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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, etwa eine Asynchronmaschine oder eine Synchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, das eine effiziente und zuverlässige Kühlung ermöglicht.
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Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Die elektrische Maschine kann einen Kühlmantel aufweisen, durch den zur Kühlung, insbesondere zur Kühlung des Stators der elektrischen Maschine und/oder zur Kühlung von ein oder mehreren anderen Komponenten des Antriebsstrangs des Fahrzeugs, ein Kühlmittel (z.B. Wasser) geleitet wird.
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Die Bereitstellung eines Kühlmantels ist mit einem relativ hohen Herstellungsaufwand verbunden (z.B. zur Herstellung eines doppelwandigen Gehäuses unter Verwendung von Sandkernen). Ferner ist der Kühlmantel relativ weit von den Statorwicklungen entfernt und ermöglicht daher nur eine relativ niedrige Kühleffizienz.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Gehäuse für eine elektrische Maschine bereitzustellen, das eine effiziente Kühlung ermöglicht und das in kosteneffizienter Weise hergestellt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch jeden einzelnen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Gehäuse für eine elektrische Maschine beschrieben. Das Gehäuse ist ausgebildet, den Stator und den Rotor der elektrischen Maschine (zumindest entlang der Mantelfläche) zu umschließen. Der Rotor der elektrischen Maschine, insbesondere die Welle des Rotors, kann ausgebildet sein, sich um eine Längsachse zu drehen. Alternativ oder ergänzend kann das Gehäuse ausgebildet sein, ein oder mehrere weitere Komponenten (zumindest teilweise) zu umschließen, wie z.B. einen Umrichter und/oder ein Getriebe. Das Gehäuse kann z.B. als Zentralgehäuse ausgebildet sein, das ein oder mehrere weitere Komponenten des Antriebsstrangs eines Fahrzeugs umschließt.
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So kann der Integrationsgrad des Antriebsstrangs und der Kühlung des Antriebsstrangs weiter erhöht werden.
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Das Gehäuse umfasst ein erstes Gehäuseteil, das ausgebildet ist, den Stator der elektrischen Maschine (und ggf. ein oder mehrere weitere Komponenten des Antriebsstrangs eines Fahrzeugs) zu umschließen. Das erste Gehäuseteil kann eine kreiszylindrische Form aufweisen, wobei die Längsachse des Rotors die Höhenachse des kreiszylinderförmigen ersten Gehäuseteils bildet (und somit der Längsachse des Gehäuses entspricht). Insbesondere kann das erste Gehäuseteil eine die Längsachse umschließende (kreis-) zylinderförmige Seitenwand aufweisen, die sich von einer ersten Stirnfläche bis zu einer zweiten Stirnfläche des ersten Gehäuseteils erstreckt. Das erste Gehäuseteil kann aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium, bestehen.
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Das Gehäuse umfasst ferner ein zweites Gehäuseteil, das ausgebildet ist, das erste Gehäuseteil derart zu umschließen, dass zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil ein ringförmiger Hohlraum gebildet wird. Das zweite Gehäuseteil kann ebenfalls eine die Längsachse umschließende (kreis-) zylinderförmige Seitenwand aufweisen, die sich von der ersten Stirnfläche bis zu der zweiten Stirnfläche des zweiten Gehäuseteils erstreckt. Das zweite Gehäuseteil kann aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium, bestehen. Der Hohlraum kann insbesondere durch die (von der Längsachse weg orientierte) Außenfläche der Seitenwand des ersten Gehäuseteils und durch die (zu der Längsachse hin orientierte) Innenfläche der Seitenwand des zweiten Gehäuseteils begrenzt sein. Der Hohlraum kann somit die Längsachse umschließen und sich von der ersten Stirnfläche bis zu der zweiten Stirnfläche des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils erstrecken.
