DE102020130419A1

DE102020130419A1 - Electrical machine and motor vehicle

Info

Publication number: DE102020130419A1
Application number: DE102020130419.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Herrmann; Rene Treffler; Markus Eberwein
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2022-05-19

Abstract

Elektrische Maschine, umfassend ein Gehäuse, wobei in das Gehäuse ein mehrteiliges, sich entlang einer Längsachse erstreckendes, Hülsenelement eingossen ist, wobei das Hülsenelement eine äußere Hülse aufweist, über welche die Anordnung am oder im Gehäuse erfolgt, und wobei das Hülsenelement eine innere Hülse aufweist, welche zur Anordnung eines Stators ausgelegt ist, und wobei die beiden Hülsen eine Hohlstruktur für ein Fluid formen.Electrical machine comprising a housing, a multi-part sleeve element extending along a longitudinal axis being cast into the housing, the sleeve element having an outer sleeve via which it is arranged on or in the housing, and the sleeve element having an inner sleeve , which is designed for arranging a stator, and wherein the two sleeves form a hollow structure for a fluid.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Traktions- oder Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to an electrical machine, in particular a traction or drive machine for a motor vehicle, and a motor vehicle.

Elektrische Maschinen der in Rede stehenden Art weisen Gehäuse auf, in welchen der Stator angeordnet ist. Die DE 10 2014 217 434 A1 schlägt in diesem Zusammenhang eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor vor, wobei der Stator nach Art einer Welle-Nabe-Fügeverbindung infolge Presssitz unter Vermittlung eines als Metallgussteil ausgebildeten Hülsenelements oder unmittelbar in einer Ausnehmung eines als Metallgussteil ausgebildeten Statorgehäuses der elektrischen Maschine axial und drehfest angeordnet ist, wobei das Hülsenelement oder bei Verzicht auf besagtes Hülsenelement das Statorgehäuse zumindest teilweise aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff besteht. Das Statorgehäuse weist eine Kühlstruktur mit integral im Statorgehäuse ausgebildeten Kühlkanälen und Hohlräumen auf. Die Kühlleistung scheint bei Verwendung des Hülsenelements allerdings deutlich eingeschränkt. Eine direkte Anordnung des Stators im Gehäuse ist dagegen nicht unproblematisch, da bei der hierbei notwendigen Bearbeitung des Gehäuses die Gusshaut entfernt und etwaige Fehlstellen im Gussbauteil, wie Poren oder Lunker, freigelegt werden. Dies wirkt sich unter Umständen nachteilig auf die Anordnung des Stators aus.Electrical machines of the type in question have a housing in which the stator is arranged. the DE 10 2014 217 434 A1 proposes in this context an electrical machine with a stator and a rotor, the stator being axially and is arranged in a rotationally fixed manner, wherein the sleeve element or, if said sleeve element is dispensed with, the stator housing consists at least partially of a metal matrix composite material. The stator housing has a cooling structure with cooling channels and cavities formed integrally in the stator housing. However, the cooling performance seems to be significantly limited when using the sleeve element. A direct arrangement of the stator in the housing, on the other hand, is not unproblematic, since the casting skin is removed during the machining of the housing that is necessary here and any defects in the cast component, such as pores or cavities, are exposed. Under certain circumstances, this has a disadvantageous effect on the arrangement of the stator.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug anzugeben, wobei die elektrische Maschine prozesssicher und wirtschaftlich zu fertigen sein soll und dabei höchsten Leistungsanforderungen gerecht wird.It is therefore an object of the present invention to specify an electric machine and a motor vehicle, in which case the electric machine should be able to be manufactured in a process-reliable and economical manner, and at the same time meet the highest performance requirements.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.This object is achieved by an electrical machine according to claim 1 and by a motor vehicle according to claim 14. Further advantages and features emerge from the subclaims and the description and the attached figures.

