neben dem Rotor auch die Wicklungen 16 nicht abgebildet.
Beispielhaft weist die elektrische Maschine 10 jeweils acht erste Kühlrippen 40a und acht zweite Kühlrippen 40b auf. Die Kühlrippen 40 sind im Ausführungsbeispiel gleichmäßig entlang des Umfangs 38 angeordnet. Vorteilhaft wechseln sich in Umfangsrichtung 38 immer eine erste Kühlrippe 40a mit einer zweiten Kühlrippe 40b ab. Insbesondere ist zwischen zwei in Umfangsrichtung 38 zueinander unmittelbar benachbarten ersten Kühlrippen 30a genau eine zweite Kühlrippe 30b angeordnet. Insbesondere ist zwischen zwei im Umfangsrichtung 38 zueinander unmittelbar benachbarten zweiten Kühlrippen 30b genau eine erste Kühlrippe 30a angeordnet.
Die zweiten Kühlrippen 40b erstrecken sich im Ausführungsbeispiel jeweils von dem zweiten Topf 30b aus gegen die Radialrichtung 42 bis zu einem ersten Radius 44a. Die ersten Kühlrippen 40a erstrecken sich im Ausführungsbeispiel jeweils von dem ersten Topf 30a aus in Radialrichtung 42 bis zu einem zweiten Radius 44b. Der erste Radius 44a und der zweite Radius 44b sind gedachte Radien um die Rotationsachse 12. Im Ausführungsbeispiel ist der zweite Radius 44b größer als der erste Radius 44a. Beispielhaft beträgt der erste Radius 44a 79% von einem zweiten Außenradius 46b des zweiten Topfs 30b. Der zweite Außenradius 46b entspricht auch einem Außenradius des Statorgehäuses 35. Beispielhaft beträgt der zweite Radius 44b 82% vom zweiten Außenradius 46b.
Im Ausführungsbeispiel beträgt ein erster Außenradius 46a des ersten Topfs 30a beispielsweise 68% vom zweiten Außenradius 46b, ein zweiter Innenradius 48b des zweiten Topfs 30b beispielsweise 92% des zweiten Außenradius 46b. Der Zwischenraum 36 ist zwischen dem ersten Außenradius 46a und dem zweiten Innenradius 48b angeordnet. Im Ausführungsbeispiel beträgt daher eine Zwischenraumbreite 50 in Radialrichtung 42 beispielsweise 24% des zweiten Außenradius 46b. Diese Abmessungen des Zwischenraums 36, des ersten Topfs 30a und des zweiten Topfs 30b sind rein illustrativ und können je nach technischen Anforderungen auch andere Werte annehmen. Vorteilhaft ist, dass der erste Radius 44a kleiner ist als der zweite Radius 44b, so dass die ersten Kühlrippen 40a mit den zweiten Kühlrippen 40b in Radialrichtung 42 einen Überlapp aufweisen. Ein Maß für den Überlapp der Kühlrippen 40 in Radialrichtung 42 ist die Differenz des ersten Radius 44a zum zweiten Radius 44b. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Differenz vom ersten Radius 44a zum zweiten Radius 44b 13% von der Zwischenraumbreite 50. In vorteilhaften Varianten beträgt die Differenz vom ersten Radius 44a zum zweiten Radius 44b zwischen 5% und 30% von der Zwischenraumbreite 50, bevorzugt zwischen 10% und 25%, besonders bevorzugt zwischen 15% und 20%.
Eine erste Erstreckung 52a der ersten Kühlrippe 40a in Radialrichtung 42 beträgt in Ausführungsbeispiel 58% der Zwischenraumbreite 50. In vorteilhaften Varianten beträgt die erste Erstreckung 52a zwischen 20% und 70%, bevorzugt zwischen 30% und 60%, besonders bevorzugt zwischen 40% und 50% der Zwischenraumbreite 50.
Eine zweite Erstreckung 52b der zweiten Kühlrippe 40b in Radialrichtung 42 beträgt in Ausführungsbeispiel 54% der Zwischenraumbreite 50. In vorteilhaften Varianten beträgt die zweite Erstreckung 52b zwischen 20% und 70%, bevorzugt zwischen 30% und 60%, besonders bevorzugt zwischen 40% und 50% der Zwischenraumbreite 50.
Vorteilhaft beträgt die Summe der ersten Erstreckung 52a mit der zweiten Erstreckung 52b wenigstens 100% der Zwischenraumbreite 50, bevorzugt wenigstens 110%, besonders bevorzugt wenigstens 120%.
Der erste Lagerschild 24a weist beispielhaft eine erste Nut 54a auf (siehe 1). Die erste Nut 54a verläuft beispielhaft in Umfangsrichtung 38 um die Rotationsachse 12. Insbesondere ist die erste Nut 54a kreisförmig ausgebildet bzw. stellt einen Innenraum bereit, welcher im Wesentlichen hohlzylinderförmig um die Rotationsachse 12 ausgebildet ist. Im Innenraum der ersten Nut 54a ist der zweite Topf 30b angeordnet. Beispielhaft ist im Innenraum der ersten Nut 54a ein erster Dichtungsring 56a angeordnet. Der zweite Dichtungsring 56a ist dafür vorgesehen, den zweiten Topf 30b gegen das erste Lagerschild 24a abzudichten, insbesondere gegenüber dem Kühlmittel.
