EP3850733A1 - Elektrische maschine, insbesondere für ein fahrzeug - Google Patents

Elektrische maschine, insbesondere für ein fahrzeug

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EP3850733A1
EP3850733A1 EP19744690.9A EP19744690A EP3850733A1 EP 3850733 A1 EP3850733 A1 EP 3850733A1 EP 19744690 A EP19744690 A EP 19744690A EP 3850733 A1 EP3850733 A1 EP 3850733A1
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EP
European Patent Office
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heat transfer
transfer body
rotor
machine according
housing
Prior art date
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Pending
Application number
EP19744690.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Sever
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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
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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 jacket 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 prevent overheating and the associated damage or even destruction of the rotor. It is also necessary to dissipate the heat in order not to demagnetize the windings or permanent magnets of the rotor due to excessive temperature. It is known from the prior art to provide a cooling channel in the housing of an electrical machine, through which a coolant can flow, which in turn can absorb the waste heat generated in the machine and transport it out of the housing.
  • an object of the present invention to provide an improved embodiment for an electrical machine in which the aforementioned 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 and at the same time low manufacturing costs.
  • the housing parts are formed separately from the heat transfer body.
  • each of the two housing parts and the heat transfer body are formed in two parts. This makes it possible to select a material with a lower thermal conductivity for the housing parts than for the heat transfer body. Since materials with a high thermal conductivity are more expensive to procure than materials with a low thermal conductivity, considerable cost savings can be achieved in the manufacture of the electrical machine.
  • 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 interior of the housing, 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 second bearing plate, which the first th bearing plate is axially opposite, 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 chamber, which is preferably designed as a cooling channel, coolant collector chamber or / and coolant distributor chamber, in each case for a coolant to flow therethrough.
  • the heat transfer body is formed separately from the two housing parts. This makes it possible to choose a different material for the housing parts than for the heat transfer body. Thus, a material with a particularly high rigidity can be used for the housing parts and a material with a high thermal conductivity for the heat transfer body.
  • the heat transfer body and the two housing parts are made of different materials. This makes possible it is to use a material with 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 has a higher thermal conductivity than the material of the first and / or second housing part.
  • 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.
  • a heat transfer structure for transferring waste heat from the rotor to the heat transfer body is provided on the relevant heat transfer body and on the rotor.
  • the heat transfer structure and the two housing parts are expediently made of non-uniform material. This makes it possible to use a material with lower thermal conductivity for the housing parts than for the heat transmission structure. This leads to cost advantages in the manufacture of the machine.
  • the material of the heat transfer structure particularly preferably has a higher thermal conductivity than the material of the first and / or second housing part.
  • the heat transfer structure which is particularly critical for effective cooling of the rotor, can thus be selectively equipped with particularly good heat transport properties.
  • the heat transfer body and the heat transfer structure are made of the same material. In this way, effective heat transfer is ensured both by the heat transfer structure and by the heat transfer body.
  • the rotor can expediently be mounted directly on the housing parts. This allows the heat transfer structure to be made particularly 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.
  • This variant also makes it possible to design the heat transfer structure to be particularly thin-walled, since no bearing forces are introduced from the rotor into 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.
  • the heat transfer body can thus be made particularly thin-walled.
  • At least two heat transfer bodies are provided to limit 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 element. 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.
  • the two bearing elements are axially spaced apart.
  • 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 attached to the heat transfer body, in this embodiment it is possible to make the heat transfer body particularly thin-walled and to be particularly close to the rotor. onieren.
  • this embodiment is accompanied by further material savings and thus cost advantages.
  • 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 it is 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 sealing elements located therebetween, 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 is also accompanied by 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 material 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 to the rotor, which engage in recesses provided on the rotor and complementary thereto. In both alternatives, a large interaction surface for 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 the heat transfer from the rotor to the heat transfer body is ensured 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 annular or 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 and whose wall thickness measured along the axial direction is at most 3 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. At the same time, the cooling plate remains particularly thin-walled.
  • the heat transfer body with the heat transfer structure can be a deep-drawn component, in particular a shaped 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, particularly preferably have a fastening section configured in this way.
  • the bearing device is not attached to the housing via the heat transfer body as in many conventional electrical machines.
  • the heat transfer body can therefore be made particularly thin-walled.
  • the fastening section can particularly preferably be designed as a sleeve projecting axially from the housing part inwards into the housing interior, on the inside of which a bearing element of the bearing device is arranged.
  • 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 preferably both housing parts, 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 material of the heat transfer body particularly preferably has a thermal conductivity of at least 100 W / (m * k), preferably of 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.
  • An annular gap which is part of the coolant chamber, can expediently be formed between winding end sections of the stator coils, which protrude into the coolant chamber, and the heat transfer body.
  • 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 with an electrical machine presented above.
  • the advantages of the electrical machine explained above are therefore also transferred to the vehicle according to the invention. Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures on the basis of the drawings.
  • 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
  • FIG. 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 for driving the rotor 5 are electrically energized.
  • 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 also 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 made by overmolding the stator 5 from plastic. fabric formed.
  • the first and the second housing part 8a, 8b can also 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 7a.