Erfindungsgemäß umfasst eine elektrische Maschine ein Gehäuse, wobei in das Gehäuse ein mehrteiliges, sich entlang einer Längsachse erstreckendes, Hülsenelement eingegossen ist, wobei das Hülsenelement eine äußere Hülse aufweist, über welche die Anordnung am oder im Gehäuse erfolgt, und wobei das Hülsenelement eine innere Hülse aufweist, welche zur Anordnung eines Stators ausgelegt ist, und wobei die beiden Hülsen eine Hohlstruktur für ein Fluid formen, mit anderen Worten bevorzugt zumindest einen Kühlkanal. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor, welcher mit dem Stator zusammenwirkt. Der Rotor weist eine Rotorachse auf, welche der vorgenannten Längsachse entspricht bzw. parallel zu dieser orientiert ist. Das Gehäuse kann auch als Statorgehäuse bezeichnet werden. Zweckmäßigerweise ist in dem Gehäuse drehfest der Stator angeordnet, wobei die Anordnung nicht direkt bzw. unmittelbar in dem Gehäuse erfolgt, sondern mittelbar über das zweckmäßigerweise mehrteilige, besonders bevorzugt zweiteilige, Hülsenelement. Das Hülsenelement bzw. die Hülsen sind im Wesentlichen zylinderförmig. Vorteilhafterweise formt das zweiteilige bzw. mehrteilige Hülsenelement im Inneren, insbesondere zwischen den Hülsen, die Hohlstruktur aus. Die äußeren Umfangs- oder Kontaktflächen der Hülsen sind bevorzugt geschlossen bzw. im Wesentlichen geschlossen. Die Hohlstruktur wird über die Innenwandungen der Hülsen ausgeformt. Diese Ausgestaltung ermöglicht mit Vorteil ein Umgießen oder Eingießen des Hülsenelements bei der Herstellung des Gehäuses. Dabei kann durch die Integration der Hohlstruktur in das Hülsenelement vorteilhafterweise eine hohe Kühlleistung erreicht werden, da die entstehende Wärme nahe am Entstehungsort abgeführt werden kann. Vor allem kann über die Hohlstruktur eine (Strömungs-)Turbulenz erzeugt werden, mittels welcher vorteilhafterweise die Kühlleistung erhöht werden kann. Zweckmäßigerweise ist das Hülsenelement ausgelegt, die Hohlstruktur mit einem Fluidkreislauf, insbesondere mit einem Wasser- oder Ölkreislauf, der elektrischen Maschine zur Kühlung zu verbinden. Hierzu kann in zumindest einer der Hülsen zumindest eine Öffnung ausgebildet sein. Diese ist ggf. während des Eingießens verschlossen und wird erst nachträglich gebildet oder freigelegt. Alternativ werden etwaige Ein- und/oder Auslässe erst nachträglich, beispielsweise mittels mechanischer Bearbeitung eingebracht.According to the invention, an electrical machine comprises a housing, a multi-part sleeve element extending along a longitudinal axis being cast into the housing, the sleeve element having an outer sleeve via which it is arranged on or in the housing, and the sleeve element having an inner sleeve has, which is designed for the arrangement of a stator, and wherein the two sleeves form a hollow structure for a fluid, in other words preferably at least one cooling channel. The electrical machine includes a rotor which interacts with the stator. The rotor has a rotor axis which corresponds to the aforementioned longitudinal axis or is oriented parallel to it. The housing can also be referred to as the stator housing. The stator is expediently arranged in a rotationally fixed manner in the housing, with the arrangement not taking place directly or directly in the housing, but indirectly via the expediently multi-part, particularly preferably two-part, sleeve element. The sleeve element or sleeves are essentially cylindrical. Advantageously, the two-part or multi-part sleeve element forms the hollow structure on the inside, in particular between the sleeves. The outer peripheral or contact surfaces of the sleeves are preferably closed or substantially closed. The hollow structure is molded over the inner walls of the sleeves. This configuration advantageously enables the sleeve element to be cast around or cast in during manufacture of the housing. The integration of the hollow structure into the sleeve element can advantageously achieve a high cooling capacity, since the heat generated can be dissipated close to the point of origin. Above all, a (flow) turbulence can be generated via the hollow structure, by means of which the cooling capacity can advantageously be increased. The sleeve element is expediently designed to connect the hollow structure to a fluid circuit, in particular to a water or oil circuit, of the electrical machine for cooling. For this purpose, at least one opening can be formed in at least one of the sleeves. This is possibly closed during the casting and is only subsequently formed or exposed. Alternatively, any inlets and/or outlets are introduced later, for example by means of mechanical processing.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse ein Getriebe oder einen Anordnungsbereich für ein Getriebe bzw. bildet einen solchen aus. Die elektrische Maschine ist in diesem Fall als Motorgetriebeeinheit ausgebildet. Hinsichtlich der Ausgestaltung der elektrischen Maschine gibt es keine Beschränkungen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine ein stromerregter Synchronmotor. Daneben kommen auch permanenterregte Synchronmaschinen, Asynchronmaschinen oder Gleichstrommaschinen, wie auch Sonderbauformen, in Betracht.According to one embodiment, the housing comprises a gear or an arrangement area for a gear or forms one. In this case, the electric machine is designed as a motor-gear unit. There are no restrictions with regard to the configuration of the electrical machine. According to a preferred embodiment, the electrical machine is a current-excited synchronous motor. In addition, permanently excited synchronous machines, asynchronous machines or direct current machines, as well as special designs, can also be considered.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Hohlstruktur als Kanal- oder Kammerstruktur ausgebildet. Die Struktur erstreckt sich bevorzugt zwischen der inneren und der äußeren Hülse oder ist dort ausgebildet. Zweckmäßigerweise umfasst das Hülsenelement einen Ein- oder Ausgang (Ein- oder Auslass), vgl. die vorgenannte Öffnung, welche einen Eintritt bzw. Austritt des Fluids, insbesondere des Kühlfluids, ermöglichen.According to one embodiment, the hollow structure is designed as a channel or chamber structure. The structure preferably extends or is formed between the inner and outer sleeves. The sleeve element expediently comprises an inlet or outlet (inlet or outlet), cf. the aforementioned opening, which allow the fluid, in particular the cooling fluid, to enter or exit.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse ein Druckgussbauteil bzw. ist das Gehäuse im Druckguss erzeugt. Eine entsprechende Stückzahl vorausgesetzt handelt es sich hierbei um ein äußerst wirtschaftliches Verfahren.According to a preferred embodiment, the housing is a die-cast component or the housing is produced by die-casting. Assuming a corresponding number of pieces, this is an extremely economical process.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Hohlstruktur durch eine Verstärkungsstruktur gebildet, wobei die Verstärkungsstruktur ausgelegt ist, eine radiale Abstützung der Hülsen zueinander zu bewirken. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit der Herstellung des Gehäuses in einem Gussverfahren, insbesondere im Druckguss, da das Hülsenelement beim Einspritzen der Metallschmelze durch die Verstärkungsstruktur, verstärkt, insbesondere abgestützt, ist, sodass das Hülsenelement nicht beschädigt bzw. die Hohlstruktur insbesondere nicht verformt oder eingedrückt wird. Zweckmäßigerweise ermöglicht die Verstärkungsstruktur, dass die Wandstärken des Hülsenelements optimal dünn gehalten werden können, was zum einen die Wärmeübertragung verbessert und zum anderen Gewichtsvorteile mit sich bringt. Über die Verstärkungsstruktur kann die Steifigkeit erhöht und damit die mögliche Kraftübertragung optimiert werden. Wie erwähnt, kann über die Geometrie der Hohlstruktur bzw. der Verstärkungsstruktur mit Vorteil eine Turbulenz erzeugt werden, welche eine optimale Wärmeabfuhr bzw. einen optimalen Wärmetransport ermöglicht.According to one embodiment, the hollow structure is formed by a reinforcement structure, wherein the reinforcement structure is designed to provide radial support for the sleeves relative to one another. This configuration is particularly advantageous in connection with the production of the housing in a casting process, in particular in die casting, since the sleeve element is reinforced, in particular supported, by the reinforcing structure when the molten metal is injected, so that the sleeve element is not damaged and the hollow structure in particular is not deformed or is pressed. The reinforcement structure expediently allows the wall thicknesses of the sleeve element to be kept optimally thin, which on the one hand improves the heat transfer and on the other hand results in weight advantages. The rigidity can be increased via the reinforcement structure and thus the possible power transmission can be optimized. As mentioned, the geometry of the hollow structure or the reinforcement structure can advantageously generate turbulence, which enables optimal heat dissipation or optimal heat transport.