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Die Innenfläche der Seitenwand des zweiten Gehäuseteils ist somit bevorzugt (kreis-) zylinderförmig, Andererseits kann die Außenfläche des zweiten Gehäuseteils eine davon abweichende Form aufweisen, z.B. um ein oder mehrere Schnittstellen zu der Karosserie eines Fahrzeugs (etwa zur Befestigung des Gehäuses an der Karosserie) und/oder zu ein oder mehreren weiteren Komponenten des Antriebsstrangs des Fahrzeugs bereitzustellen.
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Mit anderen Worten, das zweite Gehäuseteil kann eine Seitenwand umfassen, die eine kreiszylinderförmige Innenfläche aufweist, die dem ringförmigen Hohlraum zugewandt ist. Andererseits kann die Seitenwand des zweiten Gehäuseteils eine von dem Hohlraum abgewandte Außenfläche aufweisen (mit einer anderweitigen Form und/oder Kontur), die ausgebildet ist, eine mechanische Schnittstelle zu einer weiteren Komponente eines Fahrzeugs bereitzustellen.
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Des Weiteren umfasst das Gehäuse einen spiralförmigen Körper, der in dem ringförmigen Hohlraum angeordnet ist. In einem bevorzugten Beispiel umfasst, insbesondere ist, der spiralförmige Körper einen spiralförmigen Federkörper, insbesondere eine Spiralfeder. Der spiralförmige Körper kann ein drahtförmiges (metallisches) Element umfassen, das spiralförmig um die Längsachse des Gehäuses (bzw. des Rotors) innerhalb des ringförmigen Hohlraums angeordnet ist. Dabei kann sich das drahtförmige Element von der ersten Stirnfläche bis zu der zweiten Stirnfläche des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils erstrecken.
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Der spiralförmige Körper ist ausgebildet, in dem ringförmigen Hohlraum einen spiralförmigen Kühlmittelkanal für Kühlmittel (insbesondere für ein Kühlfluid, etwa Wasser) zur Kühlung des Stators der elektrischen Maschine (und/oder zur Kühlung von ein oder mehreren weiteren Komponenten) zu bilden. Zu diesem Zweck kann der spiralförmige Körper mehrere Windungen des drahtförmigen Elements um die Längsachse aufweisen und sich von der ersten Stirnfläche bis zu der zweiten Stirnfläche erstrecken.
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Es wird somit ein mehr-, insbesondere doppel-, wandiges Gehäuse für eine elektrische Maschine beschrieben, das in effizienter Weise hergestellt werden kann, und das eine erhöhte Kühleffizienz aufweist.
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Das zweite Gehäuseteil kann einen, der ersten Stirnfläche zugewandten, ersten Zugang und einen, der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche zugewandten, zweiten Zugang aufweisen. Insbesondere kann der erste Zugang an einem Ende der Seitenwand des zweiten Gehäuseteils angeordnet sein, der der ersten Stirnfläche zugewandt ist. Der zweite Zugang kann an einem Ende der Seitenwand des zweiten Gehäuseteils angeordnet sein, der der zweiten Stirnfläche zugewandt ist. Der erste Zugang und der zweite Zugang können ausgebildet sein, Kühlmittel von außerhalb des Gehäuses in den spiralförmigen Kühlmittelkanal hinein oder aus dem spiralförmigen Kühlmittelkanal heraus zu leiten. Der erste Zugang kann dabei an einem ersten Ende und der zweite Zugang kann an einem zweiten Ende des spiralförmigen Kühlmittelkanals angeordnet sein.
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Das Gehäuse kann jeweils einen Anschlussstutzen, insbesondere einen Anschlussstutzen mit Dichtung, an dem ersten Zugang und an dem zweiten Zugang zum Anschluss einer (externen) Kühlmittelleitung aufweisen.
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Durch die Bereitstellung von Kühlmittel-Zugängen (ggf. mit Anschlussstutzen) kann eine besonders effiziente Einbindung des Gehäuses in einen Kühlmittelkreislauf bewirkt werden.