  • the bearing device 9 comprises a second bearing element 10b, which is arranged axially at a distance from the first bearing element 10a, so that the rotor is arranged axially between the two bearing elements 10a, 10b, and via which the rotor shaft 6 is rotatably mounted on the second housing part 8b is.
  • 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 housing parts 8a, 8b, 8c.
  • a first and a second heat transfer body 11 a, 11 b are also provided for dissipating waste heat generated by the rotor 5 including its permanent magnets 7 during operation.
  • the two heat transfer bodies 11a, 11b are formed separately from the two housing parts 8a, 8b and, together with the two housing parts 8a, 8b, delimit a coolant chamber 15 which is designed as a cooling channel and through which a coolant K can flow.
  • the first and the second heat transfer bodies 11a, 11b and the housing parts 8a, 8b respectively assigned to the heat transfer bodies 11a, 11b are each formed in two parts.
  • the first heat transfer body 11 a can be attached 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 can also be considered.
  • 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, as can be seen in FIG. 1, the rotor 5 is not mounted on the housing parts 8a, 8b via the heat transfer structure 18 and also not via the heat transfer bodies 11a, 11b.
  • 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 warm The transmission 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 a coolant outlet 17 for discharging the coolant K from the coolant chamber 15. Heat is passed on to the coolant K flowing through the coolant space 15 via the two heat transfer bodies 11 a, 11 b, which in each case partially delimit the coolant space 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.
  • the cooling plates 22a, 22b can be realized by deep-drawn sheet metal parts.
  • 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 heat transfer structure 18 and the two housing parts 8a, 8b are designed to be non-uniform in material.
  • the two heat transfer bodies 11a, 11b are non-material compared to the two housing parts 8a, 8b educated.
  • the two heat transfer bodies 11 a, 11 b and the heat transfer structure 18 are made of the same material.
  • the material of the heat transfer structure 18 expediently has a higher thermal conductivity than the material of the first and the second housing part 8a, 8b.
  • the material of the heat transfer body has a higher thermal conductivity than the material of 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.
  • 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 such that less than 35%, preferably less than 10%, of the radial forces absorbed by the bearing elements 10a, 10b are passed on to the heat transfer bodies 8a, 8b become. 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 of FIG. 1 in the region of the first heat transfer body 11 a.
  • the heat transfer structure 18 for transferring waste heat from the rotor 5 to the heat transfer body 11 a formed.
  • 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.
  • the first heat transfer body 11 a comprises a plurality of projections 21 projecting axially from the heat transfer body to the rotor 5, which projections 21 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 and a projection flute 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 three is five times the aforementioned 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 designed as a sleeve 24 projecting axially inward from the first housing part 11a into the housing interior 3, 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) on which the second heat transmission body 11 b and the rotor 5 are attached.
  • 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 G0ehäuseinnenraum (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 einer der beiden Gehäuseteile (8a, 8b) und dem Rotor (5) ein Wärmeübertragungskörper (11a, 11b) angeordnet, der zusammen mit dem Gehäuseteil (8a, 8b) einen von einem Kühlmittel (K) durchströmbaren Kühlmittelraum (15) begrenzt. Der Wärmeübertragungskörper (11a, 11b) ist separat zu den beiden Gehäuseteilen (8a, 8b) ausgebildet.

Description

Elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug, 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 Gehäuseinnen- raum radial begrenzenden Mantel, axial einerseits eine den Gehäuseinnenraum axial begrenzende Rückseitenwand und axial andererseits eine den Gehäusein- nenraum axial begrenzende Vorderseitenwand aufweist. Fest mit dem Mantel ist ein Stator der Maschine verbunden. Im Stator ist ein Rotor der Maschine ange- ordnet, wobei eine Rotorwelle des Rotors über ein vorderes Wellenlager an der Vorderseitenwand drehbar gelagert ist.