Zweckmäßigerweise ermöglicht die Verstärkungsstruktur eine, insbesondere flächige, Kraftleitung von der äußeren Hülse zur inneren Hülse bzw. umgekehrt.The reinforcement structure expediently enables a, in particular planar, transmission of force from the outer sleeve to the inner sleeve or vice versa.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verstärkungsstruktur durch eine Vielzahl von pin-, zapfen- und/oder stegförmigen Verstärkungselementen gebildet. Derartige Verstärkungselemente sind auch als radial orientierte Verbindungsstege zu verstehen, welche sich von der inneren Hülse zur äußeren Hülse erstrecken und dort, zur Abstützung, anliegen, bzw. umgekehrt. Bevorzugt ist eine Vielzahl von Verbindungsstegen verteilt in der Hohlstruktur angeordnet.According to a preferred embodiment, the reinforcement structure is formed by a multiplicity of pin-, peg- and/or bar-shaped reinforcement elements. Reinforcement elements of this type are also to be understood as radially oriented connecting webs which extend from the inner sleeve to the outer sleeve and rest there for support, or vice versa. A multiplicity of connecting webs are preferably distributed in the hollow structure.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Verstärkungsstruktur eine Vielzahl von umfänglich gleichverteilt angeordneten und sich entlang einer Rotor- oder Statorachse sich gerade oder im Wesentlichen gerade erstreckenden Stegen. Zwischen den Stegen werden entsprechend gerade Kühlkanäle zur Fluidleitung ausgebildet. Zwischen den Stegen sind bevorzugt eine Vielzahl von pin- oder zapfenförmigen Verstärkungselementen ausgebildet, welche mit Vorteil zu einer Erhöhung der Turbulenz beitragen, wenn die vorgenannte Kühlkanäle durchströmt werden. Bevorzugt sind die pin- oder zapfenförmigen Verstärkungselemente reihenweise und insbesondere in Strömungsrichtung versetzt angeordnet, wodurch die Turbulenz der Strömung mit Vorteil erhöht werden kann.According to one embodiment, the reinforcement structure comprises a multiplicity of webs which are distributed uniformly around the circumference and extend straight or essentially straight along a rotor or stator axis. Correspondingly straight cooling channels for the fluid line are formed between the webs. A multiplicity of pin- or peg-shaped reinforcement elements are preferably formed between the webs, which advantageously contribute to an increase in turbulence when the aforementioned cooling channels are traversed. The pin or peg-shaped reinforcement elements are preferably arranged in rows and in particular offset in the direction of flow, as a result of which the turbulence of the flow can advantageously be increased.