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Das drahtförmige Element des spiralförmigen Körpers kann die dem ringförmigen Hohlraum zugewandte Außenfläche der Seitenwand des ersten Gehäuseteils und/oder die dem ringförmigen Hohlraum zugewandte Innenfläche der Gehäusewand des zweiten Gehäuseteils, insbesondere entlang der Gesamtlänge des drahtförmigen Elements, berühren. So kann in zuverlässiger Weise bewirkt werden, dass ein Großteil des Kühlmittels (insbesondere 80% oder mehr des Kühlmittels) innerhalb des spiralförmigen Kühlmittelkanals geführt wird, um eine möglichst hohe Kühleffizienz zu erreichen. Ferner kann so eine besonders große (mit Kühlmittel) benetzte Fläche bewirkt werden (z.B. im Vergleich zu einem doppelwandigen Gehäuse mit Kühlmittelkanälen, die entlang der Längsachse verlaufen).
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Das erste Gehäuseteil, der spiralförmige Körper und/oder das zweite Gehäuseteil sind bevorzugt zur Ableitung von thermischer Energie von dem Stator (und/oder von ein oder mehreren weiteren Komponenten) ausgebildet. Zu diesem Zweck können die Außenfläche der Seitenwand des ersten Gehäuseteils, das drahtförmige Element und/oder die Innenfläche der Seitenwand des zweiten Gehäuseteils jeweils eine Beschichtung aufweisen, durch die die thermische Leitfähigkeit an den Übergängen zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem spiralförmigen Körper bzw. zwischen dem spiralförmigen Körper und dem zweiten Gehäuseteil reduziert wird. So kann die Kühleffizienz des Gehäuses weiter erhöht werden.
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Das Gehäuse kann derart ausgebildet sein, dass in einem (ersten) Herstellungsschritt der spiralförmige Körper auf das erste Gehäuseteil aufgebracht, insbesondere aufgeschoben, werden kann, und dass in einem nachfolgenden Herstellungsschritt das zweite Gehäuseteil auf den spiralförmigen Körper aufgebracht, insbesondere aufgeschoben, werden kann. So kann eine besonders effiziente Herstellung des Gehäuses ermöglicht werden.
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Das Gehäuse kann derart ausgebildet sein, dass der spiralförmige Körper innerhalb des ringförmigen Hohlraums fixiert ist, wenn die Stirnflächen des ringförmigen Hohlraums (d.h. des ersten Gehäuseteils und/oder des zweiten Gehäuseteils) mit ein oder mehreren Stirnflächenteilen bedeckt sind. Zu diesem Zweck können die ein oder mehreren Stirnflächenteile jeweils ein Mittel, insbesondere eine Vertiefung, zur Fixierung des jeweiligen Endes des spiralförmigen Körpers umfassen. Alternativ oder ergänzend kann der spiralförmige Körper ausgebildet sein, eine senkrecht auf die ein oder mehreren Stirnflächenteile wirkende Kraft (insbesondere eine Federkraft) auszuüben, durch die der spiralförmige Körper fixiert wird. Durch die Fixierung des spiralförmigen Körpers kann die Zuverlässigkeit der Kühlung des Stators (und/oder von ein oder mehreren weiteren Komponenten des Antriebsstrangs) weiter erhöht werden.
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Das erste Gehäuseteil kann an der zweiten Stirnfläche eine ringförmige Anlagefläche zur Anlage des spiralförmigen Körpers und/oder des zweiten Gehäuseteils umfassen. So kann eine besonders effiziente Herstellung des Gehäuses ermöglicht werden. Das zweite Gehäuseteil kann dann mit der ringförmigen Anlagefläche des ersten Gehäuseteils verbunden, insbesondere verschraubt, werden, um das Gehäuse herzustellen.
