EP3850732A1 - Elektrische maschine, insbesondere für ein fahrzeug - Google Patents

Elektrische maschine, insbesondere für ein fahrzeug

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EP3850732A1
EP3850732A1 EP19744689.1A EP19744689A EP3850732A1 EP 3850732 A1 EP3850732 A1 EP 3850732A1 EP 19744689 A EP19744689 A EP 19744689A EP 3850732 A1 EP3850732 A1 EP 3850732A1
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EP
European Patent Office
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heat transfer
transfer body
rotor
machine according
housing part
Prior art date
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Pending
Application number
EP19744689.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Sever
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02K5/128—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas using air-gap sleeves or air-gap discs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine, in particular for a vehicle, and a vehicle with such a machine.
  • Such an electrical machine can generally be an electric motor or a generator.
  • the electrical machine can be designed as an external rotor or as an internal rotor.
  • a generic machine for example from US 5,214,325. It comprises a housing which surrounds a housing interior and which has a circumferential circumferential shell of the housing which radially delimits the housing interior, axially on the one hand a rear wall axially delimiting the housing interior and axially on the other hand a front wall axially delimiting the housing interior.
  • a stator of the machine is firmly connected to the jacket.
  • a rotor of the machine is arranged in the stator, a rotor shaft of the rotor being rotatably mounted on the front side wall via a front shaft bearing.
  • the stator of a conventional electrical machine comprises stator windings which are supplied with electrical current during operation of the machine. This also generates heat in the rotor, which must be dissipated to avoid overheating and the associated damage or even destruction of the rotor. Removal of the heat is also necessary in order not to demagnetize the windings or permanent magnets of the rotor due to the temperature being too high.
  • this structure must be designed to be massive in order to be able to absorb the forces generated by the rotor during the rotary movement.
  • a large wall thickness of the structure is therefore required for said structure.
  • this complicates the cooling of the rotor.
  • materials with high thermal conductivity are used. This, however, is associated with considerable costs.
  • an object of the present invention to provide an improved embodiment for an electrical machine in which the above-mentioned disadvantages are largely or even completely eliminated.
  • an improved embodiment for an electrical machine is to be created, which is characterized by improved cooling of the rotor with low manufacturing costs.
  • the basic idea of the invention is accordingly that the rotor of the electrical machine is mounted directly on the two end shields of the housing, that is, on the two to store the interior of the machine axially limiting housing parts.
  • the rotor in the machine according to the invention presented here is connected directly to the two end shields via a bearing device and is mounted on these. This ensures that forces generated by the rotor are introduced directly into the two end shields via the bearing device.
  • a heat transfer body which is arranged to receive waste heat from the stator, between a coolant space provided in the housing - this can be designed as a cooling channel, coolant collector or coolant collector - and the rotor in the interior of the housing to be particularly thin-walled. This causes a high
  • Heat transfer rate through the heat transfer body and thus a particularly high cooling capacity, which can be provided with the help of the heat transfer body for the rotor cooling.
  • material savings achieved with thin-walled heat transfer bodies are accompanied by considerable cost advantages, since materials with a very high thermal conductivity are generally very expensive to procure.
  • An electrical machine in particular for a vehicle, comprises a stator and a rotor which can be rotated about an axis of rotation relative to the stator.
  • An axial direction of the machine is defined by the axis of rotation.
  • the machine comprises a housing which surrounds an interior of the housing.
  • the housing comprises a first and a second housing part, which delimit the housing interior, preferably along the axial direction, and on which the rotor is rotatably mounted by means of a bearing device.
  • the two housing parts can in particular be the axial “end shields” mentioned at the beginning.
  • the bearing device can have two bearing elements, in particular in the form of shaft bearings, a first shaft bearing on the first housing part and a second bearing element on the second housing part, that is to say preferably on a nem second bearing plate, which is axially opposite the first bearing plate, is arranged.
  • a heat transfer body is arranged axially between at least one housing part - ie the first or second housing part - and the rotor. This heat transfer body, together with said housing part, delimits a coolant space, which is preferably designed as a cooling channel, coolant collector space and / or coolant distribution space for a coolant to flow through.
  • a heat transfer structure for transferring waste heat from the rotor to the heat transfer body is present on the heat transfer body in question and on the rotor.
  • the rotor can expediently be mounted directly on the housing parts. This allows the heat transfer structure to be made thin-walled, since no bearing forces are introduced from the rotor into the heat transfer structure.
  • the rotor is particularly preferably not mounted on the housing parts via the heat transfer structure and preferably also not via the heat transfer body (s).
  • This variant also makes it possible to make the heat transfer structure particularly thin-walled, since no bearing forces from the rotor have to be absorbed by the heat transfer structure.
  • a wall thickness of the first or / and second housing part measured in the axial direction is expediently at least twice, preferably at least five times, a wall thickness of the heat transfer body.
  • at least two heat transfer bodies are provided to delimit the coolant space, both of which are formed separately from the two housing parts.
  • a first heat transfer body is arranged axially between the first housing part and the rotor and a second heat transfer body is arranged axially between the rotor and the second housing part.
  • the bearing device comprises a first bearing element and a second bearing element, which are arranged axially at a distance from one another, so that the rotor is arranged axially between the two bearing elements.
  • the axial position of the bearing elements is determined such that less than 35%, preferably less than 10%, of the radial forces absorbed by the bearing elements are passed on to the respective heat transfer body. In this way, overloading of the heat transfer body is avoided.
  • the bearing device comprises a first bearing element, by means of which the rotor is mounted on the first housing part, and a second bearing element, by means of which the rotor is mounted on the second housing part.
  • a distance measured along the axial direction between the first heat transfer body and the first housing part is larger - and is preferably at least twice - as a distance between the first bearing element and the first housing part.
  • a distance measured along the axial direction between the second heat transfer body and the second housing part is larger - and is preferably at least twice - as a distance between the second bearing element and the second housing part.
  • the stator is attached to at least one of the two housing parts.
  • the stator is arranged at a distance from the heat transfer body or only lies loosely on it. In this way it can be avoided that excessive forces are introduced into the heat transfer body, which could lead to damage to the heat transfer body, in particular if the latter is made thin-walled, as proposed here.
  • the heat transfer body is clamped between the stator and the housing part with a pretensioning force which is sufficient to ensure a fluid-tight surface pressure for intermediate sealing elements, in particular in the form of elastomer seals.
  • the heat transfer body and the at least one housing part are preferably formed in two parts. This makes it easier to choose a different material for the housing part, in particular with low thermal conductivity, than for the heat transfer body. This measure also has considerable cost advantages in the manufacture of the electrical machine.
  • the heat transfer body is attached to the at least one housing part.
  • a detachable or non-detachable fastening is conceivable. The latter can in particular be a cohesive connection.
  • the heat transfer structure comprises a plurality of projections which project axially from the rotor to the heat transfer body and which engage in complementary recesses provided on the heat transfer body.
  • the heat transfer structure comprises a plurality of projections projecting axially from the heat transfer body toward the rotor, which engage in recesses provided on the rotor that are complementary thereto. In both alternatives, a large interaction area for the heat transfer from the rotor to the heat transfer body is ensured.
  • the projections can particularly preferably be designed like a comb. Since the complementary recesses in this variant also have a comb-like geometry, a particularly large interaction surface for heat transfer from the rotor to the heat transfer body is achieved in this way.
  • the heat transfer body and the rotor for realizing the heat transfer structure are particularly preferably arranged relative to one another in such a way that in the area of the heat transfer structure there is an axial distance between the heat transfer body and the rotor - this is measured along the axial direction - at most 1 mm, preferably at most 0, Is 5 mm.