Typischerweise umfasst der Stator einer herkömmlichen elektrischen Maschine 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 wer- den muss. Eine Abführung der Wärme ist außerdem erforderlich, um die Wicklun- gen 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 aufnehmen und aus dem Gehäuse transportieren kann. Um im Rotor vorhandene Wärme beson- ders wirksam abführen zu können, ist es aus herkömmlichen elektrischen Ma- schinen bekannt, integral am Gehäuse und möglichst nahe am Rotor eine Struktur mit großer thermische Wechselwirkungsfläche - beispielsweise eine Rippenstruk- tur - und mit hoher Wärmeleitfähigkeit bereitzustellen, so dass sie besonders viel Wärme vom Rotor aufnehmen kann. Da es sich bei einer solchen Struktur typi- scherweise um einen Teil des Gehäuses handelt, welches nahe am Rotor positio niert ist, erfolgt bei herkömmlichen elektrischen Maschinen auch die Lagerung des Rotors typischerweise im Bereich besagter Struktur. Dies bedeutet aber, dass diese Struktur entsprechend massiv ausgebildet sein muss, um die vom Rotor während der Drehbewegung erzeugten Kräfte aufnehmen zu können. Somit ist für besagte Struktur eine große Wandstärke der Struktur erforderlich. Dies erschwert aber die Entwärmung des Rotors. Um dem entgegenzuwirken, werden Werkstoffe mit hoher Wärmeleitfähigkeit genutzt. Damit ist aber wiederum ein erheblicher Kostenaufwand verbunden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungs- form für eine elektrische Maschine zu schaffen, bei welcher vorangehend genann- ter Nachteile weitgehend oder sogar vollständig beseitigt sind. Insbesondere soll eine verbesserte Ausführungsform für eine elektrische Maschine geschaffen wer- den, welche sich durch eine verbesserte Kühlung des Rotors bei gleichzeitig ge- ringen 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 direkt an den beiden Lagerschilden des Gehäuses, also an den beiden den Gehäusein- nenraum 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 verbunden und an diesen gelagert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass vom Rotor erzeugte Kräfte über die Lagereinrichtung direkt in die beiden Lagerschilde eingeleitet wer- den. Dies wiederum erlaubt es, einen Wärmeübertragungskörper, der zur Auf- nahme von Abwärme vom Stator zwischen einem im Gehäuse vorgesehenen Kühlmittelpfad - dieser kann als Kühlkanal, Kühlmittelsammler oder Kühlmittel- sammler ausgebildet sein - und dem Rotor im Gehäuseinnenraum angeordnet ist, besonders dünnwandig auszubilden. Dies bewirkt eine hohe Wärmeübertra- gungsrate durch den Wärmeübertragungskörper hindurch und somit eine beson- ders hohe Kühlleistung, die mit Hilfe des Wärmeübertragungskörpers für die Ro- torkühlung bereitgestellt werden kann. Erfindungsgemäß sind die Gehäuseteilen separat gegenüber dem Wärmeübertragungskörper ausgebildet. Mit anderen Worten, jedes der beiden Gehäuseteile und der Wärmeübertragungskörper sind zweiteilig ausgebildet. Dies ermöglicht es, für die Gehäuseteile ein Material mit geringerer Wärmeleitfähigkeit auszuwählen als für den Wärmeübertragungskör- per. Da Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit in der Beschaffung teurer sind als Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit, können auf diese Weise erhebli- che Kosteneinsparungen bei der Fertigung der elektrischen Maschine erzielt wer- den.
Zusätzlich gehen mit der bei dünnwandigen Wärmeübertragungskörpern erzielten Materialeinsparung erhebliche Kostenvorteile einher, da Materialien mit sehr ho- her 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 Drehachse drehbar ist. Durch die Drehachse wird eine axiale Richtung der Maschine defi- niert. Die Maschine umfasst ein Gehäuse, welches einen Gehäuseinnenraum umgibt. Dabei umfasst das Gehäuse ein erstes und ein zweites Gehäuseteil, die den Gehäuseinnenraum, vorzugsweise entlang der axialen Richtung, begrenzen und an welchen der Rotor mittels einer Lagereinrichtung drehbar gelagert ist. Bei den beiden Gehäuseteilen kann es sich insbesondere um die eingangs erwähn- ten axialen„Lagerschilde“ handeln. Die Lagereinrichtung kann zwei Lagerelemen- te, insbesondere in der Art von Wellenlagern, aufweisen, wobei ein erstes Wel- lenlager an dem ersten Gehäuseteil, und ein zweites Lagerelement an dem zwei- ten Gehäuseteil, also vorzugsweise an einem zweiten Lagerschild, das dem ers- ten Lagerschild axial gegenüberliegt, angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist axial zwischen wenigstens einem Gehäuseteil - also dem ersten oder zweiten Gehäu- seteil - und dem Rotor ein Wärmeübertragungskörper angeordnet. Dieser Wär- meübertragungskörper begrenzt zusammen mit besagtem Gehäuseteil einen Kühlmittelraum, der vorzugsweise als Kühlkanal, Kühlmittelsammlerraum o- der/und Kühlmittelverteilerraum, jeweils zum Durchströmen mit einem Kühlmittel, ausgebildet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmeübertragungskörper separat zu den beiden Gehäuseteilen ausgebildet. Dies erlaubt es, für die Ge- häuseteile ein anderes Material zu wählen als für den Wärmeübertragungskörper. Somit kann für die Gehäuseteile ein Material mit besonders hoher Steifigkeit und für den Wärmeübertragungskörper ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit ver- wendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der Wärmeübertragungskörper und die beiden Gehäuseteile materialuneinheitlich ausgebildet. Dies ermöglicht es, für die Gehäuseteile ein Material mit geringerer Wärmeleitfähigkeit zu ver- wenden als für die Wärmeübertragungsstruktur. Diese führt zu Kostenvorteilen bei der Herstellung der Maschine. Alternativ oder zusätzlich kann das Material des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils einen höhere obere Streckgrenze o- der/und Dehngrenze aufweisen als das Material des Wärmeübertragungskörpers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Material des Wärmeüber- tragungskörpers eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als das Material des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils. Somit kann in den Gehäuseteilen, welche keine Wärme vom Rotor an den Kühlmittelraum übertragen müssen, ein relativ kosten- günstig verfügbares Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an dem betreffenden Wärmeüber- tragungskörper und am Rotor eine Wärmeübertragungsstruktur zur Übertragung von Abwärme vom Rotor auf den Wärmeübertragungskörper vorhanden.