Gemäß einer Ausführungsform ist an einem Ende des Hülsenelements ein Einlass ausgebildet und am diagonal gegenüberliegenden Ende des Hülsenelement ein Auslass. Das Hülsenelement wird mit Vorteil entlang seiner Länge oder Längsachse durchströmt. Zur Fluidverteilung umfasst die Hohlstruktur gemäß einer Ausführungsform zwei endseitig ausgebildete, sich umfänglich erstreckende Kühlkanäle, welche mit den zuvor genannten geraden Kühlkanälen fluidleitend verbunden sind.According to one embodiment, an inlet is formed at one end of the sleeve member and an outlet at the diagonally opposite end of the sleeve member. Flow through the sleeve element is advantageous along its length or longitudinal axis. For fluid distribution, according to one embodiment, the hollow structure comprises two cooling ducts formed at the end and extending circumferentially, which are connected in a fluid-conducting manner to the aforementioned straight cooling ducts.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verstärkungsstruktur durch zumindest ein gewinde-, schraub- oder spiralförmiges Verstärkungselement gebildet.According to one embodiment, the reinforcement structure is formed by at least one threaded, helical or spiral-shaped reinforcement element.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verstärkungsstruktur durch eine Vielzahl von pin-, zapfen- und/oder stegförmigen Verstärkungselementen gebildet. Diese Ausgestaltung hat sich hinsichtlich der damit erzielbaren (Strömung-)Turbulenzen als besonders vorteilhaft erwiesen.According to one embodiment, the reinforcement structure is formed by a multiplicity of pin-, peg- and/or bar-shaped reinforcement elements. This configuration has proven to be particularly advantageous with regard to the (flow) turbulence that can be achieved with it.

Bevorzugt umfasst die Verstärkungsstruktur Bereiche mit stegförmigen Verstärkungselementen, wobei die Verstärkungselemente gerade oder auch gebogen ausgebildet sein können. Sie dienen insbesondere dazu, eine Strömungsrichtung für ein Fluid festzulegen. Zusätzlich sind bevorzugt Bereiche mit pin-, punkt- oder zapfenförmigen Verstärkungselementen vorgesehen, über welche eine Turbulenz in der Strömung erzeugt werden kann.The reinforcement structure preferably includes areas with web-shaped reinforcement elements, it being possible for the reinforcement elements to be straight or bent. In particular, they serve to define a direction of flow for a fluid. In addition, areas with pin, point or peg-shaped reinforcement elements are preferably provided, via which turbulence can be generated in the flow.

Zweckmäßigerweise weisen die Verstärkungselemente/Verbindungsstege entlang ihrer Längsachse einen strömungsgünstigen runden oder abgerundeten Querschnitt auf.The reinforcing elements/connecting webs expediently have a streamlined, round or rounded cross section along their longitudinal axis.

Gemäß einer Ausführungsform sind in der Hohlstruktur Leitelemente, „Leitbleche“ oder Finnen ausgebildet. Diese Elemente sind dabei mit Vorteil derart ausgelegt/geformt, die Strömung innerhalb der Hohlstruktur zu lenken oder zu leiten, insbesondere beispielsweise vor dem Hintergrund einer möglichst hohen Kühlleistung.According to one embodiment, guide elements, “guide plates” or fins are formed in the hollow structure. These elements are advantageously designed/shaped in such a way that they direct or direct the flow within the hollow structure, in particular, for example, against the background of the highest possible cooling capacity.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verstärkungsstruktur integral durch zumindest eine der Hülsen ausgebildet, vgl. die vorgenannte Ausführungsform, wonach sich die Verstärkungselemente/Verbindungsstege von einer Hülse zur anderen Hülse erstrecken und dort anliegen. Die Verstärkungselement oder Verbindungsstege sind entsprechend als Materialvorsprünge ausgebildet, welche sich von eine Innenwandung der entsprechenden Hülse weg erstrecken.According to one embodiment, the reinforcement structure is formed integrally by at least one of the sleeves, cf. the aforementioned embodiment, according to which the reinforcement elements/connecting webs extend from one sleeve to the other sleeve and abut there. The reinforcement element or connecting webs are designed accordingly as material projections which extend away from an inner wall of the corresponding sleeve.