  • the air gap formed between the heat transfer body and the rotor has a small gap width, so that effective heat transfer from the rotor to the heat transfer body is ensured.
  • the heat transfer body can be designed as a cooling plate which extends at least in sections transversely to the axial direction, the cooling plate of which extends along the axial direction measured wall thickness is at most 3 mm, preferably at most 1 mm.
  • the projections or recesses resulting in the heat transfer structure are formed or formed on or in this cooling plate along the axial direction.
  • a recess depth or projection height of the recesses or projections forming the heat transfer structure on the heat transfer body is particularly preferably at least three times, preferably at least five times, the wall thickness of the cooling plate.
  • the heat transfer structure has a large interaction area, so that a particularly large amount of heat can be transferred from the rotor to the heat transfer body per unit of time.
  • the cooling plate remains particularly thin-walled.
  • the heat transfer body with the heat transfer structure can be a deep-drawn sheet metal part with a rib structure, the rib structure being produced by a deep-drawing or forming process.
  • At least one housing part has a fastening section to which the heat transfer body is fastened, the bearing device for the rotatable mounting of the rotor also being attached to the fastening section.
  • both housing parts that is to say both the first and the second housing part, have a fastening section designed in this way.
  • the bearing device is not attached to the housing via the heat transfer body, as in conventional electrical machines.
  • the heat transfer body can therefore be made particularly thin-walled.
  • the fastening section can particularly preferably be configured as axially from the housing. seteil be formed inwardly projecting into the housing interior, on the inside of which a bearing element of the bearing device is arranged. Such a sleeve-like design ensures a particularly stable attachment of the bearing device to the housing part.
  • the heat transfer body is made of a different material than at least one of the two housing parts.
  • both housing parts are made of a different material than the heat transfer body. This variant allows a relatively expensive material with high thermal conductivity to be used only for the heat transfer body - as part of the heat transfer structure, whereas a cheaper material with lower thermal conductivity can be used for the housing part (s).
  • the material of at least one housing part has a thermal conductivity that is less than the thermal conductivity of the heat transfer body.
  • a relatively inexpensive material with low thermal conductivity can be used in the housing parts that do not have to transfer heat from the rotor to the coolant chamber.
  • the heat transfer body and the two housing parts are made of non-uniform materials. This makes it possible to use a material with a lower thermal conductivity for the housing parts than for the heat transfer structure. This leads to cost advantages in the manufacture of the machine.
  • the material of the first and / or second housing part can have a higher upper yield strength and / or yield strength than the material of the heat transfer body.
  • the material of the heat transfer body particularly preferably has a thermal conductivity of at least 100 W / (m * k), particularly preferably at least 150 W / (m * k). In this way, an effective heat transfer from the rotor via the cooling channel to the coolant present in the coolant chamber is ensured.
  • the invention further relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, with an electrical machine presented above.
  • a vehicle in particular a motor vehicle
  • an electrical machine presented above. The advantages of the electrical machine explained above are therefore also transferred to the vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 shows an example of an electrical machine according to the invention in a longitudinal section along the axis of rotation of the rotor
  • 2 shows a detailed view of FIG. 1 in the area of the heat transfer body.
  • FIG. 1 illustrates an example of an electrical machine 1 according to the invention.
  • the machine 1 comprises a housing 2 which surrounds a housing interior 3.
  • a stator 4 and a rotor 5 are arranged in the housing interior 3.
  • the stator 4 can have a stator body 12 and a plurality of stator coils 13, not shown in FIG. 1, which are embedded in the stator body 12 and can be energized electrically for driving the rotor 5.
  • the stator 4 is fixedly attached to a peripheral wall 14 of the housing 2.
  • the rotor 5 comprises a rotor shaft 6 and a plurality of permanent magnets 7, not shown in FIG. 1, which are arranged on the rotor shaft 6 in a rotationally fixed manner.
  • the rotor 5 can be rotated relative to the stator 3 about an axis of rotation D, which is defined by the central longitudinal axis M of the rotor shaft 6.
  • An axial direction A of the electrical machine 1 is defined by the axis of rotation D.
  • a radial direction R extends perpendicularly from the axis of rotation D.
  • a circumferential direction U runs around the axis of rotation D.
  • the permanent magnets 7 of the rotor 5 can be arranged along the circumferential direction U of the rotor shaft 6 with alternating magnetic polarization. In other words, magnetic north poles N and magnetic south poles S alternate along the circumferential direction U.
  • the housing 2 comprises a first and a second housing part 8a, 8b.
  • These two housing parts 8a, 8b are also known to the person skilled in the art as so-called “end shields” and delimit the housing interior 3 along the axial direction A.
  • Another, third housing part 8c, which delimits the machine radially, is defined by a turn - Injection of the stator 4 made of plastic.
  • the first and the second housing part 8a, 8b can be formed separately from the third housing part 8c.
  • the rotor 5 with the rotor shaft 6 is rotatably mounted on the housing 2 via a bearing device 9.
  • the bearing device 9 comprises a first bearing element 10a, via which the rotor shaft 6 is rotatably mounted on the first housing part 8a.
  • the bearing device 9 comprises a second bearing element 10b, which is arranged axially at a distance from the first bearing element 10a and via which the rotor shaft 6 is rotatably mounted on the second housing part 8b.
  • the two bearing elements 10a, 10b - also known to the person skilled in the art under the name “shaft bearing” - are firmly connected to the first and second housing parts 8a, 8b.
  • the stator 4 with the stator body 12 and the stator coils 13 is also fastened to the two housing parts 8a, 8b, 8c.
  • first and second heat transfer bodies 11a, 11b for removing waste heat generated by the rotor 5 including its permanent magnets 7 during operation.
  • the first and the second heat transfer bodies 11 a, 11 b and the housing parts 8a, 8b respectively assigned to the heat transfer bodies 11 a, 11 b are each formed in two parts.
  • the first heat transfer body 11 a can be fastened to the first housing part 8 a, for example by means of a material connection.
  • the second heat transfer body 11b can be fastened to the second housing part 8b, preferably also by means of a material connection.
  • a suitable detachable connection is also possible.
  • the two heat transfer bodies 11 a, 11 b of the heat transfer structure 18 are preferably locked exclusively by axial pressure.
  • the rotor 5 is expediently mounted directly on the housing parts 8a, 8b, in particular the rotor 5, as can be seen in FIG. 1, is not on the housing parts 8a via the heat transfer structure 18 and also not via the heat transfer bodies 11a, 11b , 8b stored.
  • the first heat transfer body 11 a is arranged along the axial direction A between the first housing part 8 a and the rotor 5.
  • the second heat transfer body 11b is arranged along the axial direction A between the rotor 5 and the second housing part 8b.
  • the coolant K can absorb heat generated by the rotor 5 during operation of the machine 1 via the two heat transfer bodies 11 a, 11 b, so that overheating and — associated with this — damage or even destruction of the machine 1 can be avoided.
  • a coolant inlet 16 for introducing the coolant K into the coolant chamber 15 and in the second housing part 8b are in the first housing part 8a
  • Coolant outlet 17 is provided for leading the coolant K out of the coolant chamber 15. Heat is passed on to the coolant K flowing through the coolant chamber 15 via the two heat transfer bodies 11 a, 11 b, which in each case partially delimit the coolant chamber 15, and is removed therefrom from the machine 1.
  • the two heat transfer bodies 11a, 11b can both be designed as cooling plates 22a, 22b which extend at least in sections transversely to the axial direction A, that is to say along the radial direction R, and whose wall thickness W measured along the axial direction A in the region of the heat transfer structure 18 is at most 3 mm, preferably at most 1 mm.
