EP4566150A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Elektrische maschine

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Publication number
EP4566150A1
EP4566150A1 EP23735671.2A EP23735671A EP4566150A1 EP 4566150 A1 EP4566150 A1 EP 4566150A1 EP 23735671 A EP23735671 A EP 23735671A EP 4566150 A1 EP4566150 A1 EP 4566150A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric machine
electrical machine
cooling disk
machine
proposed according
Prior art date
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Pending
Application number
EP23735671.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Csongor Horvath
Tibor VAJSZ
Vilmos Paiss
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4566150A1 publication Critical patent/EP4566150A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/182—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to stators axially facing the rotor, i.e. with axial or conical air gap
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/09—Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the invention relates to an electric machine with at least one electric machine part, which comprises at least a first cooling disk and a further cooling disk, on which a first and a second stator part are each accommodated. Furthermore, the invention relates to the use of the electric machine in an e-axle module of an electrically driven vehicle.
  • DE 10 2018 106 947 A1 discloses an electric motor that is connected in a simplified manner to a carrier unit provided for holding or stationarily fixing the stator.
  • a carrier unit provided for holding or stationarily fixing the stator.
  • bow-like raised sections with radial recesses are formed on a stator peripheral surface, the raised sections interacting with the peripheral surface of a carrier unit to form a non-positive connection.
  • the non-positive connection can be designed as a pure clamp connection or as a rotary clamp connection.
  • additional assemblies and the cost of materials should be minimized and the conditions for automated and quality-assured production should also be created.
  • DE 10 2016 209 298 B4 is concerned with a vehicle part with a structure-borne sound-damped and/or vibration-damped area, which has a modified Natural vibration behavior, especially in comparison to conventional components, and is less susceptible.
  • chemical and/or physical processing is carried out in the relevant area of the metallic vehicle part.
  • this can be a housing for electric motors.
  • an electric machine is proposed with at least one electric machine part, which comprises at least a first cooling disk and a further cooling disk, on which a first and a second stator part are each accommodated.
  • a rotor is assigned to the first stator part and the second stator part, with the first cooling disk and the further cooling disk being fixed to one another by means of a number of holding elements.
  • a jacket-shaped housing for the electrical machine can be replaced due to the use of a number of holding elements, which on the one hand contributes to weight savings and on the other hand drastically reduces production costs.
  • the number of holding elements that extend between the cooling disks can vary, and these can also be made of a material such as plastic or a hybrid material comprising plastic and metal components.
  • the first cooling disk, the further cooling disk, a second cooling disk as well as the stator parts assigned to them and the rotor parts arranged between them are designed to be disk-shaped.
  • the electrical machine proposed according to the invention is designed as an axial flux machine, as a transverse flux machine or as a hybrid radial-axial flux machine (Radiax).
  • the additional cooling disk is preferably designed as a double cooling disk. This makes it possible to expand the electrical machine on a modular basis in such a way that it a first electric machine part and a second electric machine part, which are connected by the centrally arranged further cooling disk, which is designed as a double cooling disk.
  • the electric machine proposed according to the invention has a first electric machine part and a second electric machine part, which are connected to one another via said double cooling disk.
  • the respective rotor is arranged in the at least one electric machine part in relation to the stator parts assigned to it, which are preferably disk-shaped, forming air gaps.
  • the number of holding elements is made of a weight-saving plastic material, of a metallic material or of a hybrid material, i.e. H. a combination of plastic material and a metallic material.
  • This structure represents a drastic weight saving in the design of the electrical machine proposed according to the invention, without impairing its functional safety and stability in any way.
  • the holding elements are designed, for example, in a circular, semicircular, annular, square, hollow profile or even in a V-shaped cross section. Both hollow profiles and a solid material with a cylindrical or square cross-section can be used.
  • the holding elements which fix the cooling disks to one another are designed in a V-shape, a W-shape, an N-shape or an I-shape.
  • Such a geometric design of the holding elements ensures a sufficient number of connection points on the cooling disks, which connect these holding elements to one another and between which they extend.
  • the holding elements between the cooling disks and the further cooling disk are provided with spacer elements.
  • the first and second electric machine parts are provided with half-shell-shaped shielding halves. This means that the electrical machine is encapsulated from the outside and there is better noise insulation and improved electromagnetic compatibility.
  • a position sensor can be accommodated on an outside of the first or second cooling disk; Furthermore, power electronics can be arranged either on the outside or on an underside of the electrical machine. The arrangement of the position sensor and power electronics depends on the possible installation spaces when the electric machine is installed in an electrically powered vehicle.
  • the electric machine proposed according to the invention can advantageously be connected to a vehicle chassis by means of a multi-point bearing using bearings with damping elements.
  • rod-shaped extensions can be formed between the bearings of the multi-point bearing and the damping elements.
  • the electric machine proposed according to the invention whether designed to comprise an electric machine part or two adjacent electric machine parts, can be assigned a single-stage or multi-stage transmission unit on an outside, in particular on the outside of the first or second cooling disk. It is also possible to use an electric machine that generates a very high torque directly, without the interposition of a gearbox. Furthermore, the invention relates to the use of the electric machine in an e-axle module of an electrically driven vehicle.