Alternativ oder zusätzlich ist die Verstärkungsstruktur als separates Element oder Teil ausgebildet und, insbesondere in der Hohlstruktur, angeordnet.Alternatively or additionally, the reinforcement structure is designed as a separate element or part and is arranged, in particular, in the hollow structure.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verstärkungsstruktur kraft- und/oder stoffschlüssig an zumindest einer der Hülsen befestigt. Gemäß einer Ausführungsform ist das Verstärkungselement reibschlüssig, durch Presspassung, durch Schweißen, durch Löten, etc. an einer Innenwandung zumindest einer der Hülsen befestigt.According to one embodiment, the reinforcement structure is attached to at least one of the sleeves in a non-positive and/or material connection. According to one embodiment, the reinforcing element is fastened to an inner wall of at least one of the sleeves with a friction fit, by a press fit, by welding, by soldering, etc.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Hülsenelement zumindest teilweise mittels Umformen erzeugt. Zweckmäßigerweise sind beide Hülsen mittels Umformen erzeugt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verstärkungsstruktur mittels Umformen ausgebildet, insbesondere bevorzugt mittels Rollformen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die innere Hülse derart mittels Rollformen bearbeitet oder umgeformt, dass die Verstärkungsstruktur ausgebildet ist.According to one embodiment, the sleeve element is at least partially produced by means of forming. Both sleeves are expediently produced by means of forming. According to a preferred embodiment, the reinforcement structure is formed by means of forming, particularly preferably by means of roll forming. According to a preferred embodiment, the inner sleeve is processed or formed by means of roll forming in such a way that the reinforcement structure is formed.

Alternativ kann die Verstärkungsstruktur bzw. ein Hülse, umfassend die Verstärkungsstruktur, auch mittels Gießen, beispielsweise im Druckguss, erzeugt werden, was allerdings hinsichtlich der erreichbaren mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeits- und Steifigkeitswerten, gegenüber Umformverfahren Nachteile mit sich bringen kann.Alternatively, the reinforcement structure or a sleeve comprising the reinforcement structure can also be produced by means of casting, for example die-casting, although this can have disadvantages in terms of the achievable mechanical properties, such as strength and rigidity values, compared to the forming process.

Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest eine Hülse als glattes Rohr ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Hülse, insbesondere das vorgenannte Rohr, als Strangpressprofil ausgebildet.According to one embodiment, at least one sleeve is designed as a smooth tube. According to a preferred embodiment, at least one sleeve, in particular the aforementioned tube, is designed as an extruded profile.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verstärkungsstruktur als separates Bauteil ausgebildet, welches zwischen der inneren Hülse und der äußeren Hülse angeordnet und dort befestigt ist.According to one embodiment, the reinforcement structure is designed as a separate component which is arranged between the inner sleeve and the outer sleeve and fastened there.

Gemäß einer Ausführungsform formt eine Vielzahl von Verstärkungselementen die Hohlstruktur. Dies kann durch ein geeignete Geometrie, wie einen Abstand der Verstärkungselemente oder die Wandstärken bzw. durch eine angepasste Materialwahl der Verstärkungselemente erfolgen. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei dem oder den Verstärkungselementen um ein separat ausgebildetes Bauteil handelt.According to one embodiment, a plurality of reinforcement elements form the hollow structure. This can be done by a suitable geometry, such as a spacing of the reinforcement elements or the wall thicknesses or by an adapted choice of material for the reinforcement elements. This applies in particular when the reinforcing element or elements is a separately formed component.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Werkstoff des Gehäuses Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Werkstoff des Hülsenelements mit Vorteil insbesondere ein porenloses Material, insbesondere ein Metallwerkstoff, wie Aluminium oder eine Aluminiumlegierung.According to a preferred embodiment, a material of the housing is aluminum or an aluminum alloy. According to a preferred embodiment, a material of the sleeve element is advantageously in particular a non-porous material, in particular a metal material such as aluminum or an aluminum alloy.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Hülsenelement aus einem Edelstahl gebildet. Dieser Werkstoff ist korrosionsbeständig und kann sich bei entsprechender Materialwahl durch seine hohe Festigkeit und Steifigkeit auszeichnen. Dementsprechend können geringe Wandstärken realisiert werden, was unter anderem ggf. aus Bauraumgründen vorteilhaft sein kann.According to one embodiment, the sleeve element is made of stainless steel. This material is corrosion-resistant and can be characterized by its high strength and rigidity if the right choice of material is made. Accordingly, small wall thicknesses can be realized, which can be advantageous, among other things, if necessary, for reasons of installation space.

Gemäß einer Ausführungsform sind die innere und die äußere Hülse aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet, wobei das separat ausgebildete Verstärkungselement aus einem dazu unterschiedlichem Material ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise ist ein Werkstoff gewählt, welcher eine hohe Festigkeit bereitstellt. Bevorzugte Materialien sind Edelstähle oder Verbundmaterialien, umfassend zumindest zwei unterschiedliche Werkstoffe. Das Verbundmaterial kann ein Faser- oder Schichtverbundwerkstoff sein.According to one embodiment, the inner and outer sleeves are formed from an aluminum material, with the separately formed reinforcement element being formed from a different material. A material is expediently selected which provides high strength. Preferred materials are stainless steels or composite materials comprising at least two different materials. The composite material can be a fiber or layered composite material.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hülsen form- und kraftschlüssig aneinander befestigt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hülsen reibschlüssig aneinander befestigt. Zweckmäßigerweise sind die Hülsen über eine Presspassung aneinander befestigt.According to a preferred embodiment, the sleeves are fastened to one another in a positive and non-positive manner. According to a preferred embodiment, the sleeves are frictionally attached to one another. The sleeves are expediently fastened to one another via an interference fit.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hülsen stirnseitig dicht gefügt. Insbesondere sind die Hülsen gemäß einer Ausführungsform stirnseitig verschweißt. According to a preferred embodiment, the sleeves are tightly joined at the front. In particular, according to one embodiment, the sleeves are welded at the front.