  • the cooling plates 22a, 22b can be realized by deep-drawn sheet metal parts. As can be seen in FIG. 1, the two heat transfer bodies 11 a and 11 b are arranged at a distance from the stator 4 with the stator body 12 and only lie loosely on the latter with contact sections 19.
  • a wall thickness of the first and second housing parts 8a, 8b measured in the axial direction A is at least twice, preferably at least five times, a wall thickness of the first and second heat transfer bodies 11a, 11b.
  • the two heat transfer bodies 11a, 11b are made of a different material than the two housing parts 8a, 8b.
  • the material of the two housing parts 8a, 8b has a thermal conductivity that is less than the thermal conductivity of the heat transfer body 8a, 8b. In this way, costs can be saved in the manufacture of machine 1, since suitable materials with high thermal conductivity are usually more expensive than materials with low thermal conductivity.
  • the material of the heat transfer body 11 a, 11 b has a thermal conductivity of at least 100 W / (m * k) , preferably from at least 150 W / (m * k).
  • the axial position of the bearing elements 10a, 10b along the axial direction A is expediently determined so that the radial forces absorbed by the bearing elements 10a, 10b pass on to the heat transfer bodies 8a, 8b to less than 35%, preferably less than 10% - be directed. In this way, an overload of the respective heat transfer body 8a, 8b is avoided.
  • the material of the first and second housing parts 8a, 8b can also have a higher upper yield strength and a higher proof stress than the material of the heat transfer body 11a, 11b.
  • FIG. 2 is a detailed illustration 1 is in the area of the first heat transfer body 11 a.
  • a heat transfer structure 18 for transferring waste heat from the rotor 5 to the heat transfer body 11 a is formed on the first heat transfer body 11 a and on the rotor 5.
  • the heat transfer structure 18 comprises a plurality of projections 21, which protrude from the rotor 5 to the first heat transfer body 11 a along the axial direction A and which engage in complementary recesses 20 provided on the heat transfer body 11 a.
  • FIGS. 1 is in the area of the first heat transfer body 11 a.
  • the first heat transfer body 11 a comprises a plurality of projections 21 projecting axially from the heat transfer body to the rotor 5, said projections 21 being complementary to the projections 21 , Engage recesses 20 provided on the rotor 5.
  • the projections 21 can preferably be formed like a comb.
  • a distance X measured in the area of the heat transfer structure 18 between the heat transfer body 11 a and the rotor 5 along the axial direction is expediently at most 1 mm, preferably at most 0.5 mm.
  • a recess depth T1 of the recesses T1 forming the heat transfer structure 18 on the first heat transfer body 11a or a projection flea H 1 of the projections 21 forming the heat transfer structure 18 on the first heat transfer body 11a is at least three times , preferably at least five times, the above-mentioned wall thickness W of the cooling plate.
  • the illustration in FIG. 2 also shows that the first housing part 8a has a (first) fastening section 23a, to which the first heat transfer body 11a is fastened.
  • the bearing device 9 for rotatably mounting the rotor 5 is attached to the (first) fastening section 23a.
  • the (first) fastening section 23a is expediently projecting axially inward from the first housing part 11a into the housing interior 3 Sleeve 24 formed, on the inside 25 of which the first bearing element 10a of the bearing device 9 is arranged.
  • the second housing part 8b also has such a (second) fastening section (23b) to which the second heat transfer body 11b and the rotor 5 are fastened.
  • the second bearing element 10b of the bearing device 9 can be attached to the second fastening section 23b.
  • first heat transfer body 11 a and for the first housing part 8 a associated with this first heat transfer body 11 a also apply mutatis mutandis to the second heat transfer body 11 b and the second housing part 8 b assigned to the second heat transfer body 11 b .
  • An annular gap 27, which is part of the coolant chamber 15, can expediently be formed between the winding end sections 26 of the stator coils 13, which protrude into the coolant chamber 15, and the heat transfer bodies 11 a, 11 b.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1), insbesondere für ein Fahrzeug. Die Maschine (1) umfasst einen Stator (4) und einen Rotor (5), der relativ zum Stator (5) um eine Drehachse (D) drehbar ist, durch welche eine axiale Richtung (A) der Maschine (1) definiert ist. Die Maschine (1) umfasst ferner ein Gehäuse (2), welches einen Gehäuseinnenraum (3) umgibt, wobei das Gehäuse (2) ein erstes und ein zweites Gehäuseteil (8a, 8b) umfasst, die den Gehäuseinnenraum (3) entlang der axialen Richtung (A) begrenzen und an welchen der Rotor (5) mittels einer Lagereinrichtung (9) drehbar gelagert ist. Entlang der axialen Richtung (A) ist zwischen wenigstens einerder beiden Gehäuseteile (8a, 8b) und dem Rotor (5) ein Wärmeübertragungskörper (11a, 1b) angeordnet, der zusammen mit dem Gehäuseteil (8a, 8b) einen von einem Kühlmittel (K) durchströmbaren Kühlkanal (15) begrenzt.

Description

Elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahr- zeug, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Maschine.
Bei einer derartigen elektrischen Maschine kann es sich allgemein um einen Elektromotor oder um einen Generator handeln. Die elektrische Maschine kann als Außenläufer oder als Innenläufer ausgebildet sein.
Eine gattungsgemäße Maschine ist beispielsweise aus der US 5,214,325 be- kannt. Sie umfasst ein Gehäuse, das einen Gehäuseinnenraum umgibt und das einen in einer Umfangsrichtung des Gehäuses umlaufenden, den Gehäu- seinnenraum radial begrenzenden Mantel, axial einerseits eine den Gehäuse- innenraum axial begrenzende Rückseitenwand und axial andererseits eine den Gehäuseinnenraum axial begrenzende Vorderseitenwand aufweist. Fest mit dem Mantel ist ein Stator der Maschine verbunden. Im Stator ist ein Rotor der Maschine angeordnet, wobei eine Rotorwelle des Rotors über ein vorderes Wellenlager an der Vorderseitenwand drehbar gelagert ist.
Typischerweise umfasst der Stator einer herkömmlichen elektrischen Maschi- ne Statorwicklungen, die im Betrieb der Maschine elektrisch bestromt werden. Dabei entsteht auch im Rotor Wärme, die zur Vermeidung einer Überhitzung und einer damit verbundenen Beschädigung oder gar Zerstörung des Rotors abgeführt werden muss. Eine Abführung der Wärme ist außerdem erforderlich, um die Wicklungen bzw. Permanentmagnete des Rotors aufgrund zu hoher Temperatur nicht zu entmagnetisieren.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, im Gehäuse einer elektrischen Ma- schine einen Kühlkanal vorzusehen, der von einem Kühlmittel durchströmt werden kann, welches wiederum die in der Maschine erzeugte Abwärme auf- nehmen und aus dem Gehäuse transportieren kann. Um im Rotor vorhandene Wärme besonders wirksam abführen zu können, ist es aus herkömmlichen elektrischen Maschinen bekannt, integral am Gehäuse und möglichst nahe am Rotor eine Struktur mit großer thermische Wechselwirkungsfläche - beispiels- weise eine Rippenstruktur- und mit hoher Wärmeleitfähigkeit bereitzustellen, so dass sie besonders viel Wärme vom Rotor aufnehmen kann. Da es sich bei einer solchen Struktur typischerweise um einen Teil des Gehäuses handelt, welches nahe am Rotor positioniert ist, erfolgt bei herkömmlichen elektrischen Maschinen auch die Lagerung des Rotors typischerweise im Bereich besagter Struktur. Dies bedeutet aber, dass diese Struktur entsprechend massiv ausge- bildet sein muss, um die vom Rotor während der Drehbewegung erzeugten Kräfte aufnehmen zu können. Somit ist für besagte Struktur eine große Wand- stärke der Struktur erforderlich. Dies erschwert aber die Entwärmung des Ro- tors. Um dem entgegenzuwirken, werden Werkstoffe mit hoher Wärmeleitfä- higkeit genutzt. Damit ist aber wiederum ein erheblicher Kostenaufwand ver- bunden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungs- form für eine elektrische Maschine zu schaffen, bei welcher vorangehend ge- nannter Nachteile weitgehend oder sogar vollständig beseitigt sind. Insbesondere soll eine verbesserte Ausführungsform für eine elektrische Maschine geschaffen werden, welche sich durch eine verbesserte Kühlung des Rotors bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Pa- tentansprüche.