  • the design of the electric machine proposed according to the invention with at least one electric machine part, preferably with two electric machine parts arranged adjacent to one another, allows the use of material for the production of the motor housing to be significantly reduced. Furthermore, the solution proposed according to the invention can save a significant proportion of costs and a significant proportion of weight. Furthermore, simpler manufacturing technologies can be used to produce the electrical machine proposed according to the invention, although the general requirements placed on a motor housing in terms of functionalities can still be maintained. The solution proposed according to the invention can ensure precise spacing between the individual motor components of the electrical machine through the use of the holding elements. Furthermore, adjustment of these distances can be carried out much more easily compared to a solution in which a motor housing is provided for the electrical machine. The solution proposed according to the invention can also achieve a significant improvement in the noise-vibration-harshness behavior of the electrical machine.
  • the holding elements proposed according to the invention can be made from a plastic material or any combination of inexpensive materials, so that a significant cost advantage can be achieved in the production of the electrical machine proposed according to the invention. Furthermore, the weight of the housing is significantly reduced. In addition, significantly simpler and cost-effective manufacturing technologies can be used in the production of the electrical machine proposed according to the invention. A very simple and effective seal can be achieved due to the shielding elements and the half-shell-shaped cover elements, so that the internal components of the electrical machine are protected from water and dust. In addition, the components of the Electrical machine proposed according to the invention is encapsulated from the outside by two half-shell-shaped shielding elements, which means that lower noise emissions can be achieved.
  • the power electronics which is assigned to the electric machine proposed according to the invention, can be arranged at different installation locations, depending on the vehicle manufacturer's requirements.
  • the power electronics can be connected directly to one of the cooling disks of one of the electric machine parts of the electric machine proposed according to the invention, so that connecting cables can be saved.
  • the materials used for the shell-shaped cover and the shielding elements can be selected in such a way that electric shocks can be avoided during assembly or later operation of the electrical machine proposed according to the invention.
  • said power electronics can be assigned to one of the cooling disks of the electrical machine proposed according to the invention.
  • the power electronics can also be arranged above and below the electrical machine or integrated into one of the cooling disks.
  • the solution proposed according to the invention makes it easy to adapt and also easy to scale to different performance levels. Furthermore, it should be emphasized that the concept proposed according to the invention enables a modular design to be achieved, as well as a great simplification by omitting the gearbox. A smaller and more compact design can also be achieved, for example through the common cooling disk for the power electronics and the electrical machine. Furthermore, the solution proposed according to the invention is essentially cable-free, which represents an additional simplification, especially when carrying out maintenance work. Brief description of the drawings
  • Figures 1, 1.1 a front view and a side view of the electrical machine proposed according to the invention with a first electric machine part and a second electric machine part,
  • FIG 2 is an exploded view of the electrical machine according to the invention according to Figure 1,
  • FIGS 4, 4.1 in front and side view of the electric machine proposed according to the invention with a position sensor arranged laterally on the outside and power electronics arranged below the second electric machine part,
  • FIGS 5-8.1 different geometries, shapes and cross sections of the holding elements that extend between the cooling disks of the electrical machine according to the invention.
  • FIGS 9, 9.1 a schematic representation of a three-point mounting of the electrical machine proposed according to the invention in a vehicle chassis
  • Figures 10, 10.1 show a further embodiment of a three-point mounting of the electric machine proposed according to the invention in a vehicle chassis using extension elements between the damper and bearing and
  • Figures 11, 11, .1 show a front view and a side view of an electric machine proposed according to the invention with a single-stage or multi-stage gear unit arranged laterally thereon.
  • Figure 1 shows an electric machine 10 proposed according to the invention with a first electric machine part 12 and a second electric machine part 14;
  • Figure 1.1 shows a side view of the electrical machine 10 according to Figure 1.
  • the electric machine 10 proposed according to the invention with its first electric machine part 12 is characterized in that instead of a machine housing made of a solid material in the form of a jacket according to FIG. 1, a number of holding elements 36 are arranged between a first cooling disk 20 and a centrally arranged further cooling disk 18. 1 shows, the holding elements 36 extend between the first cooling disk 20 and the further, centrally arranged cooling disk 18.
  • a first stator part 24 is arranged on the inside of the first cooling disk 20, while the further cooling disk is arranged on the inside facing the first cooling disk 20 18 a second stator part 26 is arranged.
  • a rotor 28 which is positioned between the end faces of the opposite stator parts 24 and 26 to form air gaps 40.
  • the exact dimensioning of the air gaps 40 between the individual end faces of the stator parts 24 and 26 and the rotor 28 can be adjusted or, if necessary, readjusted via spacer elements 38, which are provided at the connection points of the holding elements 36 to the first cooling disk 20 and to the further cooling disk 18.
  • the further cooling disk 18 serves as a connection point for a second electric machine part 14 to the first electric machine part 12.
  • the second electric machine part 14 is constructed analogously to the first electric machine part 12.
  • the holding elements 36 are omitted with respect to the second electric machine part 14.
  • the first electric machine part 12 and the second electric machine part 14 are, for example, cylindrical in this embodiment variant. This can be deviated from, for example to integrate cooling channels or to create space for, for example, axially placed connecting components.
  • Said rotors 28, 34 are installed between the first cooling disk 20, the further cooling disk 18 and a second cooling disk 22 of the second electric machine part 14.
  • All components have a substantially disk-shaped configuration, so that the entire electric machine 10 proposed according to the invention has, for example, a cylindrical appearance according to the front view in FIG. From the illustration according to Figure 1 it can also be seen that the rotor 34 is arranged between the first stator part 30 and the second stator part 32, designed in disk shape, forming air gaps 40.
  • the air gaps 40 are set by said holding elements 36 at the ends of the holding elements 36 and adjusted if necessary, should this be necessary.
  • Figure 2 shows that the first cover 46 and the second cover 48 are essentially half-shell-shaped and can be screwed together along a fold.