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Des Weiteren kann das Gehäuse ein erstes Stirnflächenteil umfassen, das ausgebildet ist, die erste Stirnfläche des zweiten Gehäuseteils zu bedecken, und/oder ein zweites Stirnflächenteil umfassen, das ausgebildet ist, die zweite Stirnfläche des zweiten Gehäuseteils zu bedecken. Die Stirnflächenteile können senkrecht zu der Längsachse des Gehäuses bzw. des Rotors angeordnet sein. Die Stirnflächenteile können an dem ersten und/oder dem zweiten Gehäuseteil fixiert, insbesondere angeschraubt, sein. In einem bevorzugten Beispiel ist das zweite Stirnflächenteil integraler Bestandteil des ersten Gehäuseteils. Mit anderen Worten, das zweite Stirnflächenteil kann fest mit dem ersten Gehäuseteil verbunden sein und/oder ein Bestandteil des ersten Gehäuseteils sein. Die Anlagefläche des ersten Gehäuseteils kann dann von dem zweiten Stirnflächenteil gebildet werden. So kann die zweite Stirnfläche des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils in besonders effizienter Weise bedeckt werden.
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Es kann somit an den Stirnflächen des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils jeweils ein Gehäuseteil angeordnet sein bzw. auf die Stirnflächen des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils jeweils ein Gehäuseteil aufgebracht werden (wobei diese Gehäuseteile in diesem Dokument als Stirnflächenteile bezeichnet werden). So kann in effizienter Weise ein geschlossenes Gehäuse für eine elektrische Maschine hergestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine, insbesondere eine Asynchronmaschine oder eine Synchronmaschine, beschrieben, die das in diesem Dokument beschriebenen Gehäuse umfasst. Die elektrische Maschine umfasst ferner einen Stator und einen Rotor. Des Weiteren kann die elektrische Maschine eine Kühlvorrichtung (z.B. eine Pumpe für Kühlmittel) umfassen, die ausgebildet ist, Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal des Gehäuses der elektrischen Maschine zu pumpen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines mehrwandigen Gehäuses für eine elektrische Maschine beschrieben. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines ersten Gehäuseteils, das ausgebildet ist, einen Stator der elektrischen Maschine (und/oder ein oder mehrere weitere Komponenten des Antriebsstrangs eines Fahrzeugs) zu umschließen. Das Verfahren umfasst ferner das Aufbringen eines spiralförmigen Körpers auf eine Seitenwand des ersten Gehäuseteils. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Aufbringen eines zweiten Gehäuseteils auf den spiralförmigen Körper, sodass zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil ein ringförmiger Hohlraum gebildet wird, und sodass in dem ringförmigen Hohlraum durch den spiralförmigen Körper ein spiralförmiger Kühlmittelkanal für Kühlmittel zur Kühlung des Stators der elektrischen Maschine gebildet wird.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können j egliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1a eine beispielhafte elektrische Maschine mit einem Kühlmantel;
- 1b ein beispielhaftes Statorblech (in einer Ansicht, bei der die Welle der elektrischen Maschine bzw. die Längsachse des Stators horizontal auf der Bildebene steht);
- 1c einen aus Statorblechen zusammengesetzten Stator (in einer Ansicht, bei der die Welle der elektrischen Maschine bzw. die Längsachse des Stators horizontal innerhalb der Bildebene verläuft);
- 2a bis 2e einen beispielhaften Aufbau eines mehrwandigen Gehäuses für eine elektrische Maschine;
- 3a eine beispielhafte Spiralfeder zum Bilden eines Kühlmittelkanals in einem mehrwandigen Gehäuse;
- 3b einen beispielhaften Anschlussstutzen für den Kühlmittelkanal;
- 3c und 3d unterschiedliche Ansichten eines beispielhaften Stirnflächenteils für das Gehäuse einer elektrischen Maschine;
- 4a und 4b eine beispielhafte Seitenansicht eines mehrwandigen Gehäuses einer elektrischen Maschine; und
- 5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines mehrwandigen Gehäuses für eine elektrische Maschine.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten Kühlung einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Asynchronmaschine oder einer Synchronmaschine. In diesem Zusammenhang zeigt 1a eine beispielhafte elektrische Maschine 100 in einer Ansicht senkrecht auf die Welle 101 der elektrischen Maschine 100 bzw. senkrecht auf die Längsachse des Stators 110 bzw. des Rotors 120 der elektrischen Maschine 100 (die entlang der z-Achse des dargestellten kartesischen Koordinatensystems verlaufen). Die elektrische Maschine 100 umfasst einen Stator 110 mit mehreren Statorwicklungen 111, die radial um die Welle 101 der elektrischen Maschine 100 angeordnet sind, und die eingerichtet sind, ein elektromagnetisches Drehfeld zu erzeugen. Der Stator 110 ist von einem Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 umgeben.