Zweckmäßig sind die Wärmeübertragungsstruktur und die beiden Gehäuseteile materialuneinheitlich ausgebildet sind. Dies ermöglicht es, für die Gehäuseteile ein Material mit geringerer Wärmeleitfähigkeit zu verwenden als für die Wärme- Übertragungsstruktur. Diese führt zu Kostenvorteilen bei der Herstellung der Ma- schine.
Besonders bevorzugt weist das Material der Wärmeübertragungsstruktur eine hö- here Wärmeleitfähigkeit auf als das Material des ersten und/oder zweiten Gehäu- seteils. Somit kann die für eine effektive Entwärmung des Rotors besonders kriti sche Wärmeübertragungsstruktur selektiv mit besonders guten Wärmetrans- porteigenschaften ausgestattet werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind der Wärmeübertragungskörper und die Wärmeübertragungsstruktur materialeinheitlich ausgebildet sind. Auf diese Weise wird ein effektiver Wärmetransport sowohl durch die Wärmeübertragungs- Struktur als auch durch den Wärmeübertragungskörper gewährleistet.
Zweckmäßig kann der Rotor direkt an den Gehäuseteilen gelagert sein. Dies er- laubt es, die Wärmeübertragungsstruktur besonders dünnwandig auszugestalten, da keine Lagerkräfte aus dem Rotor in die Wärmeübertragungsstruktur eingeleitet werden.
Besonders bevorzugt ist der Rotor nicht über die Wärmeübertragungsstruktur und vorzugsweise auch nicht über den Wärmeübertragungskörper an den Gehäuse- teilen gelagert. Auch diese Variante ermöglicht es, die Wärmeübertragungsstruk- tur besonders dünnwandig auszugestalten, da keine Lagerkräfte aus dem Rotor in die Wärmeübertragungsstruktur eingeleitet werden.
Zweckmäßig beträgt eine in der axialen Richtung gemessene Wandstärke des ersten oder/und zweiten Gehäuseteils wenigstens das Zweifache, vorzugsweise wenigstens das Fünffache, einer Wandstärke des Wärmeübertragungskörpers. Der Wärmeübertragungskörper kann somit besonders dünnwandig ausgestaltet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zur Begrenzung des Kühlmittel- raums zumindest zwei Wärmeübertragungskörper vorhanden, die beide separat zu den beiden Gehäuseteilen ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform sind ein erster Wärmeübertragungskörper axial zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem Rotor und ein zweiter Wärmeübertragungskörper axial zwischen dem Rotor und dem zweiten Gehäuseteil angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lagereinrichtung ein ers- tes Lagerelement und ein zweites Lagerelement, die axial im Abstand zueinander angeordnet sind, so dass der Rotor axial zwischen den beiden Lagerelementen angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist die axiale Position der Lagerele- mente so festgelegt, dass durch die Lagerelemente aufgenommenen Radialkräfte zu weniger als 35%, vorzugsweise zu weniger als 10%, an den jeweiligen Wär- meübertragungskörper weitergeleitet werden. Auf diese Weise wird eine Überbe- lastung des Wärmeübertragungskörpers vermieden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lagereinrichtung ein ers- tes Lagerelement, mittels welchem der Rotor am ersten Gehäuseteil gelagert ist, und ein zweites Lagerelement, mittels welchem der Rotor am zweiten Gehäuseteil gelagert ist. Die beiden Lagerelemente sind axial im Abstand zueinander ange- ordnet. Bei dieser Ausführungsform ist ein entlang der axialen Richtung gemes- sener Abstand zwischen dem ersten Wärmeübertragungskörper und dem ersten Gehäuseteil größer - und beträgt vorzugsweise wenigstens das Zweifache - als ein Abstand zwischen dem ersten Lagerelement und dem ersten Gehäuseteil. Al ternativ oder zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform 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 zwischen dem zweiten Lagerelement und dem zwei- ten Gehäuseteil.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stator an wenigstens einem der beiden Gehäuseteile befestigt. Gegenüber herkömmlichen elektrischen Ma- schinen, bei welchen die Befestigung des Stators am Wärmeübertragungskörper erfolgt, ist es bei dieser Ausführungsform möglich, den Wärmeübertragungskör- per besonders dünnwandig auszubilden und besonders nahe am Rotor zu positi- onieren. Außerdem gehen mit dieser Ausführungsform weitere Materialeinsparun- gen 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 Wärmeübertra- gungskörper eingeleitet werden, die zu einer Beschädigung desselben führen könnte, insbesondere wenn dieser - wie hier vorgeschlagen - dünnwandig aus- gebildet wird. Bei einer dazu alternativen Variante ist der Wärmeübertragungs- körper mit einer Vorspannkraft zwischen Stator und Gehäuseteil eingespannt, die ausreicht, um eine fluiddichte Flächenpressung für dazwischenliegende Dich- tungselemente, insbesondere in der Art von Elastomer-Dichtungen, zu gewähr- leisten.