  • the first cover 46 and the second cover 48 each enclose the first shield half 42 and the second shield half 44, which are designed to be complementary to one another, and the internal components of the electrical machine 10, comprising the first electric machine part 12 and the second electric machine part 14 , shield from the outside.
  • This ensures dust and water protection for the components of the electrical machine 10 proposed according to the invention; Furthermore, noise emissions are reduced and the noise-vibration-harshness behavior is significantly improved.
  • the electric machine 10 proposed according to the invention according to the perspective view in Figure 2 includes said first electric machine part 12 and said second electric machine part 14.
  • the two electric machine parts 12, 14 are connected to one another via the further cooling disk 18, which functions as a double cooling disk .
  • the first cooling disk 20 and the second cooling disk 22 are arranged on the outside.
  • the respective disk-shaped rotors 28 and 34 are each arranged between the stator parts 24 and 26, relative to the first electric machine part 12; the rotor 34 of the second electric machine part 14 is located between the stator parts 30, 32, with both rotors 28 and 34 being arranged relative to the stator parts 24, 26 and 30, 32, respectively, forming the air gaps 40.
  • Figures 3 and 3.1 show a front view and a side view of the electrical machine 10 proposed according to the invention according to the illustrations in Figures 1 and 1.1.
  • 3 shows that power electronics 50 is installed on an outside 54 of the first cooling disk 20.
  • the power electronics 50 encloses a position sensor 52, which is also provided on the outside 54 of the first cooling disk 20 of the first electric machine part 12.
  • the power electronics 50 together with the position sensor 52 could also be accommodated on the outside of the second cooling disk 22 of the second electric machine part 14.
  • the first cooling disk 20 and the further cooling disk 18, which functions as a double cooling disk are connected to one another by a number of holding elements 36.
  • the exact distance between the first cooling disk 20 and the further cooling disk 18 is specified by spacer elements 38 arranged at the connection points of the holding elements 36 and can be adjusted if necessary by replacing them.
  • the power electronics 50 in this embodiment variant has a substantially circular appearance and encloses the position sensor 52.
  • the power electronics 50 could also have a rectangular design or a different geometry.
  • the electrical machine 10 is enclosed by the covers 46, 48 in the form of a shell, which in turn enclose the first and second shielding halves 42, 44.
  • Figures 4 and 4.1 differ from the electrical machine 10 proposed according to the invention according to Figures 1 and 1.1 or 3 and 3.1 in that in the embodiment variant of the electrical machine 10 proposed according to the invention according to Figures 4 and 4.1, the power electronics 50, for example here on one Underside 55 of the electrical machine 10, here below the second electric machine part 14 is arranged.
  • the position sensor 52 is located on the outside 54 of the first cooling disk 20 analogous to the representation according to Figures 3 and 3.1 of the electrical machine 10 proposed according to the invention.
  • Figure 4.1 shows the position of the power electronics 50, which is mounted here on the underside 55 of the electrical machine 10 ; Furthermore, the position sensor 52 is assigned to the approach of the shaft 16 on the first cooling disk 20.
  • the power electronics 50 can also be accommodated in different installation locations.
  • FIG. 5 shows the design of the holding element 36 in a V-shape 66, with in this variant of the holding element 36 the cross section of which is a circular cross section 56 of a solid material.
  • This can be a plastic material, a metallic material or even a hybrid material, ie a combination of plastic and a metallic material, which applies to all variants of the holding elements 36 according to Figures 5 to 8.1.
  • Figure 6 shows an embodiment variant of the holding element 36 in W-shape 68, in which embodiment variant the holding element 36 has an annular cross section 58.
  • Figure 7 shows an embodiment variant of the holding element 36, also in W-shape 68, whereby according to Figure 7 a square cross section 60 of a solid material can be realized or, as shown in Figure 7.2, a hollow profile 62 can be used. Even in these embodiment variants of the holding element 36, it can either be made entirely of metallic material, of plastic material or of a hybrid material made of plastic and a metallic material.
  • Figure 8 shows an embodiment variant of the holding element 36 in N-shape 70, which can have a V-shaped cross section 64 according to Figure 8.1. Instead of the V-shaped cross section 64, an I-shaped cross section could also be selected. All holding elements 36 shown in Figures 5 to 8 can have different cross-sectional variations, as shown in Figures 5.1, 6.1, 7.1, 7.2 and 8.1. The design of the cross section can be arbitrary. There are various base materials that could be used as holding elements 36. The cross-sectional geometries shown in Figures 5.1, 6.1, 7.1, 7.2 and 8.1 are mentioned as examples.
  • the electrical machine 10 proposed according to the invention is connected by means of a three-point bearing to a vehicle chassis 80, for example of an electrically driven vehicle.
  • a vehicle chassis 80 for example of an electrically driven vehicle.
  • the vehicle could also be a hybrid vehicle (HEV, PHEV);
  • the machine 10 proposed according to the invention could be used as a booster module or booster axle in a vehicle.
  • the three-point mounting of the electric machine 10 proposed according to the invention is achieved in that damping elements 82 are arranged between the connection points on the vehicle chassis 80.
  • the bearings 84 are arranged in the form of a three-point bearing on the vehicle chassis 80.
  • the electric machine 10 which is designed here for example as a cylindrical shape and is proposed according to the invention, comprising the first electric machine part 12 and the second electric machine part 14, is mounted at three points in the vehicle chassis 80.
  • the damping elements 82 largely prevent the transmission of noise or vibrations that occur during operation to the vehicle chassis 80.