Grundidee der Erfindung ist demnach, den Rotor der elektrischen Maschine di- rekt an den beiden Lagerschilden des Gehäuses, also an den beiden den Ge- häuseinnenraum der Maschine axial begrenzenden Gehäuseteilen zu lagern. Mit anderen Worten, der Rotor ist bei der hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Maschine über eine Lagereinrichtung direkt mit den beiden Lagerschilden ver- bunden und an diesen gelagert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass vom Rotor erzeugte Kräfte über die Lagereinrichtung direkt in die beiden Lagerschilde eingeleitet werden. Dies wiederum erlaubt es, einen Wärmeübertragungskörper, der zur Aufnahme von Abwärme vom Stator zwischen einem im Gehäuse vorge- sehenen Kühlmittelraum - dieser kann als Kühlkanal, Kühlmittelsammler oder Kühlmittelsammler ausgebildet sein - und dem Rotor im Gehäuseinnenraum an- geordnet ist, besonders dünnwandig auszubilden. Dies bewirkt eine hohe
Wärmeübertragungsrate durch den Wärmeübertragungskörper hindurch und so- mit eine besonders hohe Kühlleistung, die mit Hilfe des Wärmeübertragungskör- pers für die Rotorkühlung bereitgestellt werden kann. Zusätzlich gehen mit der bei dünnwandigen Wärmeübertragungskörpern erzielten Materialeinsparung er- hebliche Kostenvorteile einher, da Materialien mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit in der Beschaffung im Allgemeinen sehr teuer sind.
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug, umfasst einen Stator und einen Rotor, der relativ zum Stator um eine Dreh- achse drehbar ist. Durch die Drehachse wird eine axiale Richtung der Maschi- ne definiert. Die Maschine umfasst ein Gehäuse, welches einen Gehäusein- nenraum umgibt. Dabei umfasst das Gehäuse ein erstes und ein zweites Ge- häuseteil, die den Gehäuseinnenraum, vorzugsweise entlang der axialen Rich- tung, begrenzen und an welchen der Rotor mittels einer Lagereinrichtung drehbar gelagert ist. Bei den beiden Gehäuseteilen kann es sich insbesondere um die eingangs erwähnten axialen„Lagerschilde“ handeln. Die Lagereinrich- tung kann zwei Lagerelemente, insbesondere in der Art von Wellenlagern, aufweisen, wobei ein erstes Wellenlager an dem ersten Gehäuseteil, und ein zweites Lagerelement an dem zweiten Gehäuseteil, also vorzugsweise an ei- nem zweiten Lagerschild, das dem ersten Lagerschild axial gegenüberliegt, angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist axial zwischen wenigstens einem Gehäu- seteil - also dem ersten oder zweiten Gehäuseteil - und dem Rotor ein Wär- meübertragungskörper angeordnet. Dieser Wärmeübertragungskörper be- grenzt zusammen mit besagtem Gehäuseteil einen Kühlmittelraum, der vor- zugsweise als Kühlkanal, Kühlmittelsammlerraum oder/und Kühlmittel- verteilerraum zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausgebildet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an dem betreffenden Wärme- übertragungskörper und am Rotor eine Wärmeübertragungsstruktur zur Über- tragung von Abwärme vom Rotor auf den Wärmeübertragungskörper vorhan- den.
Zweckmäßig kann der Rotor direkt an den Gehäuseteilen gelagert sein. Dies erlaubt es, die Wärmeübertragungsstruktur dünnwandig auszugestalten, da keine Lagerkräfte aus dem Rotor in die Wärmeübertragungsstruktur eingelei- tet werden.
Besonders bevorzugt ist der Rotor nicht über die Wärmeübertragungsstruktur und vorzugsweise auch nicht über den/die Wärmeübertragungskörper an den Gehäuseteilen gelagert. Auch diese Variante ermöglicht es, die Wärmeüber- tragungsstruktur besonders dünnwandig auszugestalten, da keine Lagerkräfte aus dem Rotor von der Wärmeübertragungsstruktur aufgenommen werden müssen.
Zweckmäßig beträgt eine in der axialen Richtung gemessene Wandstärke des ersten oder/und zweiten Gehäuseteils wenigstens das Zweifache, vorzugswei- se wenigstens das Fünffache, einer Wandstärke des Wärmeübertragungskör- pers. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zur Begrenzung des Kühlmit- telraums zumindest zwei Wärmeübertragungskörper vorhanden, die beide se- parat zu den beiden Gehäuseteilen ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungs- form sind ein erster Wärmeübertragungskörper axial zwischen dem ersten Ge- häuseteil und dem Rotor und ein zweiter Wärmeübertragungskörper axial zwi- schen dem Rotor und dem zweiten Gehäuseteil angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lagereinrichtung ein erstes Lagerelement und ein zweites Lagerelement, die axial im Abstand zu- einander angeordnet sind, so dass der Rotor axial zwischen den beiden La- gerelementen angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist die axiale Positi- on der Lagerelemente so festgelegt, dass durch die Lagerelemente aufge- nommenen Radialkräfte zu weniger als 35%, vorzugsweise zu weniger als 10%, an den jeweiligen Wärmeübertragungskörper weitergeleitet werden. Auf diese Weise wird eine Überbelastung des Wärmeübertragungskörpers ver- mieden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lagereinrichtung ein erstes Lagerelement, mittels welchem der Rotor am ersten Gehäuseteil gela- gert ist, und ein zweites Lagerelement, mittels welchem der Rotor am zweiten Gehäuseteil gelagert ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein entlang der axia- len Richtung gemessener Abstand zwischen dem ersten Wärmeübertragungs- körper und dem ersten Gehäuseteil größer - und beträgt vorzugsweise we- nigstens das Zweifache - als ein Abstand zwischen dem ersten Lagerelement und dem ersten Gehäuseteil. Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Ausfüh- rungsform ein entlang der axialen Richtung gemessener Abstand zwischen dem zweiten Wärmeübertragungskörper und dem zweiten Gehäuseteil größer - und beträgt vorzugsweise wenigstens das Zweifache - als ein Abstand zwi- schen dem zweiten Lagerelement und dem zweiten Gehäuseteil. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stator an wenigstens ei- nem der beiden Gehäuseteile befestigt. Gegenüber herkömmlichen elektri schen Maschinen, bei welchen die Befestigung des Stators am Wärmeüber- tragungskörper erfolgt, ist es bei dieser Ausführungsform möglich, den Wär- meübertragungskörper besonders dünnwandig auszubilden und besonders nahe am Rotor zu positionieren. Außerdem gehen mit dieser Ausführungsform Materialeinsparungen und somit Kostenvorteile einher.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Stator im Abstand zum Wärmeübertragungskörper angeordnet oder liegt nur lose an diesem an. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass zu hohe Kräfte in den Wärme- übertragungskörper eingeleitet werden, die zu einer Beschädigung desselben führen könnte, insbesondere wenn dieser - wie hier vorgeschlagen - dünn- wandig ausgebildet wird. Bei einer dazu alternativen Variante ist der Wärme- übertragungskörper mit einer Vorspannkraft zwischen Stator und Gehäuseteil eingespannt, die ausreicht, um eine fluiddichte Flächenpressung für dazwi- schenliegende Dichtungselemente, insbesondere in der Art von Elastomer- Dichtungen, zu gewährleisten.