Gemäß einer Ausführungsform weist eine Umfangsfläche der äußeren Hülse zumindest bereichs- oder abschnittsweise eine Haftstruktur auf, welche ausgelegt ist, einen Formschluss mit dem Gehäuse bereitzustellen bzw. zu optimieren. Gemäß einer Ausführungsform ist die Haftstruktur chemisch und/oder mechanisch erzeugt. Die Haftstruktur weist zweckmäßigerweise kleinste Erhebungen/Vertiefungen auf, um ein Verkrallen oder Verklammern mit dem Material des Gehäuses während der Herstellung zu ermöglichen. Insbesondere wird dadurch ein Mikroformschluss geschaffen, welcher die, insbesondere drehfeste, Anordnung des Stators optimiert und damit eine bestmögliche Drehmomentabstützung ermöglicht. Auch die Kontaktfläche, welche am Stator anliegt, kann eine derartige Haftstruktur aufweisen.According to one embodiment, a circumferential surface of the outer sleeve has an adhesive structure, at least in certain areas or sections, which is designed to provide or optimize a form fit with the housing. According to one embodiment, the adhesive structure is produced chemically and/or mechanically. The adhesive structure expediently has the smallest elevations/depressions in order to enable clawing or clamping with the material of the housing during production. In particular, this creates a micro form fit, which optimizes the arrangement of the stator, which is in particular non-rotatable, and thus enables the best possible torque support. The contact surface that is in contact with the stator can also have such an adhesive structure.

Die Erfindung richtet sich auch auf ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest eine erfindungsgemäße elektrische Maschine. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Landfahrzeug, insbesondere um ein Kraftrad, einen Personenkraftwagen oder auch um ein Nutzfahrzeug. Zweckmäßigerweise ist die elektrische Maschine, wobei auch mehrere vorgesehen sein können, als Traktions- bzw. Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als teil- oder vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug ausgebildet.The invention also relates to a motor vehicle comprising at least one electric machine according to the invention. The motor vehicle is in particular a land vehicle, in particular a motorcycle, a passenger car or a commercial vehicle. The electrical machine is expediently designed as a traction machine or drive machine of the motor vehicle, although several can also be provided de. The motor vehicle is preferably designed as a partially or fully electrically driven vehicle.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von elektrischen Maschinen bzw. darin angeordneten Hülsenelementen mit Bezug auf die beigefügten Figuren.Further advantages and features result from the following description of embodiments of electrical machines or sleeve elements arranged therein with reference to the attached figures.

Es zeigen:

1: eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer elektrischen Maschine (teilweise Darstellung);
2: eine Detailansicht einer Ausführungsform eines Hülsenelements in einer Schnittansicht;
3: eine Detailansicht einer inneren Hülse in einer schematischen Darstellung.

Show it:

1 1: a schematic sectional view of an embodiment of an electrical machine (partial representation);
2 1: a detailed view of an embodiment of a sleeve element in a sectional view;
3 : a detailed view of an inner sleeve in a schematic representation.