  • Figure 9.1 shows a front view of the electrical machine 10 proposed according to the invention according to Figure 9.
  • the storage points in the vehicle chassis 80 can, for example, be offset from one another by 180 °. However, any angle other than 180° can also be selected.
  • the electrical machine 10 proposed according to the invention includes the first cover 46 and the second half-shell-shaped configured cover 48, which in turn enclose the first shielding half 42 and the second shielding half 44.
  • Figures 9 and 9.1 what has already been described in relation to Figures 1, 1.1, 3 and 3.1 applies.
  • FIG. 10 An embodiment variant of a three-point mounting of the electric machine 10 proposed according to the invention in a vehicle chassis 80 can be seen from Figures 10 and 10.1.
  • an extension 86 in the form of a rod between the connection points on the chassis 80, the damping element 82 and a bearing 84.
  • the extension 86 shown in Figure 10 is assigned to the bearing 84 on the first cooling disk 20. It is of course also possible to make rod-shaped extensions 86 at both bearings 84, ie for the first cooling disk 20 and for the second cooling disk 22, at the connection points to the vehicle chassis 80.
  • Figures 11 and 11.1 show an embodiment variant of the electrical machine 10 proposed according to the invention, in which a single- or multi-stage gear unit 90 is arranged on an outside of one of the cooling disks 20, 22. This is driven via the shaft 16 on the outside 54 of the first cooling disk 20.
  • a single-stage or multi-stage gear unit 90 on the outside 54 of the second cooling disk 22 of the second electric machine part 14, as shown in FIG. 11.1 shows a side view of the arrangement according to the electrical machine 10 proposed according to the invention according to the figure
  • the shell-shaped first and second covers 46, 48 which in turn enclose the also shell-shaped first and second shielding halves 42, 44.
  • the electrical machine 10 proposed according to the invention can be designed, for example, as an axial flux machine. Instead of axial flow machines, hybrid radial-axial flow machines are also a possible variant, as are transverse flow machines.
  • the internal components of the first electric machine part 12 and the second electric machine part 14 can be protected from dust and water ingress by the covers 46, 48 and by the shielding halves 42, 44; After dismantling the relevant components 42, 44 or 46, 48, the interior of the electrical machine 10 is freely accessible.
  • An adjustment of the distance, for example to readjust the air gaps 40, can be carried out in a very simple manner by replacing corresponding spacer elements 38 at the connection points of the holding elements 36 to the cooling disks 18, 20, 22.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine (10) mit mindestens einem ersten E-Maschinenteil (12, 14), wobei diese zumindest eine erste Kühlscheibe (20) und eine weitere Kühlscheibe (18) umfasst, an welchen ein erstes Statorteil (24) und ein zweites Statorteil (26) aufgenommen sind. Zwischen dem ersten Statorteil (24) und dem zweiten Statorteil (26) befindet sich ein Rotor (28), wobei die erste Kühlscheibe (20) und die weitere Kühlscheibe (18) mittels einer Anzahl von Halteelementen (36) zueinander fixiert sind. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der elektrischen Maschine (10) in einem E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.

Description

Elektrische Maschine
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit mindestens einem E-Maschinenteil, wobei dieses zumindest eine erste Kühlscheibe und eine weitere Kühlscheibe umfasst, an denen jeweils ein erstes und ein zweites Statorteil aufgenommen sind. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der elektrischen Maschine in einem E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
Stand der Technik
DE 10 2018 106 947 Al offenbart einen Elektromotor, der auf vereinfachte Weise mit einer zum Halten beziehungsweise stationären Fixieren des Stators vorgesehenen Trägereinheit verbunden wird. Dazu ist vorgesehen, dass an einer Statorumfangsfläche bügelartige Erhöhungsabschnitte mit Radialvertiefungen ausgebildet sind, wobei die Erhöhungsabschnitte zum Ausbilden einer kraftschlüssigen Verbindung mit der Umfangsfläche einer Trägereinheit Zusammenwirken. Damit entsteht eine das Befestigen und Halten vereinfachende bügelförmige und elastische Struktur, welche in einem Befestigungszustand des Elektromotors entstehende Vibrationen und mechanische Einflüsse mindert. In einer weiteren Ausführung kann die kraftschlüssige Verbindung als reine Klemmverbindung oder als Dreh- Klemmverbindung ausgestaltet sein. So sollen insbesondere zusätzliche Baugruppen beziehungsweise der Materialaufwand minimiert und zusätzlich die Voraussetzungen für eine automatisierbare und qualitätssichere Herstellung geschaffen werden.