Bevorzugt sind der Wärmeübertragungskörper und das wenigstens eine Ge- häuseteil zweiteilig ausgebildet. Dies erleichtert es, für das Gehäuseteil ein anderes Material, insbesondere mit geringer Wärmeleitfähigkeit, zu wählen als für den Wärmeübertragungskörper. Auch dieser Maßnahme gehen erhebliche Kostenvorteile bei der Herstellung der elektrischen Maschine einher.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmeübertragungs- körper an dem wenigstens einen Gehäuseteil befestigt. Denkbar ist dabei eine lösbare oder unlösbare Befestigung. Letztere kann insbesondere eine stoff- schlüssige Verbindung sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Wärmeübertragungs- Struktur mehrere axial vom Rotor zum Wärmeübertragungskörper hin abste- hende Vorsprünge, welche in komplementäre, am Wärmeübertragungskörper vorgesehene Ausnehmungen eingreifen. Gemäß einer dazu alternativen vor- teilhaften Weiterbildung umfasst die Wärmeübertragungsstruktur mehrere axi- al vom Wärmeübertragungskörper zum Rotor hin abstehende Vorsprünge, welche in dazu komplementäre, am Rotor vorgesehene Ausnehmungen ein- greifen. Bei beiden Alternativen ist eine große Wechselwirkungsfläche für die Wärmeübertragung vom Rotor auf den Wärmeübertragungskörper sicherge- stellt.
Besonders bevorzugt können die Vorsprünge kammartig ausgebildet sein. Da die komplementär ausgebildeten Ausnehmungen bei dieser Variante ebenfalls eine kammartige Geometrie besitzen, wird auf diese Weise eine besonders große Wechselwirkungsfläche für die Wärmeübertragung vom Rotor auf den Wärmeübertragungskörper erzielt.
Besonders bevorzugt sind der Wärmeübertragungskörper und der Rotor zur Realisierung der Wärmeübertragungsstruktur derart relativ zueinander ange- ordnet, dass im Bereich der Wärmeübertragungsstruktur ein axialer Abstand zwischen dem Wärmeübertragungskörper und dem Rotor - dieser wird entlang der axialen Richtung gemessen - höchstens 1 mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm beträgt. Bei dieser Variante besitzt der zwischen Wärmeübertragungs- körper und Rotor gebildete Luftspalt eine geringe Spaltbreite, so dass eine ef- fektive Wärmeübertragung vom Rotor auf den Wärmeübertragungskörper ge- währleistet ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der Wärmeübertra- gungskörper als sich zumindest abschnittsweise quer zur axialen Richtung er- streckende Kühlplatte ausgebildet sein, deren entlang der axialen Richtung gemessene Wandstärke höchstens 3mm, vorzugsweise höchstens 1 mm, be- trägt. An bzw. in dieser Kühlplatte sind entlang der axialen Richtung die die Wärmeübertragungsstruktur ergebenden Vorsprünge bzw. Ausnehmungen ausgeformt bzw. ausgebildet.
Besonders bevorzugt beträgt eine Ausnehmungs-Tiefe oder Vorsprungs-Höhe der am Wärmeübertragungskörper die Wärmeübertragungsstruktur ausbilden- den Ausnehmungen bzw. Vorsprünge wenigstens das Dreifache, vorzugsweise wenigstens das Fünffache, der Wandstärke der Kühlplatte. Bei dieser Variante besitzt die Wärmeübertragungsstruktur eine große Wechselwirkungsfläche, so dass pro Zeiteinheit eine besonders große Wärmemenge vom Rotor an den Wärmeübertragungskörper übertragen werden kann. Gleichzeitig bleibt die Kühlplatte besonders dünnwandig ausgeführt.
Der Wärmeübertragungskörper mit der Wärmeübertragungsstruktur kann ein tiefgezogenes Blechformteil mit Rippenstruktur sein, wobei die Rippenstruktur durch einen Tiefzieh- oder Umformprozess hergestellt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist wenigstens ein Gehäuseteil ei- nen Befestigungsabschnitt auf, an welchem der Wärmeübertragungskörper be- festigt ist, wobei am Befestigungsabschnitt zusätzlich die Lagereinrichtung zur drehbaren Lagerung des Rotors angebracht ist. Besonders bevorzugt weisen beide Gehäuseteile, also sowohl das erste als auch das zweite Gehäuseteil, ei- nen derart ausgestalteten Befestigungsabschnitt auf. Bei dieser Variante ist die Lagereinrichtung nicht wie bei herkömmlichen elektrischen Maschinen über den Wärmeübertragungskörper am Gehäuse befestigt. Daher kann der Wärmeüber- tragungskörper besonders dünnwandig ausgebildet werden.
Besonders bevorzugt kann der Befestigungsabschnitt als axial von dem Gehäu- seteil nach innen in den Gehäuseinnenraum hineinragende Hülse ausgebildet sein, an deren Innenseite ein Lagerelement der Lagereinrichtung angeordnet ist. Eine solche, hülsenartige Ausbildung stellt eine besonders stabile Befestigung der Lagereinrichtung an dem Gehäuseteil sicher.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmeübertragungs- körper aus einem anderen Material hergestellt als wenigstens eines der beiden Gehäuseteile. Besonders sind beide Gehäuseteile aus einem anderen Material hergestellt als der Wärmeübertragungskörper. Diese Variante erlaubt es, nur für den Wärmeübertragungskörper - als Teil der Wärmeübertragungsstruktur - ein relativ teures Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit zu verwenden, wohingegen für das/die Gehäuseteil(e) ein kostengünstigeres Material mit geringerer thermi- scher Leitfähigkeit verwendet werden kann.
Besonders zweckmäßig besitzt das Material wenigstens eines Gehäuseteils, vorzugsweise beider Gehäuseteile, eine thermische Leitfähigkeit, die kleiner ist als die thermische Leitfähigkeit des Wärmeübertragungskörpers. Somit kann in den Gehäuseteilen, welche keine Wärme vom Rotor an den Kühlmittelraum übertragen müssen, ein relativ kostengünstig verfügbares Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der Wärmeübertragungskör- per und die beiden Gehäuseteile materialuneinheitlich ausgebildet. Dies er- möglicht es, für die Gehäuseteile ein Material mit geringerer Wärmeleitfähig- keit zu verwenden als für die Wärmeübertragungsstruktur. Diese führt zu Kos- tenvorteilen bei der Herstellung der Maschine. Alternativ oder zusätzlich kann das Material des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils einen höhere obere Streckgrenze oder/und Dehngrenze aufweisen als das Material des Wärme- übertragungskörpers. Besonders bevorzugt weist das Material des Wärmeübertragungskörpers eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 100 W/(m*k), besonders bevorzugt wenigs- tens 150 W/(m*k), auf. Auf diese Weise wird ein effektiver Wärmetransport vom Rotor über den Kühlkanal zu dem im Kühlmittelraum vorhandenen Kühlmittel sichergestellt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer vorangehend vorgestellten elektrischen Maschine. Die oben erläuterten Vorteile der elektrischen Maschine übertragen sich daher auch auf das erfin- dungsgemäße Fahrzeug.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un- teransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschrei- bung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son- dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh- ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge- stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in ei- nem Längsschnitt entlang der Rotationsachse des Rotor, Fig. 2 eine Detailansicht der Figur 1 im Bereich des Wärmeübertragungs- körpers.