1 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Schnitt durch eine elektrische Maschine, wobei ein Gehäuse 10 zu erkennen ist, in welchem entlang einer Längsachse L ein Hülsenelement 20 angeordnet ist. Insbesondere ist das Hülsenelement 20, da das Gehäuse 10 zweckmäßigerweise im Druckguss erzeugt ist, eingegossen. Bei dem Hülsenelement 20 handelt es sich also mit Vorteil um ein Einlegeelement, welches bereits bei der Herstellung des Gehäuses 10 in die entsprechende Werkzeugform eingelegt wird. Auf eine entsprechende (Nach-)Bearbeitung des Gehäuses 10 im Bereich des Hülsenelements 20 zur Anordnung eines hier nicht gezeigten Stators kann mit Vorteil verzichtet werden. Die Anordnung des Stators am Hülsenelement 20 erfolgt an einer zylindrischen Kontaktfläche 26. Das Hülsenelement 20 ist mehrteilig, vorliegend insbesondere zweiteilig, ausgebildet und umfasst eine innere Hülse 21, an welcher über die Kontaktfläche 26 der Stator angeordnet werden kann sowie eine äußere Hülse 22, welche großflächig in Kontakt mit dem Gehäuse 10 steht. Die beiden Hülsen 21 und 22 formen zusammen eine Hohlstruktur 30, welche in der hier gezeigten Ausführungsform eine Vielzahl von entsprechenden Kammern aufweist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Hohlstruktur 30 als Kanal- oder Kammerstruktur ausgebildet. Nicht dargestellt ist vorliegend, dass die Hohlstruktur 30 über zumindest einen Ein- und/oder Auslass verfügt, sodass ein Fluid, insbesondere ein Kühlfluid, beispielsweise Wasser, zur Kühlung ein- und ausgeleitet werden kann. Die Hohlstruktur 30 wird durch eine Verstärkungsstruktur geformt, welche über einer Vielzahl von Verstärkungselementen 40, in Form von beispielsweise Stegen oder Zapfen, gebildet oder geformt wird. Diese ermöglichen eine radiale Abstützung der beiden Hülsen 21 und 22 zueinander, was insbesondere die Eignung eines derartigen Hülsenelements 20 zur Verwendung in einem Druckgussbauteil verbessert. Die äußere Hülse 22 ist vorliegend als glattes Rohr ausgebildet. Die Struktur bzw. die Form der Hohlstruktur 30 wird vorliegend durch die innere Hülse 21 bereitgestellt. Eine derartige Ausgestaltung - bzw. ebenfalls die umgekehrte Konfiguration - ist besonders wirtschaftlich und kostengünstig umzusetzen. 1 shows a schematic view of a section through an electrical machine, wherein a housing 10 can be seen, in which a sleeve element 20 is arranged along a longitudinal axis L. In particular, the sleeve element 20 is cast in since the housing 10 is expediently produced by die casting. The sleeve element 20 is therefore advantageously an insert element which is already inserted into the corresponding mold during the manufacture of the housing 10 . Corresponding (post-)processing of the housing 10 in the region of the sleeve element 20 for arranging a stator (not shown here) can advantageously be dispensed with. The stator is arranged on the sleeve element 20 on a cylindrical contact surface 26. The sleeve element 20 is in several parts, in this case in particular in two parts, and comprises an inner sleeve 21 on which the stator can be arranged via the contact surface 26 and an outer sleeve 22 which is in contact with the housing 10 over a large area. The two sleeves 21 and 22 together form a hollow structure 30 which, in the embodiment shown here, has a multiplicity of corresponding chambers. According to one embodiment, the hollow structure 30 is designed as a channel or chamber structure. What is not shown here is that the hollow structure 30 has at least one inlet and/or outlet, so that a fluid, in particular a cooling fluid, for example water, can be fed in and out for cooling. The hollow structure 30 is formed by a reinforcement structure which is formed or molded over a plurality of reinforcement members 40 in the form of, for example, ridges or tenons. These enable the two sleeves 21 and 22 to be supported radially relative to one another, which in particular improves the suitability of such a sleeve element 20 for use in a die-cast component. In the present case, the outer sleeve 22 is designed as a smooth tube. In the present case, the structure or the shape of the hollow structure 30 is provided by the inner sleeve 21 . Such an embodiment - or also the reverse configuration - is particularly economical and inexpensive to implement.

2 zeigt eine Detailansicht eines Hülsenelements 20 im Schnitt, wobei eine innere Hülse 21 und eine äußere Hülse 22 erkennbar sind. Die innere Hülse 21 weist die aus der 1 bekannte Kontaktfläche 26 zur Anordnung eines Stators auf. Vorliegend ist die innere Hülse 21 eben ausgebildet. Eine Hohlstruktur 30 wird durch die Form bzw. Ausgestaltung der äußeren Hülse 22 bereitgestellt. Die äußere Hülse 22 weist eine äußere Umfangsfläche 24 auf, über welche die Anordnung bzw. der Kontakt zum Gehäuse 10 bereitgestellt wird. Zweckmäßigerweise ist diese zumindest bereichs- oder abschnittsweise mit einer Haftstruktur versehen, welche insbesondere ausgelegt ist, einen Mikroformschluss mit dem Gehäusematerial zu ermöglichen. Auch die Kontaktfläche 26 kann eine derartige Haftstruktur aufweisen. In der hier gezeigten Ausführungsform ist eine Verstärkungsstruktur, umfassend eine Vielzahl von Verstärkungselementen 40, integral durch die äußere Hülse 22 gebildet bzw. ausgeformt. Alternativ oder zusätzlich kann eine derartige Verstärkungsstruktur auch nachträglich angeordnet werden 2 shows a detailed view of a sleeve element 20 in section, with an inner sleeve 21 and an outer sleeve 22 being visible. The inner sleeve 21 has from the 1 known contact surface 26 for arranging a stator. In the present case, the inner sleeve 21 is flat. A hollow structure 30 is provided by the shape or configuration of the outer sleeve 22 . Outer sleeve 22 has an outer peripheral surface 24 through which placement or contact with housing 10 is provided. This is expediently provided with an adhesive structure, at least in certain areas or sections, which is designed in particular to enable a micro form fit with the housing material. The contact surface 26 can also have such an adhesive structure. In the embodiment shown here, a reinforcement structure comprising a plurality of reinforcement elements 40 is formed integrally through the outer sleeve 22 . Alternatively or additionally, such a reinforcement structure can also be arranged subsequently