DE 10 2016 209 298 B4 hat ein Fahrzeugteil mit einem körperschallgedämpften und/oder vibrationsgedämpften Bereich zum Gegenstand, welches ein verändertes Eigenschwingungsverhalten, insbesondere im Vergleich zu den konventionellen Komponenten aufweist und weniger anfällig ist. Dazu wird im relevanten Bereich des metallischen Fahrzeugteils eine chemische und/oder physikalische Bearbeitung vorgenommen. In einer Ausführung der offenbarten Erfindung kann es sich dabei um ein Gehäuse für Elektromotoren handeln.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen mit mindestens einem E-Maschinenteil, wobei dieses zumindest eine erste Kühlscheibe und eine weitere Kühlscheibe umfasst, an welchen jeweils ein erstes und ein zweites Statorteil aufgenommen sind. Dem ersten Statorteil und dem zweiten Statorteil sind ein Rotor zugeordnet, wobei die erste Kühlscheibe und die weitere Kühlscheibe mittels einer Anzahl von Halteelementen zueinander fixiert sind.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann aufgrund des Einsatzes einer Anzahl von Halteelementen ein mantelförmiges Gehäuse für die elektrische Maschine ersetzt werden, was einerseits zur Gewichtseinsparung beiträgt und andererseits die Fertigungskosten drastisch herabsetzt. Die Anzahl von Halteelementen, die sich zwischen den Kühlscheiben erstrecken, kann variieren, wobei diese auch aus einem Material wie beispielsweise Kunststoff oder einem Hybridmaterial, Kunststoff und metallische Bauteile umfassend, ausgebildet sein kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine sind die erste Kühlscheibe, die weitere Kühlscheibe, eine zweite Kühlscheibe sowie die diesen zugeordneten Statorteile und die zwischen diesen angeordneten Rotorteile scheibenförmig ausgeführt.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine ist diese als Axialflussmaschine, als Transversalflussmaschine oder auch als eine hybride Radial-Axialflussmaschine (Radiax) ausgeführt.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine ist die weitere Kühlscheibe bevorzugt als Doppelkühlscheibe ausgeführt. Dadurch besteht die Möglichkeit, die elektrische Maschine modulartig derart zu erweitern, dass diese ein erstes E-Maschinenteil und ein zweites E-Maschinenteil umfasst, die durch die mittig angeordnete weitere Kühlscheibe, die als Doppelkühlscheibe ausgeführt ist, verbunden sind.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine weist diese ein erstes E-Maschinenteil sowie ein zweites E- Maschinenteil auf, die über besagte Doppelkühlscheibe miteinander verbunden sind.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine ist in dem zumindest einen E-Maschinenteil der jeweilige Rotor in Bezug auf die diesem zugeordneten, bevorzugt scheibenförmig ausgebildeten Statorteile unter Ausbildung von Luftspalten angeordnet.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine ist die Anzahl von Halteelementen aus einem gewichtssparenden Kunststoffmaterial, aus einem metallischen Material oder aus einem Hybridmaterial, d. h. einer Kombination aus Kunststoffmaterial und einem metallischen Material, gefertigt. Dieser Aufbau stellt eine drastische Gewichtseinsparung bei der Ausführung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine dar, ohne deren Funktionssicherheit und -Stabilität in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen.
In vorteilhafter Weise sind bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine die Halteelemente zum Beispiel in einem kreisförmigen, einem halbkreisförmigen, einem ringförmigen, einem quadratischen, einem Hohlprofil- oder auch in einem V-förmigen Querschnitt ausgeführt. Es können sowohl Hohlprofile eingesetzt werden wie auch ein einen zylindrischen oder quadratischen Querschnitt aufweisendes Vollmaterial.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine sind die Halteelemente, welche die Kühlscheiben zueinander fixieren, in V-Form, in W-Form, in N-Form oder in I-Form ausgebildet. Eine derartige geometrische Ausbildung der Halteelemente sorgt für eine ausreichende Anzahl von Anbindungsstellen an den Kühlscheiben, die diese Halteelemente miteinander verbinden und zwischen welchen sich diese erstrecken. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine sind die Halteelemente zwischen den Kühlscheiben und der weiteren Kühlscheibe mit Distanzelementen versehen. Dadurch können fertigungsbedingte Toleranzen in Bezug auf die Beabstandung und die Einhaltung der Luftspalte zwischen den Komponenten der elektrischen Maschine, d. h. den Statorteilen und dem Rotor, ausgeglichen werden sowie die Axialluftspalte zwischen den Stirnseiten der Statorteile und den scheibenförmigen Rotoren eingestellt werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine sind das erste und das zweite E-Maschinenteil mit halbschalenförmigen Abschirmhälften versehen. Dadurch ist die elektrische Maschine nach außen gekapselt und es sind eine bessere Geräuschdämmung und eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit gegeben.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine kann an einer Außenseite der ersten oder der zweiten Kühlscheibe ein Positionssensor aufgenommen sein; ferner kann entweder an der Außenseite oder an einer Unterseite der elektrischen Maschine eine Leistungselektronik angeordnet sein. Die Anordnung von Positionssensor und Leistungselektronik richtet sich nach den jeweils möglichen Bauräumen im eingebauten Zustand der elektrischen Maschine in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine kann in vorteilhafter Weise mittels einer Mehr-Punkt-Lagerung unter Verwendung von Lagern mit Dämpfungselementen mit einem Fahrzeugchassis verbunden sein. Um verschiedenen Einbauerfordernissen Rechnung tragen zu können, können zwischen den Lagern der Mehr-Punkt-Lagerung sowie den Dämpfungselementen stabförmige Verlängerungen ausgebildet sein.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine, ob ein E- Maschinenteil oder zwei benachbarte E-Maschinenteile umfassend ausgeführt, kann an einer Außenseite, insbesondere an der Außenseite der ersten oder der zweiten Kühlscheibe eine ein- oder mehrstufige Getriebeeinheit zugeordnet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, eine elektrische Maschine einzusetzen, welche ein sehr hohes Drehmoment auf direktem Wege, ohne Zwischenschaltung eines Getriebes erzeugt. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der elektrischen Maschine in einem E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgestaltung der elektrischen Maschine mit zumindest einem E-Maschinenteil, bevorzugt mit zwei benachbart zueinander angeordneten E-Maschinenteilen, kann der Materialeinsatz für die Fertigung des Motorgehäuses signifikant reduziert werden. Des Weiteren können durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein erheblicher Kostenanteil und ein erheblicher Gewichtsanteil eingespart werden. Des Weiteren können zur Herstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine einfachere Fertigungstechnologien eingesetzt werden, wobei trotzdem die generell an ein Motorgehäuse gestellten Anforderungen hinsichtlich der Funktionalitäten beibehalten werden können. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann durch den Einsatz der Halteelemente eine genaue Abstandseinhaltung zwischen den einzelnen Motorkomponenten der elektrischen Maschine gewährleistet werden. Des Weiteren kann eine Justierung dieser Abstände wesentlich leichter durchgeführt werden verglichen mit einer Lösung, bei der ein Motorgehäuse für die elektrische Maschine bereitgestellt wird. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann auch eine signifikante Verbesserung des Noise- Vibration-Harshness-Verhaltens der elektrischen Maschine erreicht werden.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelemente können aus einem Kunststoffmaterial oder einer beliebigen Kombination preisgünstiger Materialien hergestellt werden, so dass in der Fertigung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine ein erheblicher Kostenvorteil erzielt werden kann. Des Weiteren wird das Gewicht des Gehäuses signifikant reduziert. Darüber hinaus können bei der Fertigung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine wesentlich einfachere und kostengünstige Fertigungstechnologien eingesetzt werden. Es kann eine sehr einfache und wirkungsvolle Abdichtung aufgrund der Abschirmelemente und der halbschalenförmigen Abdeckungselemente realisiert werden, so dass die innenliegenden Komponenten der elektrischen Maschine wasser- und staubgeschützt sind. Darüber hinaus sind die Komponenten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine durch zwei halbschalenförmige Abschirmelemente nach außen gekapselt, wodurch sich eine geringere Geräuschabstrahlung erreichen lässt.
Die Leistungselektronik, die der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine zugeordnet ist, kann an unterschiedlichen Einbaustellen, je nach Fahrzeugherstellererfordernissen, angeordnet werden. Die Leistungselektronik kann direkt mit einer der Kühlscheiben eines der E-Maschinenteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine verbunden werden, so dass Verbindungskabel eingespart werden können. Die eingesetzten Materialien, die für die schalenförmige Abdeckung sowie die Abschirmelemente eingesetzt werden, können derart gewählt werden, dass bei der Montage beziehungsweise im späteren Betrieb der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine elektrische Stromschläge vermieden werden können.
Je nach Einbauerfordernissen kann besagte Leistungselektronik einer der Kühlscheiben der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine zugeordnet werden. Darüber hinaus kann die Leistungselektronik auch ober- und unterhalb der elektrischen Maschine angeordnet werden beziehungsweise in eine der Kühlscheiben integriert sein. Durch die Anordnung einer ein- oder mehrstufigen Getriebeeinheit an einer der Kühlscheiben eines ersten E- Maschinenteils oder eines zweiten E-Maschinenteils lässt sich ein kompakt bauendes E-Achsen-Modul realisieren, welches an die Einbauerfordernisse des jeweiligen Automobilherstellers angepasst werden kann, was den verfügbaren Einbauraum betrifft.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung sind eine einfache Anpassbarkeit, ferner eine einfache Skalierung an unterschiedliche Leistungsgrößen durchführbar. Des Weiteren ist hervorzuheben, dass sich durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Konzept ein modulares Design erreichen lässt, ferner eine starke Vereinfachung durch Weglassen des Getriebes. Auch lässt sich eine verkleinerte und kompaktere Bauweise erzielen, beispielsweise durch die gemeinsame Kühlscheibe für die Leistungselektronik und die elektrische Maschine. Des Weiteren ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung im Wesentlichen kabelfrei ausgeführt, was eine zusätzliche Vereinfachung, insbesondere bei der Durchführung von Wartungsarbeiten darstellt. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figuren 1, 1.1 eine Vorderansicht und eine Seitenansicht der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine mit einem ersten E- Maschinenteil und einem zweiten E-Maschinenteil,
Figur 2 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß Figur 1,
Figuren 3, 3.1 eine Vorderansicht und eine Seitenansicht der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine mit einem Positionssensor in der Leistungselektronik,
Figuren 4, 4.1 in Vorder -und Seitenansicht die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine mit einem an der Außenseite seitlich angeordneten Positionssensor und einer unterhalb des zweiten E-Maschinenteils angeordneten Leistungselektronik,
Figuren 5- 8.1 verschiedene Geometrien, Formen und Querschnitte der Halteelemente, die sich zwischen den Kühlscheiben der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine erstrecken.
Figuren 9, 9.1 eine schematische Darstellung einer Drei-Punkt-Lagerung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine in einem Fahrzeugchassis,
Figuren 10, 10.1 eine weitere Ausgestaltung einer Drei-Punkt-Lagerung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine in einem Fahrzeugchassis unter Anwendung von Verlängerungselementen zwischen Dämpfer und Lager und Figuren 11, 11, .1 eine Vorderansicht und eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine mit einer seitlich an dieser angeordneten ein- oder mehrstufigen Getriebeeinheit.
Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine 10 mit einem ersten E-Maschinenteil 12 sowie einem zweiten E-Maschinenteil 14; Figur 1.1 zeigt eine Seitenansicht der elektrischen Maschine 10 gemäß Figur 1.