Figur 1 illustriert ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschi- ne 1. Die Maschine 1 umfasst ein Gehäuse 2, welches einen Gehäuseinnen- raum 3 umgibt. Im Gehäuseinnenraum 3 sind ein Stator 4 und ein Rotor 5 an- geordnet. Der Stator 4 kann einen Statorkörper 12 und mehrere, in Figur 1 nicht näher dargestellte Statorspulen 13 aufweisen, die in den Statorkörper 12 eingebettet und zum Antreiben des Rotors 5 elektrisch bestrombar sind. Der Stator 4 ist fest an einer Umfangswandung 14 des Gehäuses 2 ange- bracht. Der Rotor 5 umfasst eine Rotorwelle 6 sowie mehrere, in der Figur 1 nicht näher dargestellte Permanentmagnete 7, die drehfest an der Rotorwelle 6 angeordnet sind. Der Rotor 5 ist relativ zum Stator 3 um eine Drehachse D drehbar, die durch die Mittellängsachse M der Rotorwelle 6 definiert ist.
Durch die Drehachse D wird eine axiale Richtung A der elektrischen Maschi- ne 1 definiert. Eine radiale Richtung R erstreckt sich senkrecht von der Dreh- achse D weg. Eine Umfangsrichtung U läuft um die Drehachse D um. Die Permanentmagnete 7 des Rotors 5 können entlang der Umfangsrichtung U der Rotorwelle 6 mit abwechselnder magnetischer Polarisation angeordnet sein. Mit anderen Worten, entlang der Umfangsrichtung U wechseln sich magnetische Nordpole N und magnetische Südpole S ab.
Wie Figur 1 erkennen lässt, umfasst das Gehäuse 2 ein erstes und ein zwei- tes Gehäuseteil 8a, 8b. Diese beide Gehäuseteile 8a, 8b sind dem Fach- mann auch als sogenannte„Lagerschilde“ bekannt und begrenzen den Ge- häuseinnenraum 3 entlang der axialen Richtung A. Ein weiteres, drittes Ge- häuseteil 8c, welches die Maschine radial begrenzt, wird durch eine Um- spritzung des Stators 4 aus Kunststoff gebildet. Das erste und das zweite Gehäuseteil 8a, 8b können separat zum dritten Gehäuseteil 8c ausgebildet sein.
Der Rotor 5 mit der Rotorwelle 6 ist über eine Lagereinrichtung 9 drehbar am Gehäuse 2 gelagert. Hierzu umfasst die Lagereinrichtung 9 ein erstes La- gerelement 10a, über welches die Rotorwelle 6 drehbar am ersten Gehäuse- teil 8a gelagert ist. Entsprechend umfasst die Lagereinrichtung 9 ein zweites Lagerelement 10b, welches axial im Abstand zum ersten Lagerelement 10a angeordnet ist und über welches die Rotorwelle 6 drehbar am zweiten Gehäu- seteil 8b gelagert ist. Die beiden Lagerelemente 10a, 10b - dem Fachmann auch unter der Bezeichnung„Wellenlager“ bekannt - sind hierzu fest mit dem ersten bzw. zweiten Gehäuseteil 8a, 8b verbunden.
Der Stator 4 mit dem Statorkörper 12 und den Statorspulen 13 ist ebenfalls an den beiden Gehäuseteilen 8a, 8b, 8c befestigt. Im Gehäuseinnenraum 3 sind außerdem erster und ein zweiter Wärmeübertragungskörper 11a, 11 b zum Ab- führen von vom Rotor 5 einschließlich dessen Permanentmagnete 7 im Betrieb erzeugter Abwärme vorgesehen. Die beiden Wärmeübertragungskörper 11 a,
11 b sind separat zu den beiden Gehäuseteilen 8a, 8b ausgebildet und be- grenzen zusammen mit den beiden Gehäuseteilen 8a, 8b einen Kühlmittel- raum 15, der von einem Kühlmittel K durchströmt werden kann. Der erste und der zweite Wärmeübertragungskörper 11 a, 11 b und die den Wärme- übertragungskörpern 11 a, 11 b jeweils zugeordneten Gehäuseteile 8a, 8b sind also jeweils zweiteilig ausgebildet. Der erste Wärmeübertragungskörper 11 a kann, beispielsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, am ersten Ge- häuseteil 8a befestigt sein. Entsprechend kann der zweite Wärmeübertra- gungskörper 11 b, bevorzugt ebenfalls mittels einer stoffschlüssigen Verbin- dung, am zweiten Gehäuseteil 8b befestigt sein. Alternativ zu einer stoff- schlüssigen Verbindung kommt auch eine geeignete lösbare Verbindung in Betracht. Die beiden Wärmeübertragungskörper 11 a, 11 b der Wärmeübertra- gungsstruktur 18 sind bevorzugt ausschließlich durch axiale Pressung arre- tiert. Zweckmäßig ist der Rotor 5 direkt an den Gehäuseteilen 8a, 8b gelagert, insbesondere ist der Rotor 5, wie Figur 1 erkennen lässt, nicht über die Wär- meübertragungsstruktur 18 und auch nicht über die Wärmeübertragungskör- per 11 a, 11 b an den Gehäuseteilen 8a, 8b gelagert. Der erste Wärmeübertra- gungskörper 11 a ist entlang der axialen Richtung A zwischen dem ersten Ge- häuseteil 8a und dem Rotor 5 angeordnet. Der zweite Wär- meübertragungskörper 11 b ist entlang der axialen Richtung A zwischen dem Rotor 5 und dem zweiten Gehäuseteil 8b angeordnet.
Das Kühlmittel K kann über die beiden Wärmeübertragungskörper 11 a, 11 b vom Rotor 5 im Betrieb der Maschine 1 erzeugte Wärme aufnehmen, sodass eine Überhitzung und - damit verbunden - eine Beschädigung oder gar Zerstö- rung der Maschine 1 vermieden werden kann. Am Außenumfang des Gehäuses 2 sind im ersten Gehäuseteil 8a ein Kühlmitteleinlass 16 zum Einleiten des Kühlmittels K in den Kühlmittelraum 15 und im zweiten Gehäuseteil 8b ein
Kühlmittelauslass 17 zum Ausleiten des Kühlmittels K aus dem Kühlmittelraum 15 vorgesehen. Über die beiden Wärmeübertragungskörper 11 a, 11 b, welche den Kühlmittelraum 15 jeweils teilweise begrenzen, wird Wärme an das durch den Kühlmittelraum 15 strömende Kühlmittel K weitergegeben und von diesem aus der Maschine 1 abgeführt.