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Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine 100 einen Rotor 120, der durch das von dem Stator 110 bewirkte Drehfeld angetrieben wird. Der Rotor 120 ist fest mit der von der elektrischen Maschine 100 angetriebenen Welle 101 verbunden. Der Rotor 120 umfasst einen Rotorkörper 122, der von einem Kurzschlusskäfig 121 umgeben wird. Der Rotorkörper 122 kann aus einzelnen Eisenblechen bestehen. Der Kurzschlusskäfig 121 weist typischerweise eine Vielzahl von Nutstäben auf, die in entsprechenden Nuten (nicht dargestellt) des Rotorkörpers 122 eingebettet sind, und die parallel zu und/oder entlang der Welle 101 der elektrischen Maschine 100 verlaufen. Die Nutstäbe sind an beiden Enden bzw. an beiden Stirnflächen des Rotorkörpers 122 über jeweils einen Kurzschlussring (nicht dargestellt) elektrisch leitend miteinander verbunden. Über die Kurzschlussringe werden die einzelnen Nutstäbe elektrisch kurzgeschlossen.
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Der Rotor 120 einer elektrischen Maschine 100 (der auch als Kurzschlussläufer oder Käfigläufer bezeichnet wird) kann somit als Rotorkörper 122 ein Eisenblechpaket (z.B. zusammengesetzt aus gegenseitig isolierten Blechen) mit eingestanzten Nuten aufweisen. Der Kurzschlusskäfig 121 besteht dabei bevorzugt aus Kupfer und/oder Aluminium, um einen möglichst niedrigen elektrischen Widerstand zu bewirken.
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In entsprechender Weise kann auch der Stator 110 aus einzelnen (gegenseitig isolierten) Statorblechen 150 (z.B. Eisenbleche) zusammengesetzt sein (wie beispielhafte in den 1b und 1c dargestellt). Ein Statorblech 150 kann dabei die Form eines Rings aufweisen (der auch als Statorjoch bezeichnet wird), der an der der Mitte des Rings zugewandten Innenseite Stege 151 für entsprechende Statorwicklungen 111 des Stators 110 aufweist. Für jede Statorwicklung 111 kann jeweils ein Steg 151 bereitgestellt werden. Zwischen zwei direkt benachbarten Stegen 151 bzw. Statorwicklungen 111 ergibt sich typischerweise eine Statornut 113 als Freiraum.
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Wie in 1c dargestellt, kann eine Vielzahl von Statorblechen 150 (z.B. 50 oder mehr, oder 100 oder mehr Statorbleche 150) entlang der Längsachse des Stators 110 übereinandergelegt werden, um den Stator 110 zu bilden. Um die einzelnen Stege 151 (bzw. um die dadurch gebildeten Polkerne) können dann die Statorwicklungen 111 angeordnet werden. Durch die aufeinander gelegten Statorbleche 150 wird mittig ein Freiraum 160 für den Rotor 120 gebildet (der in diesem Dokument auch als Rotor-Raum bezeichnet wird).
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Die elektrische Maschine 100 kann zur Kühlung einen Kühlmantel 130 mit Kühlleitungen 131 umfassen, wobei der Kühlmantel 130 zumindest teilweise oder vollständig um den Stator 110 und/oder um das Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 (bzw. um das Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 und ein oder mehreren weiteren Komponenten des Antriebsstrangs eines Fahrzeugs) angeordnet werden kann. Durch den Kühlmantel 130, insbesondere über die einzelnen Kühlleitungen 131, kann ein Kühlmittel (z.B. Wasser) geleitet werden, um die thermische Energie, die beim Betrieb der elektrischen Maschine 100 entsteht, insbesondere thermische Energie von den Statorwicklungen 111, abzuführen.