Wie aus der Vorderansicht der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 gemäß Figur 1 hervorgeht, umfasst diese das erste E-Maschinenteil 12 und das koaxial zu diesem angeordnete zweite E-Maschinenteil 14. Jedem der E-Maschinenteile 12, 14 ist seitlich der Absatz einer Welle 16 zugeordnet.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine 10 mit ihrem ersten E-Maschinenteil 12 zeichnet sich dadurch aus, dass anstelle eines Maschinengehäuses aus einem Vollmaterial in Mantelform gemäß Figur 1 zwischen einer ersten Kühlscheibe 20 und einer mittig angeordneten weiteren Kühlscheibe 18 eine Anzahl von Halteelementen 36 angeordnet ist. Wie Figur 1 zeigt, erstrecken sich die Halteelemente 36 zwischen der ersten Kühlscheibe 20 sowie der weiteren, mittig angeordneten Kühlscheibe 18. An der Innenseite der ersten Kühlscheibe 20 ist ein erstes Statorteil 24 angeordnet, während an der der ersten Kühlscheibe 20 zuweisenden Innenseite der weiteren Kühlscheibe 18 ein zweites Statorteil 26 angeordnet ist.
Zwischen diesen befindet sich ein Rotor 28, der unter Ausbildung von Luftspalten 40 zwischen den Stirnseiten der einander gegenüberliegenden Statorteile 24 und 26 positioniert ist. Die genaue Dimensionierung der Luftspalte 40 zwischen den einzelnen Stirnseiten der Statorteile 24 und 26 und des Rotors 28 kann über Distanzelemente 38 eingestellt oder gegebenenfalls neu eingestellt werden, die an den Anbindungspunkten der Halteelemente 36 zur ersten Kühlscheibe 20 sowie zur weiteren Kühlscheibe 18 vorgesehen sind.
Aufgrund der Ausbildung der weiteren Kühlscheibe 18 als Doppelkühlscheibe dient diese als Anbindungsort eines zweiten E- Maschinenteils 14 an das erste E- Maschinenteil 12. Das zweite E-Maschinenteil 14 ist analog zum ersten E- Maschinenteil 12 aufgebaut. In der Darstellung gemäß Figur 1 sind in Bezug auf das zweite E-Maschinenteil 14 die Halteelemente 36 weggelassen. Das erste E- Maschinenteil 12 und das zweite E-Maschinenteil 14 sind beispielsweise in dieser Ausführungsvariante zylindrisch ausgeführt. Davon kann abgewichen werden, etwa zur Integration von Kühlkanälen oder um Bauraum und Platz zu schaffen für beispielsweise axial platzierte Verbindungsbauteile. Zwischen der ersten Kühlscheibe 20, der weiteren Kühlscheibe 18 und einer zweiten Kühlscheibe 22 des zweiten E-Maschinenteils 14 sind besagte Rotoren 28, 34 eingebaut. Sämtliche Bauteile haben eine im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildete Konfiguration, so dass die gesamte erfindungsgemäß vorgeschlagene E-Maschine 10 gemäß der Vorderansicht in Figur 1 beispielsweise ein zylinderförmiges Aussehen hat. Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht des Weiteren hervor, dass zwischen dem ersten Statorteil 30 und dem zweiten Statorteil 32, ausgebildet in Scheibenform, der Rotor 34 unter Ausbildung von Luftspalten 40 angeordnet ist. Die Luftspalte 40 werden durch besagte Halteelemente 36 an den Enden der Halteelemente 36 eingestellt und gegebenenfalls adjustiert, sollte dies erforderlich sein.
Aus der Seitenansicht gemäß Figur 1.1 geht hervor, dass die Baueinheit gemäß Figur 1 von einer ersten Abschirmhälfte 42 sowie einer zweiten Abschirmhälfte 44 umschlossen ist, so dass einerseits ein Schutz der innenliegenden Komponenten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 gegeben ist und andererseits eine Geräuschabstrahlung nach außen gedämpft werden kann. Über die erste Abschirmhälfte 42 sowie die zweite Abschirmhälfte 44 sind halbschalenförmige Abdeckungen 46, 48 montiert, welche das Ensemble der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 nach außen abschirmen und nach Demontage zugänglich machen. Aus der Explosionsdarstellung gemäß Figur 2 gehen die einzelnen Komponenten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 näher hervor. Figur 2 zeigt, dass die erste Abdeckung 46 und die zweite Abdeckung 48 im Wesentlichen halbschalenförmig ausgebildet sind und entlang einer Falz miteinander verschraubbar sind. Die erste Abdeckung 46 und die zweite Abdeckung 48 umschließen jeweils die erste Abschirmhälfte 42 sowie die zweite Abschirmhälfte 44, die komplementär zueinander ausgebildet sind, und die innenliegenden Komponenten der elektrischen Maschine 10, umfassend das erste E-Maschinenteil 12 und das zweite E-Maschinenteil 14, nach außen abschirmen. Somit ist ein Staub- und Wasserschutz für die Komponenten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 gewährleistet; des Weiteren wird die Geräuschabstrahlung reduziert und das Noise-Vibration- Harshness-Verhalten erheblich verbessert.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine 10 gemäß der perspektivischen Darstellung in Figur 2 umfasst besagtes erstes E-Maschinenteil 12 und besagtes zweites E-Maschinenteil 14. Die beiden E-Maschinenteile 12, 14 sind über die weitere Kühlscheibe 18, die als Doppelkühlscheibe fungiert, miteinander verbunden. Außenliegend sind gemäß Figur 2 die erste Kühlscheibe 20 sowie die zweite Kühlscheibe 22 angeordnet. Die jeweiligen scheibenförmig ausgebildeten Rotoren 28 und 34 sind jeweils zwischen den Statorteilen 24 und 26, bezogen auf das erste E-Maschinenteil 12, angeordnet; der Rotor 34 des zweiten E-Maschinenteils 14 befindet sich zwischen den Statorteilen 30, 32, wobei beide Rotoren 28 und 34 unter Ausbildung der Luftspalte 40 relativ zu den Statorteilen 24, 26 beziehungsweise 30, 32 angeordnet sind.