Die beiden Wärmeübertragungskörper 11 a, 11 b können beide als sich zumindest abschnittsweise quer zur axialen Richtung A, also entlang der radialen Richtung R erstreckende Kühlplatten 22a, 22b ausgebildet sein, deren entlang der axialen Richtung A gemessene Wandstärke W im Bereich der Wärmeübertragungsstruk- tur 18 höchstens 3mm, bevorzugt höchstens 1 mm beträgt. Die Kühlplatten 22a, 22b können durch tiefgezogene Blechformteile realisiert sein. Wie die Figur 1 er- kennen lässt, sind die beiden Wärmeübertragungskörper 11 a und 11 b im Ab- stand zum Stator 4 mit dem Statorkörper 12 angeordnet und liegen nur mit Kon- taktabschnitten 19 lose an diesem an. Im Beispielszenario beträgt eine in der axialen Richtung A gemessene Wandstärke des ersten und zweiten Gehäuseteils 8a, 8b wenigstens das Zweifache, vorzugsweise wenigstens das Fünffache, einer Wandstärke des ersten bzw. zweiten Wärmeübertragungskörpers 11 a, 11 b. Die beiden Wärmeübertragungskörper 11a, 11 b sind aus einem anderen Material hergestellt als die beiden Gehäuseteile 8a, 8b. Das Material der beiden Gehäu- seteile 8a, 8b weist eine thermische Leitfähigkeit auf, die kleiner ist als die ther- mische Leitfähigkeit der Wärmeübertragungskörpers 8a, 8b. Auf diese Weise können Kosten bei der Herstellung der Maschine 1 eingespart werden, da geeig- nete Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit üblicherweise teurer sind als Mate- rialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Um eine hohe Wärmeübertragungsleitung vom Rotor 5 über den Wärmeübertragungskörper 11 a, 11 b auf die jeweilige Ge- häuseteile 8a, 8b sicherzustellen, weist das Material der Wärmeübertragungs- körpers 11 a,11 b eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 100 W/(m*k), bevorzugt von wenigstens 150 W/(m*k) auf. Zweckmäßig ist die axiale Position der La- gerelemente 10a, 10b entlang der axialen Richtung A so festgelegt, durch die Lagerelemente 10a, 10b aufgenommenen Radialkräfte zu weniger als 35%, vor- zugsweise zu weniger als 10%, an die Wärmeübertragungskörper 8a, 8b weiter- geleitet werden. Auf diese Weise wird eine Überbelastung des jeweiligen Wär- meübertragungskörpers 8a, 8b vermieden.
Das Material des ersten und zweiten Gehäuseteils 8a, 8b kann auch einen höhe- re obere Streckgrenze und eine höhere Dehngrenze aufweisen als das Material de Wärmeübertragungskörper 11 a, 11 b.
Im Folgenden wird auf Figur 2 Bezug genommen, welche eine Detaildarstellung der Figur 1 im Bereich des ersten Wärmeübertragungskörpers 11 a ist. Wie Figur 2 illustriert, ist am ersten Wärmeübertragungskörper 11a und am Rotor 5 eine Wärmeübertragungsstruktur 18 zur Übertragung von Abwärme vom Rotor 5 auf den Wärmeübertragungskörper 11 a ausgebildet. Entsprechend Figur 2 umfasst die Wärmeübertragungsstruktur 18 mehrere, entlang der axialen Richtung A vom Rotor 5 zum ersten Wärmeübertragungskörper 11 a hin abstehende Vorsprünge 21 , welche in komplementäre, am Wärmeübertragungskörper 11 a vorgesehene Ausnehmungen 20 eingreifen. In einer in den Figuren 1 und 2 nicht näher darge- stellten, alternativen Variante ist es denkbar, dass der erste Wärmeübertra- gungskörper 11 a mehrere axial vom Wärmeübertragungskörper zum Rotor 5 hin abstehende Vorsprünge 21 umfasst, welche in zu den Vorsprüngen 21 komple- mentäre, am Rotor 5 vorgesehene Ausnehmungen 20 eingreifen. Bevorzugt kön- nen die Vorsprünge 21 kammartig ausgebildet sein. Zweckmäßig beträgt ein im Bereich der Wärmeübertragungsstruktur 18 zwischen dem Wärmeübertragungs- körper 11 a und dem Rotor 5 entlang der axialen Richtung gemessener Abstand X höchstens 1 mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm. Bevorzugt beträgt eine Aus- nehmungs- Tiefe T1 der am ersten Wärmeübertragungskörper 11 a die Wärme- Übertragungsstruktur 18 ausbildenden Ausnehmungen T1 bzw. sowie eine Vor- sprungs-Flöhe H 1 der am ersten Wärmeübertragungskörper 11a die Wärmeüber- tragungsstruktur 18 ausbildenden Vorsprünge 21 wenigstens das Dreifache, vor- zugsweise wenigstens das Fünffache, der oben erwähnten Wandstärke W der Kühlplatte beträgt.
Der Darstellung der Figur 2 entnimmt man außerdem, dass das erste Gehäuseteil 8a, einen (ersten) Befestigungsabschnitt 23a aufweist, an welchem der erste Wärmeübertragungskörper 11 a befestigt ist. Zusätzlich ist am (ersten) Befesti- gungsabschnitt 23a die Lagereinrichtung 9 zur drehbaren Lagerung des Rotors 5 angebracht. Zweckmäßig ist der (erste) Befestigungsabschnitt 23a als axial vom ersten Gehäuseteil 11 a nach innen in den Gehäuseinnenraum 3 hineinragende Hülse 24 ausgebildet, an deren Innenseite 25 das erste Lagerelement 10a der Lagereinrichtung 9 angeordnet ist. Auch das zweite Gehäuseteil 8b weist einen solchen (zweiten) Befestigungsabschnitt (23b) auf, an welchem der zweite Wär- meübertragungskörper 11 b und der Rotor 5 befestigt sind. Ebenso kann das zweite Lagerelement 10b der Lagereinrichtung 9 am zweiten Befestigungsab- schnitt 23b angebracht sein.
Vorangehende, anhand der Figur 2 erläuterte Überlegungen zum ersten Wärme- übertragungskörper 11 a und zur dem diesem ersten Wärmeübertragungskörper 11 a zugeordneten ersten Gehäuseteil 8a gelten mutatis mutandis auch für den zweiten Wärmeübertragungskörper 11 b und das dem zweiten Wärmeübertra- gungskörper 11 b zugeordnete zweite Gehäuseteil 8b.
Zweckmäßig kann zwischen Wicklungsendabschnitten 26 der Statorspulen 13, die in den Kühlmittelraum 15, hineinragen, und den Wärmeübertragungskörpern 11 a, 11 b jeweils ein Ringspalt 27 ausgebildet sein, der Teil des Kühlmittelraums 15 ist.
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Claims

Ansprüche
1. Elektrische Maschine (1 ), insbesondere für ein Fahrzeug,
mit einem Stator (4) und mit einem Rotor (5), der relativ zum Stator (5) um ei- ne Drehachse (D) drehbar ist, durch welche eine axiale Richtung (A) der Ma- schine (1 ) definiert ist,
'- mit einem Gehäuse (2), welches einen Gehäuseinnenraum (3) zumindest teilweise umgibt, wobei das Gehäuse (2) ein erstes und ein zweites Gehäu- seteil (8a, 8b) umfasst, die den Gehäuseinnenraum (3), vorzugsweise ent- lang der axialen Richtung (A), begrenzen und an welchen der Rotor (5) mit- tels einer Lagereinrichtung (9) drehbar gelagert ist,
wobei entlang der axialen Richtung (A) zwischen wenigstens einer der bei den Gehäuseteile (8a, 8b) und dem Rotor (5) zumindest ein Wärmeübertra- gungskörper (11 a, 11 b) angeordnet ist, der zusammen mit dem Gehäuseteil (8a, 8b) einen von einem Kühlmittel (K) durchströmbaren Kühlmittelraum (15), vorzugsweise einen Kühlkanal und/oder Kühlmittelverteilerraum und/oder Kühlmittelsammlerraum, begrenzt.
2. Maschine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) und am Rotor (5) eine Wärme- Übertragungsstruktur (18) zur Übertragung von Wärme vom Rotor (5) auf den Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) vorhanden ist.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (5) direkt an den Gehäuseteilen (8a, 8b) gelagert ist.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (5) nicht über die Wärmeübertragungsstruktur (18) und nicht über den Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) an den Gehäuseteilen (8a, 8b) gelagert ist.