3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform einer inneren Hülse 21, wobei in der linken Bildhälfte die innere Hülse 21 als Ganzes schematisch dargestellt ist. In der rechten Bildhälfte ist vergrößert der Teil herausgestellt, welcher links mit dem Kreis skizziert ist. Die Hülse 21 weist einen Einlass 28 auf, welcher zur Einleitung eines Fluids, wie beispielsweise Kühlwasser, ausgelegt ist. Die Hülse 21, wie vorliegend skizziert, umfasst eine Vielzahl von Verstärkungselementen 40, wobei diese bereichsweise unterschiedlich ausgebildet sind. Es gibt stegförmige mittellange Verstärkungselemente 40, stegförmige längere Verstärkungselemente 40 und pin- oder zapfenförmige Verstärkungselemente 40. Während die länglichen Verstärkungselemente 40 im Wesentlichen die Funktion haben, die Strömungsrichtung des Fluids vorzugeben, vgl. die Bezugszeichen S, sorgen die pin- oder zapfenförmigen Verstärkungselemente 40 bevorzugt für eine Verwirbelung der Strömung bzw. für Turbulenzen innerhalb der Strömung, welche hinsichtlich des Wärmetransports vorteilhaft sind. Die gegenüberliegende, hier nicht explizit dargestellte Seite der inneren Hülse 21 kann analog ausgebildet sind. Alternativ kann der Auslass auch in einer äußeren Hülse ausgebildet sind. Die äußere Hülse ist bevorzugt rohrförmig ausgebildet. Sie muss keine komplizierte Geometrie aufweisen. Die Geometrie der inneren Hülse 21 ist beispielsweise mittels Umformen, insbesondere Rollformen, ausgebildet. 3 shows a schematic representation of an embodiment of an inner sleeve 21, the inner sleeve 21 being shown schematically as a whole in the left half of the figure. In the right half of the picture, the part that is sketched with the circle on the left is shown enlarged. The sleeve 21 has an inlet 28 which is designed for introducing a fluid, such as cooling water. The sleeve 21, as outlined here, comprises a multiplicity of reinforcement elements 40, these being designed differently in certain areas. There are web-shaped, medium-length reinforcement elements 40, web-shaped, longer reinforcement elements 40 and pin- or peg-shaped reinforcement elements 40. While the elongated reinforcement elements 40 essentially have the function of specifying the direction of flow of the fluid, cf. the reference symbol S, the pin- or peg-shaped reinforcement elements 40 provide preferably for a turbulence of the flow or for turbulence within the flow, which are advantageous in terms of heat transport. The opposite side of the inner sleeve 21, which is not explicitly shown here, can be designed analogously. Alternatively, the outlet can also be formed in an outer sleeve. The outer sleeve is preferably tubular. It does not have to have a complicated geometry. The geometry of the inner sleeve 21 is formed, for example, by means of forming, in particular roll forming.

BezugszeichenlisteReference List

1010: GehäuseHousing
2020: Hülsenelementsleeve element
2121: innere Hülseinner sleeve
2222: äußere Hülseouter sleeve
2424: Umfangsflächeperipheral surface
2626: Kontaktflächecontact surface
2828: Einlassinlet
3030: Hohlstrukturhollow structure
4040: Verstärkungselementreinforcement element
LL: Längsachselongitudinal axis
SS: Strömungsrichtungflow direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102014217434 A1 [0002]

Claims

electrical machine, comprising a housing (10), wherein a multi-part sleeve element (20) extending along a longitudinal axis (L) is cast into the housing (10), wherein the sleeve element (20) has an outer sleeve (22) via which the arrangement on or in the housing (10) takes place, and the sleeve member (20) having an inner sleeve (21) adapted to accommodate a stator, and the two sleeves (21, 22) forming a hollow structure (30) for a fluid.

Electric machine after claim 1 , wherein the hollow structure (30) is designed as a channel or chamber structure.

Electric machine after claim 1 or 2 , wherein the housing (10) is a die-cast component.

Electrical machine according to one of the preceding claims, in which the hollow structure (30) is formed by a reinforcing structure which provides radial support for the sleeves (21, 22) relative to one another.

Electric machine according to one of Claims 4 , wherein the reinforcement structure is formed by a multiplicity of pin-, peg- and/or bar-shaped reinforcement elements (40).

Electric machine according to one of Claims 4 - 5 wherein the reinforcing structure is integrally formed by at least one of the sleeves (21, 22).

Electric machine according to one of Claims 4 - 6 , wherein the reinforcement structure is designed and arranged as a separate element.

Electric machine according to one of Claims 4 - 7 , wherein the reinforcement structure is fixed to at least one of the sleeves (21, 22) in a force-fitting and/or material-locking manner.

Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the sleeve element (20) is produced at least partially by means of forming.

Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein at least one sleeve (21, 22) is designed as a smooth tube.

Electrical machine according to one of the preceding claims, in which the sleeves (21, 22) are fastened to one another in a positive and non-positive manner.

Electrical machine according to one of the preceding claims, in which the sleeves (21, 22) are welded at the front.

Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein a peripheral surface (26) of the outer sleeve (22) at least in regions or sections has an adhesive structure which is designed to provide a form fit with the housing.

Motor vehicle comprising at least one electrical machine according to one of the preceding claims.