Bevorzugt sind der Wärmeübertragungskörper und das wenigstens eine Gehäu- seteil 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 Kostenvor- teile bei der Herstellung der elektrischen Maschine einher.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmeübertragungskör- per an dem wenigstens einen Gehäuseteil befestigt. Denkbar ist dabei eine lösba- re oder unlösbare Befestigung. Letztere kann insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Wärmeübertragungsstruktur mehrere axial vom Rotor zum Wärmeübertragungskörper hin abstehende Vor- sprünge, welche in komplementäre, am Wärmeübertragungskörper vorgesehene Ausnehmungen eingreifen. Gemäß einer dazu alternativen vorteilhaften Weiter- bildung umfasst die Wärmeübertragungsstruktur mehrere axial vom Wärmeüber- tragungskörper zum Rotor hin abstehende Vorsprünge, welche in dazu komple- mentäre, am Rotor vorgesehene Ausnehmungen eingreifen. Bei beiden Alternati ven ist eine große Wechselwirkungsfläche für die Wärmeübertragung vom Rotor auf den Wärmeübertragungskörper sichergestellt.
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 Wärme- übertragungskörper sichergestellt.
Besonders bevorzugt sind der Wärmeübertragungskörper und der Rotor zur Rea- lisierung der Wärmeübertragungsstruktur derart relativ zueinander angeordnet, 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 Wärmeübertragungskörper und Rotor gebildete Ring- bzw. Luftspalt eine geringe Spaltbreite, so dass eine effektive Wärmeübertragung vom Rotor auf den Wärmeübertragungskörper gewährleistet ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der Wärmeübertra- gungskörper als sich zumindest abschnittsweise quer zur axialen Richtung erstre- ckende Kühlplatte ausgebildet sein, deren entlang der axialen Richtung gemes- sene Wandstärke höchstens 3 mm beträgt. An bzw. in dieser Kühlplatte sind ent- lang der axialen Richtung die die Wärmeübertragungsstruktur ergebenden Vor- sprünge bzw. Ausnehmungen ausgeformt bzw. ausgebildet. Besonders bevorzugt beträgt eine Ausnehmungs-Tiefe oder Vorsprungs-Höhe der am Wärmeübertragungskörper die Wärmeübertragungsstruktur ausbildenden Ausnehmungen bzw. Vorsprünge wenigstens das Dreifache, vorzugsweise we- nigstens das Fünffache, der Wandstärke der Kühlplatte. Bei dieser Variante be- sitzt die Wärmeübertragungsstruktur eine große Wechselwirkungsfläche, so dass pro Zeiteinheit eine besonders große Wärmemenge vom Rotor an den Wärme- übertragungskörper übertragen werden kann. Gleichzeitig bleibt die Kühlplatte besonders dünnwandig ausgeführt.
Der Wärmeübertragungskörper mit der Wärmeübertragungsstruktur kann ein tief- gezogenes Bauteil, insbesondere Blechformteil, mit Rippenstruktur sein, wobei die Rippenstruktur durch einen Tiefzieh- oder Umformprozess hergestellt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist wenigstens ein Gehäuseteil einen Befestigungsabschnitt auf, an welchem der Wärmeübertragungskörper befestigt ist, wobei am Befestigungsabschnitt zusätzlich die Lagereinrichtung zur drehba- ren Lagerung des Rotors angebracht ist. Besonders bevorzugt weisen beide Ge- häuseteile, also sowohl das erste als auch das zweite Gehäuseteil, einen derart ausgestalteten Befestigungsabschnitt auf. Bei dieser Variante ist die Lagereinrich- tung nicht wie bei vielen herkömmlichen elektrischen Maschinen über den Wär- meübertragungskörper am Gehäuse befestigt. Daher kann der Wärmeübertra- gungskörper besonders dünnwandig ausgebildet werden.
Besonders bevorzugt kann der Befestigungsabschnitt als axial von dem Gehäuse- teil 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 La- gereinrichtung an dem Gehäuseteil sicher. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmeübertragungskör- per aus einem anderen Material hergestellt als wenigstens eines der beiden Ge- häuseteile. Besonders sind beide Gehäuseteile aus einem anderen Material her- gestellt 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 thermischer Leitfähigkeit verwendet werden kann.
Besonders zweckmäßig besitzt das Material wenigstens eines Gehäuseteils, vor- zugsweise 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 übertra- gen müssen, ein relativ kostengünstig verfügbares Material mit niedriger thermi- scher Leitfähigkeit verwendet werden.
Besonders bevorzugt weist das Material des Wärmeübertragungskörpers eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 100 W/(m*k), bevorzugt von wenigstens 150 W/(m*k) auf. Auf diese Weise wird ein effektiver Wärmetransport vom Rotor über den Kühlkanal zu dem im Kühlmittelraum vorhandenen Kühlmittel sichergestellt.
Zweckmäßig kann zwischen Wicklungsendabschnitten der Statorspulen, die in den Kühlmittelraum, hineinragen, und dem Wärmeübertragungskörper ein Ring- spalt ausgebildet sein, der Teil des Kühlmittelraums ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit ei- ner vorangehend vorgestellten elektrischen Maschine. Die oben erläuterten Vor- teile der elektrischen Maschine übertragen sich daher auch auf das erfindungs- gemäße 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 Maschine 1. Die Maschine 1 umfasst ein Gehäuse 2, welches einen Gehäuseinnenraum 3 umgibt. Im Gehäuseinnenraum 3 sind ein Stator 4 und ein Rotor 5 angeordnet. Der Stator 4 kann einen Statorkörper 12 und mehrere, in Figur 1 nicht näher dar- gestellte 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 angebracht.