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Der in 1a dargestellte Kühlmantel 130 ist relativ weit von den zu kühlenden Statorwicklungen 111 entfernt, und weist daher typischerweise nur eine relativ geringe Kühleffizienz auf. Ferner ist die Herstellung eines Kühlmantels 130 meist mit einem relativ hohen Aufwand verbunden.
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Insbesondere ist die Gestaltung eines innenliegenden Gehäusekühlkanals 131 im Rahmen eines Gussverfahrens (z.B. durch die Notwendigkeit des Entfernens des Sandkerns (d.h. des Negativabdrucks des Kühlkanals 131) und der Kernstützen) limitiert. Ferner müssen bei einem mehrteiligen Gehäuse 135 typischerweise die Bereiche des Kühlkanals 131, welche Kontakt zu einem anderen Gehäuseteil aufweisen, mechanisch nachgearbeitet werden, damit sich die Gehäuseteile wie gewünscht fügen lassen. Bei einem (Selective Laser Melting) SLM-Verfahren (z.B. im Rahmen von Rapid-Prototyping) sind typischerweise die Größe der SLM-Anlage limitierend und/oder die relativ hohen Kosten und die relativ lange Zeitdauer des SLM-Prozesses nachteilig und daher für den Serieneinsatz nicht rentabel.
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In den 2a bis 2e, 3a bis 3d, und 4a bis 4b werden unterschiedliche Komponenten eines mehrwandigen, insbesondere doppelwandigen, Gehäuses 135 für eine elektrische Maschine 100 beschrieben, das einen integrierten Kühlmittelkanal zur Kühlung der elektrischen Maschinen 100, insbesondere zur Kühlung der Statorwicklungen 111 aufweist. Das mehrwandige Gehäuse 135 mit der integrierten Gehäusekühlung kann in effizienter Weise hergestellt werden. Ferner kann durch eine integrierte Gehäusekühlung die Kühlung relativ nah bei den Statorwicklungen 111 positioniert werden, wodurch die Kühleffizienz erhöht wird.
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Das in diesem Dokument beschriebene Gehäuse 135 umfasst ein erstes (innenliegendes) Gehäuseteil 210, das ausgebildet ist, den Stator 110 der elektrischen Maschine 100 zu umschließen. Das erste Gehäuseteil 210, insbesondere die Seitenwand 214 des ersten Gehäuseteils 210, kann die Form eines Hohlzylinders mit einem kreisförmigen Profil aufweisen. Die Seitenwand 214 des ersten Gehäuseteils 210 kann an einer ersten Stirnfläche Bohrungen 211 zur Befestigung eines ersten Stirnflächenteils 241 (siehe 3c und 3d) aufweisen. Des Weiteren kann die Seitenwand 214 des ersten Gehäuseteils 210 an einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche eine ringförmige Anlagefläche 212 für ein zweites Gehäuseteil 230 des Gehäuses 135 aufweisen. Die Anlagefläche 212 kann Bohrungen 213 zur Befestigung eines zweiten Gehäuseteils 230 aufweisen (siehe 2d). Zu diesem Zweck kann das zweite Gehäuseteil 230 ebenfalls eine Anlagefläche 232 mit Bohrungen aufweisen.
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Ferner kann an der zweiten Stirnfläche ein Stirnflächenteil 215 angeordnet sein, das eingerichtet ist, die zweite Stirnfläche zu bedecken. Das Stirnflächenteil 215 kann integraler Bestandteil des ersten Gehäuseteils 210 und somit fest mit dem ersten Gehäuseteil 210 verbunden sein. Ferner kann das Stirnflächenteil 215 die Anlagefläche 212 umfassen bzw. bilden.