Der zweite Lagerschild 24b weist beispielhaft eine zweite Nut 54b auf. Die zweite Nut 54b verläuft beispielhaft in Umfangsrichtung 38 um die Rotationsachse 12. Insbesondere ist die zweite Nut 54b kreisförmig ausgebildet bzw. stellt einen Innenraum bereit, welcher im Wesentlichen hohlzylinderförmig um die Rotationsachse 12 ausgebildet ist. Im Innenraum der zweiten Nut 54b ist der erste Topf 30a angeordnet. Beispielhaft ist im Innenraum der zweiten Nut 54b ein zweiter Dichtungsring 56b angeordnet. Der zweite Dichtungsring 56b ist dafür vorgesehen, den ersten Topf 30a gegen das zweite Lagerschild 24b abzudichten, insbesondere gegenüber dem Kühlmittel.

Claims

Elektrische Maschine (10) aufweisend einen Stator (14) und einen Rotor, sowie aufweisend einen inneren ersten Topf (30a) und einen äußeren zweiten Topf (30b), wobei der erste Topf (30a) innerhalb des zweiten Topfs (30b) angeordnet ist, der Stator (14) innerhalb des ersten Topfs (30a) angeordnet ist, und zwischen dem ersten Topf (30a) und dem zweiten Topf (30b) ein Zwischenraum (36) ausgebildet ist, welcher zum Durchströmen mit einem Kühlmittel zur Kühlung des Stators (14) vorgesehen ist, wobei ein an einer ersten axialen Stirnseite (22a) des Stators (14) angeordneter erster Topfgrund (32a) des ersten Topfs (30a) einen ersten Lagerschild (24a) aufweist und an einer der ersten axialen Stirnseite (22a) in Richtung einer Rotationsachse (12) gegenüberliegenden zweiten axialen Stirnseite (22b) angeordneter zweiter Topfgrund (32b) des zweiten Topfs (30b) einen zweiten Lagerschild (24b) aufweist, wobei die Lagerschilde (24) den Rotor lagern, und der erste Lagerschild (24a) einstückig mit dem ersten Topf (30a) ausgebildet ist sowie der zweite Lagerschild (24b) einstückig mit dem zweiten Topf (30b) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Topf (30a) einen weitgehend hohlzylinderförmig ausgebildeten ersten Rohrabschnitt (34a) aufweist, in welchem der Stator (14) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Topf (30b) einen weitgehend hohlzylinderförmig ausgebildeten zweiten Rohrabschnitt (34b) aufweist, in welchem der Stator (14) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Topf (30a) und/oder der zweite Topf (30b) koaxial zur Rotationsachse (12) angeordnet sind.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (14) mit dem ersten Topf (30a) mit einer Pressverbindung verbunden ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Topf(30a) eine Mehrzahl von ersten Kühlrippen (40a) aufweist, welche sich in Radialrichtung (42) nach außen erstrecken, und/oder dass der zweite Topf (30b) eine Mehrzahl von zweiten Kühlrippen (40b) aufweist, welche sich gegen die Radialrichtung (42) nach innen erstrecken.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung (38) zwischen zwei zueinander benachbarten ersten Kühlrippen (40a) eine zweite Kühlrippe (40b) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine zweite Kühlrippe (40b) bis zu einem ersten Radius (44a) um die Rotationsachse (12) gegen die Radialrichtung (42) erstreckt und eine erste Kühlrippe (40a)) bis zu einem zweiten Radius (44b) um die Rotationsachse (12) erstreckt, wobei der erste Radius (44a) kleiner ist als der zweite Radius (44b) und die zweite Kühlrippe (40b) in Umfangsrichtung (38) zu der ersten Kühlrippe (40a) benachbart ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerschild (24a) außerhalb des ersten Topfs (30a) eine die Rotationsachse (12) umlaufende erste Nut (54a) aufweist, in welcher der zweite Topf (30b) angeordnet ist und/oder dass der zweite Lagerschild (24b) innerhalb des zweiten Topfs (30b) eine die Rotationsachse (12) umlaufende zweite Nut (54b) aufweist, in welcher der erste Topf (30b) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Stator (14) und einen Rotor, sowie einen inneren ersten Topf (30a) und einen äußeren zweiten Topf (30b), wobei zwischen dem ersten Topf (30a) und dem zweiten Topf (30b) ein Zwischenraum (36) ausgebildet ist, welcher zum Durchströmen mit einem Kühlmittel zur Kühlung des Stators (14) vorgesehen ist, wobei ein an einer ersten axialen Stirnseite (22a) des Stators (14) angeordneter erster Topfgrund (32a) des ersten Topfs (30a) einen ersten Lagerschild (24a) aufweist und an einer der ersten axialen Stirnseite (22a) in Richtung einer Rotationsachse (12) gegenüberliegenden zweiten axialen Stirnseite (22b) angeordneter zweiter Topfgrund (32b) des zweiten Topfs (30b) einen zweiten Lagerschild (24b) aufweist, wobei die Lagerschilde (24) den Rotor lagern, und der erste Lagerschild (24a) einstückig mit dem ersten Topf (30a) ausgebildet ist sowie der zweite Lagerschild (24b) einstückig mit dem zweiten Topf (30b) ausgebildet ist, wobei zunächst der Stator (14) innerhalb des ersten Topfs (30a) angeordnet wird, bevorzugt im ersten Topf (30a) befestigt wird und anschließend der erste Topf (30a) innerhalb des zweiten Topfs (30b) angeordnet wird.