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 auch eine axiale Richtung A der elektrischen Maschine 1 definiert. Eine radiale Richtung R erstreckt sich senkrecht von der Drehachse D weg. Eine Umfangsrich- tung U läuft um die Drehachse D um. Die Permanentmagnete 7 des Rotors 5 kön- nen entlang der Umfangsrichtung U der Rotorwelle 6 mit abwechselnder magneti- scher Polarisation angeordnet sein. Mit anderen Worten, entlang der Umfangs- richtung U wechseln sich magnetische Nordpole N und magnetische Südpole S ab.
Wie Figur 1 erkennen lässt, umfasst das Gehäuse 2 ein erstes und ein zweites Gehäuseteil 8a, 8b. Diese beide Gehäuseteile 8a, 8b sind dem Fachmann auch als sogenannte„Lagerschilde“ bekannt und begrenzen den Gehäuseinnenraum 3 entlang der axialen Richtung A. Ein weiteres, drittes Gehäuseteil 8c, welches die Maschine radial begrenzt, wird durch eine Umspritzung des Stators 5 aus Kunst- stoff gebildet. Das erste und das zweite Gehäuseteil 8a, 8b können auch 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 Lagerelement 10a, über welches die Rotorwelle 6 drehbar am ersten Gehäuseteil 7a gelagert ist. Entsprechend umfasst die Lager- einrichtung 9 ein zweites Lagerelement 10b, welches axial im Abstand zum ersten Lagerelement 10a angeordnet ist, so dass der Rotor axial zwischen den beiden Lagerelementen 10a, 10b angeordnet ist, und über welches die Rotorwelle 6 drehbar am zweiten Gehäuseteil 8b gelagert ist. Die beiden Lagerelemente 10a, 10b - dem Fachmann auch unter der Bezeich- nung„Wellenlager“ bekannt - sind hierzu fest mit dem ersten bzw. zweiten Ge- häuseteil 8a, 8b verbunden. Der Stator 4 mit dem Statorkörper 12 und den Stator- spulen 13 ist ebenfalls an den Gehäuseteilen 8a, 8b, 8c befestigt.
Im Gehäuseinnenraum 3 sind außerdem ein erster und ein zweiter Wärmeüber- tragungskörper 11 a, 11 b zum Abführen 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 begrenzen zusammen mit den beiden Gehäuseteilen 8a, 8b einen als Kühlkanal ausgebildeten Kühlmittelraum 15, der von einem Kühlmit- tel K durchströmt werden kann. Der erste und der zweite Wärmeübertragungskör- per 11 a, 11 b und die den Wärmeübertragungskörpern 11 a, 11 b jeweils zugeord- neten Gehäuseteile 8a, 8b sind also jeweils zweiteilig ausgebildet. Der erste Wärmeübertragungskörper 11 a kann, beispielsweise mittels einer stoffschlüssi- gen Verbindung, am ersten Gehäuseteil 8a befestigt sein. Entsprechend kann der zweite Wärmeübertragungskörper 11 b, bevorzugt ebenfalls mittels einer stoff- schlüssigen Verbindung, am zweiten Gehäuseteil 8b befestigt sein. Alternativ zu einer stoffschlüssigen Verbindung kommt auch eine geeignete lösbare Verbin- dung in Betracht. Die beiden Wärmeübertragungskörper 11 a, 11 b der Wärme- Übertragungsstruktur 18 sind dabei bevorzugt ausschließlich durch axiale Pres- sung arretiert. Zweckmäßig ist der Rotor 5 direkt an den Gehäuseteilen 8a, 8b ge- lagert. insbesondere ist der Rotor 5, wie Figur 1 erkennen lässt, nicht über die Wärmeübertragungsstruktur 18 und auch nicht über die Wärmeübertragungskör- per 11 a, 11 b an den Gehäuseteilen 8a, 8b gelagert.
Der erste Wärmeübertragungskörper 11 a ist entlang der axialen Richtung A zwi- schen dem ersten Gehäuseteil 8a und dem Rotor 5 angeordnet. Der zweite Wär- meübertragungskörper 11 b ist entlang der axialen Richtung A zwischen dem Ro- tor 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 Ma- schine 1 erzeugte Wärme aufnehmen, sodass eine Überhitzung und - damit ver- bunden - eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Maschine 1 vermieden wer- den 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 Kühl mittels K aus dem Kühlmittelraum 15 vorgesehen. Über die beiden Wärmeüber- tragungskörper 11 a, 11 b, welche den Kühlmittelraum 15 jeweils teilweise begren- zen, 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 3 mm beträgt. Die Kühlplatten 22a, 22b können durch tiefgezo- gene Blechformteile realisiert sein. Wie die Figur 1 erkennen lässt, sind die bei- den Wärmeübertragungskörper 11 a und 11 b im Abstand zum Stator 4 mit dem Statorkörper 12 angeordnet und liegen nur mit Kontaktabschnitten 19 lose an die- sem an. Im Beispielszenario beträgt eine in der axialen Richtung A gemessene Wandstärke des ersten und zweiten Gehäuseteils 8a, 8b wenigstens das Zweifa- che, vorzugsweise wenigstens das Fünffache, einer Wandstärke des ersten bzw. zweiten Wärmeübertragungskörpers 11 a, 11 b.