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Auf die Außenseite der Seitenwand 214 des ersten Gehäuseteils 210 kann eine Spiralfeder 220 aufgebracht, insbesondere aufgeschoben, werden (wie beispielhaft in 2b dargestellt). Die Spiralfeder 220 kann dabei von der ersten Stirnfläche her auf die Seitenwand 214 des ersten Gehäuseteils 210 bis zu der Anlagefläche 212 aufgeschoben werden. Durch die Windungen der Spiralfeder 220 wird ein Kanal 221 für Kühlmittel gebildet, der sich von der ersten Stirnfläche bis zu der zweiten Stirnfläche des ersten Gehäuseteils 210 erstreckt.
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Um das erste Gehäuseteil 210 mit der Spiralfeder 220 kann ein zweite (außenliegendes) Gehäuseteil 230 aufgebracht werden, das ebenfalls eine hohlzylinderförmige Seitenwand aufweist (wie beispielhaft in 2d dargestellt). Das zweite Gehäuseteil 230 kann an der zweiten Stirnfläche einen ringförmigen Steg 232 (d.h. eine ringförmige Anlagefläche) mit Bohrungen 233 zur Befestigung an der Anlagefläche 212 des ersten Gehäuseteils 210 aufweisen.
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Des Weiteren kann das zweite Gehäuseteil 230, insbesondere die Seitenwand des zweiten Gehäuseteils 230, an dem der ersten Stirnfläche zugewandten Ende einen ersten Zugang 235, insbesondere eine erste Bohrung, und an dem der zweiten Stirnfläche zugewandten Ende einen zweiten Zugang 236, insbesondere eine zweite Bohrung, aufweisen. An den Zugängen 235, 236 können jeweils Anschlussstutzen 245 zum Anschluss einer externen Kühlmittelleitung angeordnet werden (siehe 2e). Es kann dann über den ersten Zugang 235 Kühlmittel in den Kühlmittelkanal 221 eingeleitet werden. Das Kühlmittel fließt dann (primär) innerhalb des spiralförmigen Kühlmittelkanals 221 bis zu dem zweiten Zugang 236, an dem das Kühlmittel wieder entnommen werden kann.
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2e zeigt das vollständig montierte Gehäuse 135 mit dem Stirnflächenteil 241, den Anschlussstutzen 245 und dem zweiten Gehäuseteil 230 (das die Spiralfeder 220 und das erste Gehäuseteil 210 verdeckt).
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Die Spiralfeder 220 kann derart ausgebildet sein, dass die Spiralfeder 220 im verbauten Zustand teilweise entlang der Längsachse der Spiralfeder 220 gestaucht ist, und somit eine Kraft gegen das Stirnflächenteil 241 und die Anlagefläche 212 ausübt. So kann in effizienter Weise eine Fixierung der Spiralfeder 220 und somit des spiralförmigen Kühlmittelkanals 221 innerhalb des von dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil 210, 230 gebildeten Hohlraums bewirkt werden. Alternativ oder ergänzend kann an der Anlagefläche 212 und/oder an dem Stirnflächenteil 241 jeweils eine Arretierungsmechanismus (z.B. eine Vertiefung und/oder ein Anschlag) für das jeweilige Ende der Spiralfeder 220 angeordnet sein.
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Die 4a und 4b zeigen in einer Seitenansicht die Anordnung des ersten Gehäuseteils 210, der Spiralfeder 220 und des zweiten Gehäuseteils 230. Dabei zeigt 4b den durch das Rechteck identifizierten Ausschnitt aus 4a.
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Das in diesem Dokument beschriebene mehrteilige Gehäuse 135 weist somit ein erstes Gehäuseteil 210 und ein Außengehäuse 230 auf. Ferner umfasst das Gehäuse 135 mindestens einen spiralförmigen Federkörper 220, welcher einen Kühlmittelkanal 221 darstellt, durch den ein flüssiges und/oder gasförmiges Kühlmittel strömen kann. Dieser Federkörper 220 kann Funktionsflächen aufweisen, die mit dem ersten Gehäuseteil 210 und/oder dem Außengehäuse 230 kontaktiert sind, um ungewünschte Querströmungen des Kühlmittels zu vermeiden. Die Kühlanbindung zwischen dem Federkörper 220 und den Gehäuseteilen 210, 230 kann mittels spezieller Beschichtungen der Gehäuseteile 210, 230 und/oder des Federkörpers 220 verbessert werden. Es kann insbesondere eine Beschichtung mit einer relativ hohen thermischen Leitfähigkeit verwendet werden.