5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine in der axialen Richtung (A) gemessene Wandstärke des ersten o- der/und zweiten Gehäuseteils (8a, 8b) wenigstens das Zweifache, vor- zugsweise wenigstens das Fünffache, einer Wandstärke des Wärme- übertragungskörpers (11 a, 11 b) beträgt.
6. Maschine nach Anspruch nach einem der vorhergehenden Ansprü- che,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Begrenzung des Kühlmittelraums (15), insbesondere des Kühlkanals und/oder Kühlmittelsammlerraums und/oder Kühlmittelverteilerraums, zwei Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) vorgesehen sind,
ein erster Wärmeübertragungskörper (11 a) entlang der axialen Richtung (A) zwischen dem ersten Gehäuseteil (8a) und dem Rotor (5) und ein zweiter Wärmeübertragungskörper (11 b) entlang der axialen Richtung (A) zwischen dem Rotor (5) und dem zweiten Gehäuseteil (8b) angeord- net ist.
7. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lagereinrichtung (9) ein erstes Lagerelement (10a) und ein zweites La- gerelement (10b) umfasst, die axial im Abstand zueinander angeordnet sind, so dass der Rotor axial zwischen den beiden Lagerelementen (10a, 10b) angeordnet ist,
die axiale Position der Lagerelemente (10a, 10b) so festgelegt ist, dass durch die Lagerelemente aufgenommenen Radialkräfte zu weniger als 35%, vorzugsweise zu weniger als 10%, an den Wärmeübertragungskörper weitergeleitet werden.
8. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Lagereinrichtung (9) ein erstes Lagerelement (10a) umfasst, mittels welchem der Rotor (5) am ersten Gehäuseteil (8a) gelagert ist, und ein zweites Lagerelement (10b) umfasst, mittels welchem der Rotor (5) am zweiten Gehäuseteil (8b) gelagert ist,
ein entlang der axialen Richtung (A) gemessener Abstand zwischen dem ersten Wärmeübertragungskörper (11 a) und dem ersten Gehäuseteil (8a) größer ist, vorzugsweise wenigstens das Zweifache beträgt, als ein entlang der axialen Richtung (A) gemessener Abstand zwischen dem ersten La- gerelement (10a) und dem ersten Gehäuseteil (8a),
ein entlang der axialen Richtung (A) gemessener Abstand zwischen dem zweiten Wärmeübertragungskörper (11 b) und dem zweiten Gehäuseteil (8b) größer ist, vorzugsweise wenigstens das Zweifache beträgt, als ein entlang der axialen Richtung (A) gemessener Abstand zwischen dem zwei- ten Lagerelement (10b) und dem zweiten Gehäuseteil (8b).
9. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stator (4) an wenigstens einem der beiden Gehäuseteile (8a, 8b) befes- tigt ist.
10. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stator (4) im Abstand zum Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) ange- ordnet ist oder nur lose an diesem anliegt.
11. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) an dem wenigstens einen Gehäuseteil (8a, 8b) befestigt ist; oder dass
der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) und das wenigstens eine Gehäuse- teil (8a, 8b) einteilig ausgebildet sind.
12. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmeübertragungsstruktur (18) wenigstens zwei, vorzugsweise meh- rere, axial vom Rotor (5) zum Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) hin abstehende Vorsprünge (21 ) umfasst, welche in komplementäre, am Wär- meübertragungskörper (11 a, 11 b) vorgesehene Ausnehmungen (20) ein- greifen.
13. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmeübertragungsstruktur (18) wenigstens zwei, vorzugsweise meh- rere, axial vom Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) zum Rotor (5) hin ab- stehende Vorsprünge (21 ) umfasst, welche in komplementäre, am Rotor (5) vorgesehene Ausnehmungen (20) eingreifen.
14. Maschine nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (21 ) kammartig ausgebildet sind.
15. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein im Bereich der Wärmeübertragungsstruktur (18) zwischen dem
Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) und dem Rotor (5) entlang der axialen Richtung (A) gemessener Abstand (X) höchstens 1 mm, vorzugs- weise höchstens 0,5 mm, beträgt.
16. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) als sich zumindest abschnitts- weise quer zur axialen Richtung (A) erstreckendes tiefgezogenes Bauteil, vorzugsweise als tiefgezogenes Blechformteil, höchst vorzugsweise als Kühlplatte (22a, 22b), ausgebildet ist, deren entlang der axialen Richtung (A) gemessene Wandstärke (W) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise entlang ihrer gesamten Erstreckung quer zur axialen Richtung (A), höchs- tens 3 mm, bevorzugt höchstens 1 mm, beträgt.
17. Maschine nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ausnehmungs-Tiefe (T 1 ) und/oder eine Vorsprungs-Höhe (H1 ) der am Wärmeübertragungskörper (11a, 11 b) die Wärmeübertragungsstruktur (18) ausbildenden Ausnehmungen (20) bzw. Vorsprünge (21 ) wenigstens das Dreifache, vorzugsweise wenigstens das Fünffache, der Wandstärke (W) der Kühlplatte beträgt.
18. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gehäuseteil (8a, 8b), vorzugsweise beide Gehäuseteile (8a, 8b), einen Befestigungsabschnitt (23a, 23b) aufweist/aufweisen, an welchem der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) befestigt ist, wobei an diesem Be- festigungsabschnitt (23a, 23b) auch die Lagereinrichtung (9) zur drehbaren Lagerung des Rotors (5) angebracht ist.
19. Maschine nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass
der Befestigungsabschnitt (23a, 23b) als entlang der axialen Richtung (A) von dem Gehäuseteil (8a, 8b) nach innen in den Gehäuseinnenraum (3) hin- einragende Hülse (24) ausgebildet ist, an deren Innenseite ein Lagerelement (10a, 10b) der Lagereinrichtung (9) angeordnet ist.
20. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass
die beiden Gehäuseteile (8a, 8b) aus einem anderen Material hergestellt sind als der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b).
21. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass
das Material wenigstens eines Gehäuseteils (8a, 8b), vorzugsweise beider Gehäuseteile (8a, 8b), eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die kleiner ist als die thermische Leitfähigkeit des Wärmeübertragungskörpers (11 a,
1 1 b).
22. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass
das Material des Wärmeübertragungskörpers (11 a, 11 b) eine Wärmeleitfä- higkeit von wenigstens 100 W/(m*k), besonders bevorzugt wenigstens 150 W/(m*k, aufweist.
23. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass
ein weiteres, drittes Gehäuseteil (8c), welches Teil des Gehäuses (2) ist und die Maschine (1 ) radial begrenzt, durch eine Umspritzung des Stators (5) aus Kunststoff gebildet ist.
24. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste und/oder zweite Gehäuseteil (8a, 8b) separat zum dritten Ge- häuseteil (8c) ausgebildet sind.
25. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) und die beiden Gehäuseteile (8a, 8b) materialuneinheitlich ausgebildet, und/oder dass
das Material des Wärmeübertragungskörpers (11 a, 11 b) eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils (8a, 8b), und/oder dass
das Material des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils (8a, 8b) einen hö- here obere Streckgrenze oder/und Dehngrenze aufweist als das Material des Wärmeübertragungskörpers (11 a, 11 b).
26. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Wicklungsendabschnitten (26), die in den Kühlmittelraum (15), insbesondere in den Kühlkanal und/oder Kühlmittelverteilerraum und/oder Kühlmittelsammlerraum hineinragende hineinragen, und dem Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) ein Ringspalt (27) vorgesehen ist, der Teil Kühlmittelraums (15) ist.
27. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeübertragungskörper (1 1 a, 1 1 b) ausschließlich durch axiale Pres- sung arretiert ist.
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