Die Wärmeübertragungsstruktur 18 und die beiden Gehäuseteile 8a, 8b sind ma- terialuneinheitlich ausgebildet. Ebenso sind die beiden Wärmeübertragungskör- per 11 a, 11 b gegenüber den beiden Gehäuseteilen 8a, 8b materialuneinheitlich ausgebildet. Demgegenüber sind die beiden Wärmeübertragungskörper 11 a, 11 b und die Wärmeübertragungsstruktur 18 materialeinheitlich ausgebildet. Zweck- mäßig weist das Material der Wärmeübertragungsstruktur 18 eine höhere Wärme- leitfähigkeit auf als das Material des ersten und des zweiten Gehäuseteils 8a, 8b. Des Weiteren weist das Material des Wärmeübertragungskörpers eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als das Material der beiden Gehäuseteile 8a, 8b. Das Ma- terial der beiden Gehäuseteile 8a, 8b weist eine thermische Leitfähigkeit auf, die kleiner ist als die thermische Leitfähigkeit der Wärmeübertragungskörpers 8a, 8b. Auf diese Weise können Kosten bei der Herstellung der Maschine 1 eingespart werden, da geeignete Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit üblicherweise teu- rer sind als Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Um eine hohe Wärme- Übertragungsleitung vom Rotor 5 über den Wärmeübertragungskörper 11 a, 11 b auf die jeweilige Gehäuseteil 8a, 8b sicherzustellen, weist das Material der Wär- meübertragungskörpers 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 Lagerelemente 10a, 10b entlang der axia- len Richtung A so festgelegt, durch die Lagerelemente 10a, 10b aufgenommenen Radialkräfte zu weniger als 35%, vorzugsweise zu weniger als 10%, an die Wär- meübertragungskörper 8a, 8b weitergeleitet werden. Auf diese Weise wird eine Überbelastung des jeweiligen Wärmeübertragungskörpers 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 11 a 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 Wärmeübertragungs- körper 11 a mehrere axial vom Wärmeübertragungskörper zum Rotor 5 hin abste- hende Vorsprünge 21 umfasst, welche in zu den Vorsprüngen 21 komplementäre, am Rotor 5 vorgesehene Ausnehmungen 20 eingreifen. Bevorzugt können die Vorsprünge 21 kammartig ausgebildet sein. Zweckmäßig beträgt ein im Bereich der Wärmeübertragungsstruktur 18 zwischen dem Wärmeübertragungskörper 11 a und dem Rotor 5 entlang der axialen Richtung gemessener Abstand X höchstens 1 mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm. Bevorzugt beträgt eine Ausnehmungs- Tiefe T1 der am ersten Wärmeübertragungskörper 11 a die Wärmeübertragungs- Struktur 18 ausbildenden Ausnehmungen T1 bzw. sowie eine Vorsprungs-Flöhe H 1 der am ersten Wärmeübertragungskörper 11 a die Wärmeübertragungsstruktur 18 ausbildenden Vorsprünge 21 wenigstens das Dreifache, vorzugsweise wenigs- tens 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 zwei- te Lagerelement 10b der Lagereinrichtung 9 am zweiten Befestigungsabschnitt 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 Gehäuse- teil (8a, 8b) umfasst, die den Gehäuseinnenraum (3), vorzugsweise entlang der axialen Richtung (A) begrenzen und an welchen der Rotor (5) mittels ei- ner Lagereinrichtung (9) drehbar gelagert ist,
wobei entlang der axialen Richtung (A) zwischen wenigstens einer der beiden Gehäuseteile (8a, 8b) und dem Rotor (5) zumindest ein Wärmeübertragungs- körper (11 a, 11 b) angeordnet ist, der zusammen mit dem Gehäuseteil (8a, 8b) einen von einem Kühlmittel (K) durchströmbaren Kühlmittelraum (15), vor- zugsweise einen Kühlkanal und/oder Kühlmittelverteilerraum und/oder Kühl- mittelsammlerraum, begrenzt.
2. Maschine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) separat zu den beiden Gehäusetei- len (8a, 8b) ausgebildet ist.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2,
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 Wärme- leitfähigkeit aufweist als das Material des ersten und/oder zweiten Gehäuse- teils (8a, 8b), und/oder dass
das Material des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils (8a, 8b) einen höhere obere Streckgrenze oder/und Dehngrenze aufweist als das Material des Wärmeübertragungskörpers (11 a, 11 b).
4. Maschine nach einem er Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) und der Rotor (5) eine Wärmeüber- tragungsstruktur (18) zur Übertragung von Wärme vom Rotor (5) auf den Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) umfassen.
5. Maschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmeübertragungsstruktur (18) und die beiden Gehäuseteile (8a, 8b) materialuneinheitlich ausgebildet sind.
6. Maschine nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Material der Wärmeübertragungsstruktur (18) eine höhere Wärmeleitfä- higkeit aufweist als das Material des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils (8a, 8b).
7. Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) und die Wärmeübertragungsstruk- tur (18) materialeinheitlich ausgebildet sind.
8. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (5) direkt an den Gehäuseteilen (8a, 8b) gelagert ist.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
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) ge- lagert ist.
10. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine in der axialen Richtung (A) gemessene Wandstärke des ersten oder/und zweiten Gehäuseteils (8a, 8b) wenigstens das Zweifache, vorzugsweise we- nigstens das Fünffache, einer Wandstärke des Wärmeübertragungskörpers (11 a, 11 b) beträgt.
11. Maschine nach Anspruch nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
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, wobei ein erster Wärmeübertragungskörper (11 a) entlang der axialen Rich- tung (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) angeordnet ist.
12. 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) an- geordnet ist,
die axiale Position der Lagerelemente (10a, 10b) so festgelegt ist, dass , dass durch die Lagerelemente aufgenommenen Radialkräfte zu weniger als 35%, vorzugsweise zu weniger als 10%, an den Wärmeübertragungskörper wei- tergeleitet werden.
13. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lagereinrichtung (9) ein erstes Lagerelement (10a) umfasst, mittels wel- chem der Rotor (5) am ersten Gehäuseteil (8a) gelagert ist, und ein zweites Lagerelement (10b) umfasst, welches axial im Abstand zum ersten Lagerele- ment (10a) angeordnet ist und mittels welchem der Rotor (5) am zweiten Ge- häuseteil (8b) gelagert ist,
ein entlang der axialen Richtung (A) gemessener Abstand zwischen dem ers- ten Wärmeübertragungskörper (11 a) und dem ersten Gehäuseteil (8a) größer ist, vorzugsweise wenigstens das Zweifache beträgt, als ein entlang der axia- len Richtung (A) gemessener Abstand zwischen dem ersten Lagerelement (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) Abstand gemessener zwischen dem zweiten La- gerelement (10b) und dem zweiten Gehäuseteil (8b).
14. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stator (4) an wenigstens einem der beiden Gehäuseteile (8a, 8b) befestigt ist.
15. 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.
16. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) an dem wenigstens einen Gehäu- seteil (8a, 8b) befestigt ist; oder dass
der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) und das wenigstens eine Gehäuse- teil (8a, 8b) einteilig ausgebildet sind.
17. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmeübertragungsstruktur (18) wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere, axial vom Rotor (5) zum Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) hin abstehen- de Vorsprünge (21 ) umfasst, welche in komplementäre, am Wärmeübertra- gungskörper (11 a, 11 b) vorgesehene Ausnehmungen (20) eingreifen.
18. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmeübertragungsstruktur (18) wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere, axial vom Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) zum Rotor (5) hin abstehen- de Vorsprünge (21 ) umfasst, welche in komplementäre, am Rotor (5) vorge- sehene Ausnehmungen (20) eingreifen.
19. Maschine nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorsprünge (21 ) kammartig ausgebildet sind.
20. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein im Bereich der Wärmeübertragungsstruktur (18) zwischen dem Wärme- übertragungskörper (11 a, 11 b) und dem Rotor (5) einen entlang der axialen Richtung (A) gemessener Abstand (X) höchstens 1 mm, vorzugsweise höchs- tens 0,5 mm, beträgt.
21. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) als sich zumindest abschnittsweise quer zur axialen Richtung (A) erstreckendes tiefgezogenes Bauteil, vorzugs- weise als tiefgezogenes Blechformteil, höchst vorzugsweise als Kühlplatte (22a, 22b), ausgebildet ist, deren entlang der axialen Richtung (A) gemesse- ne Wandstärke (W) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise entlang ihrer gesamten Erstreckung quer zur axialen Richtung (A), höchstens 3 mm, bevor- zugt höchstens 1 mm, beträgt.
22. Maschine nach Anspruch 21 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ausnehmungs-Tiefe (T 1 ) und/oder eine Vorsprungs-Höhe (H1 ) der am Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) die Wärmeübertragungsstruktur (18) ausbildenden Ausnehmungen (20) bzw. Vorsprünge (21 ) wenigstens das Dreifache, vorzugsweise wenigstens das Fünffache, der Wandstärke (W) der Kühlplatte beträgt.
23. 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.
24. Maschine nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Befestigungsabschnitt (23a, 23b) als entlang der axialen Richtung (A) von dem Gehäuseteil (8a, 8b) nach innen in den Gehäuseinnenraum (3) hineinra- gende Hülse (24) ausgebildet ist, an deren Innenseite ein Lagerelement (10a, 10b) der Lagereinrichtung (9) angeordnet ist.
25. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuseteile (8a, 8b) aus einem anderen Material hergestellt sind als der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b).
26. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das das Material wenigstens eines Gehäuseteils (8a, 8b), vorzugsweise bei- der Gehäuseteile (8a, 8b), eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die kleiner ist als die thermische Leitfähigkeit des Wärmeübertragungskörpers (11 a, 1 1 b).
27. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, 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.
28. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, 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.
29. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Wicklungsendabschnitten (26), die in den Kühlmittelraum (15), insbesondere in den Kühlkanal und/oder Kühlmit- telverteilerraum und/oder Kühlmittelsammlerraum hineinragende hineinragen, und dem Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) ein Ringspalt (27) vorgese- hen ist, der Teil Kühlmittelraums (15) ist.
30. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeübertragungskörper (11 a, 11 b) ausschließlich durch axiale Pres- sung arretiert ist.
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