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Zur Ausprägung eines geschlossenen Kühlsystems und zur Erhöhung der Robustheit und/oder der mechanischen Steifigkeit kann das Außengehäuse 230 über den Federkörper 220 gefügt und über Funktionsflächen 241, 212 (d.h. über das erste Stirnflächenteil 214 und über die Anlagefläche 212 des zweiten Gehäuseteils 210) mit dem innenliegenden ersten Gehäuseteil 210 mechanisch verbunden werden. In einem weiteren Schritt können die Kühlanschlussstutzen 245 über das Außengehäuse 230 gefügt und mit diesem mechanisch verbunden werden. In einem weiteren Schritt kann das Stirnflächenteil 241 gefügt und mit dem ersten Gehäuseteil 210 mechanisch verbunden werden. Durch das Fügen des Stirnflächenteils 241 kann der Federkörper 220 gegen die stirnseitigen Anlagefläche 212 des ersten Gehäuseteils 210 axial vorgespannt und somit fixiert werden. Über Dichtflächen (nicht dargestellt) in dem Außengehäuse 230 und den Kühlanschlussstutzen 245 kann der Kühlmittelkanal 221 gegen Kühlmittelaustritt gesichert werden.
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Weitere Funktionen, wie z.B. die Aufnahme des Stators 110, die Lagerung des Rotors 120 und/oder Schnittstellen zu anderen Komponenten des Antriebsstranges oder des Fahrzeugs, können von den Gehäuseteilen 210, 230, 241 selbst oder durch zusätzliche, mit diesen Gehäuseteilen 210, 230, 241 verbundenen Komponenten übernommen werden.
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Das in diesem Dokument beschriebene Gehäuse 135 für eine elektrische Maschine 100 kann in effizienter Weise hergestellt werden und ermöglicht eine effiziente Kühlung. Ferner weist das Gehäuse 135 ein relativ geringes Gewicht auf.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zur Herstellung eines mehrwandigen Gehäuses 135 für eine elektrische Maschine 100. Das Verfahren 500 umfasst das Bereitstellen 501 eines ersten (kreiszylinderförmigen) Gehäuseteils 210, das ausgebildet ist, den Stator 110 der elektrischen Maschine 100 zu umschließen. Durch die (kreiszylinderförmige) Seitenwand 214 des ersten Gehäuseteils 210 kann eine erste Wand des mehrwandingen Gehäuses 135 gebildet werden.
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Das Verfahren 500 umfasst ferner das Aufbringen 502 eines spiralförmigen Körpers 220 (insbesondere eines Federkörpers) auf die Seitenwand 214 des ersten Gehäuseteils 210. Der spiralförmige Körper 220 kann sich dabei von der ersten Stirnfläche des ersten Gehäuseteils 210 bis zu der zweiten Stirnfläche des ersten Gehäuseteils 210 erstrecken.
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Des Weiteren umfasst das Verfahren 500 das Aufbringen 503 eines zweiten (kreiszylinderförmigen) Gehäuseteils 230 auf den spiralförmigen Körper 220, sodass zwischen dem ersten Gehäuseteil 210 und dem zweiten Gehäuseteil 230 ein ringförmiger Hohlraum gebildet wird (der sich von der ersten Stirnfläche bis zu der zweiten Stirnfläche des ersten Gehäuseteils 210 erstreckt), und sodass in dem ringförmigen Hohlraum durch den spiralförmigen Körper 220 ein spiralförmiger Kühlmittelkanal 221 für Kühlmittel zur Kühlung des Stators 110 der elektrischen Maschine 100 gebildet wird. Durch eine (kreiszylinderförmige) Seitenwand des zweiten Gehäuseteils 230 kann eine zweite Wand des mehrwandigen Gehäuses 135 gebildet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme veranschaulichen sollen.