Die Figuren 3 und 3.1 zeigen eine Vorderansicht sowie eine Seitenansicht der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 gemäß den Darstellungen in den Figuren 1 und 1.1. Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass an einer Außenseite 54 der ersten Kühlscheibe 20 eine Leistungselektronik 50 verbaut ist. Die Leistungselektronik 50 umschließt einen Positionssensor 52, der ebenfalls an der Außenseite 54 der ersten Kühlscheibe 20 des ersten E-Maschinenteils 12 vorgesehen ist. Alternativ zu dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel könnte die Leistungselektronik 50 samt Positionssensor 52 auch auf der Außenseite der zweiten Kühlscheibe 22 des zweiten E-Maschinenteils 14 aufgenommen sein. Analog zur Darstellung gemäß den Figuren 1 und 1.1 sind die erste Kühlscheibe 20 sowie die weitere Kühlscheibe 18, die als Doppelkühlscheibe fungiert, durch eine Anzahl von Halteelementen 36 miteinander verbunden. Der genaue Abstand zwischen der ersten Kühlscheibe 20 sowie der weiteren Kühlscheibe 18 wird durch an den Anbindungspunkten der Halteelemente 36 angeordnete Distanzelemente 38 vorgegeben und kann durch deren Austausch gegebenenfalls angepasst werden.
Aus Figur 3, welche eine Seitenansicht der elektrischen Maschine 10 darstellt, geht hervor, dass die Leistungselektronik 50 in dieser Ausführungsvariante ein im Wesentlichen kreisförmiges Aussehen hat und den Positionssensor 52 umschließt. Die Leistungselektronik 50 könnte auch eine rechteckige Bauform oder eine andere Geometrie aufweisen. Analog zur Darstellung gemäß Figur 1.1 ist die elektrische Maschine 10 von den Abdeckungen 46, 48 in Schalenform umschlossen, welche wiederum die erste und die zweite Abschirmhälfte 42, 44 umschließen.
Die Figuren 4 und 4.1 unterscheiden sich von der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 gemäß den Figuren 1 und 1.1 beziehungsweise 3 und 3.1 dadurch, dass in der Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 gemäß den Figuren 4 und 4.1 die Leistungselektronik 50 zum Beispiel hier an einer Unterseite 55 der elektrischen Maschine 10, hier unterhalb des zweiten E- Maschinenteils 14 angeordnet ist. Der Positionssensor 52 befindet sich an der Außenseite 54 der ersten Kühlscheibe 20 analog zur Darstellung gemäß den Figuren 3 und 3.1 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10. Figur 4.1 zeigt die Position der Leistungselektronik 50, die hier an der Unterseite 55 der elektrischen Maschine 10 montiert ist; ferner ist der Positionssensor 52 dem Ansatz der Welle 16 an der ersten Kühlscheibe 20 zugeordnet. Die Leistungselektronik 50 kann auch an abweichenden Einbauorten untergebracht sein.
Aus den Figuren 5 bis 8.1 gehen verschiedene Ausführungsvarianten der Halteelemente 36, sowohl was deren Geometrie als auch was deren Querschnittskonfiguration betrifft, hervor. Figur 5 zeigt die Ausführung des Halteelements 36 in V-Form 66, wobei in dieser Variante des Halteelements 36 dessen Querschnitt ein kreisförmiger Querschnitt 56 eines Vollmaterials ist. Dabei kann es sich um ein Kunststoff material, um ein metallisches Material oder auch um ein Hybridmaterial, d. h. eine Kombination aus Kunststoff und einem metallischem Material handeln, was für sämtliche Ausführungsvarianten der Halteelemente 36 gemäß den Figuren 5 bis 8.1 gilt. Dadurch lassen sich signifikante Gewichtsvorteile erreichen, ferner wird das Noise- Vibration-Harshness-Verhalten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 überaus positiv beeinflusst, wobei die mechanische Stabilität der E-Maschinenteile 12, 14 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 nicht beeinträchtigt wird.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsvariante des Halteelements 36 in W-Form 68, wobei in dieser Ausführungsvariante das Halteelement 36 einen ringförmigen Querschnitt 58 aufweist.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsvariante des Halteelements 36 ebenfalls in W- Form 68, wobei gemäß Figur 7 ein quadratischer Querschnitt 60 eines Vollmaterials verwirklicht sein kann oder auch, wie in Figur 7.2 dargestellt, ein Hohlprofil 62 Verwendung finden kann. Auch bei diesen Ausführungsvarianten des Halteelements 36 kann dieses entweder vollständig aus metallischem Material, aus Kunststoffmaterial oder aus einem Hybridmaterial aus Kunststoff und einem metallischem Material gefertigt sein.
Figur 8 ist eine Ausführungsvariante des Halteelements 36 in N-Form 70 zu entnehmen, wobei dieses gemäß Figur 8.1 einen V-förmigen Querschnitt 64 aufweisen kann. Anstelle des V-förmigen Querschnitts 64 könnte auch ein I- förmiger Querschnitt gewählt werden. Sämtliche in den Figuren 5 bis 8 dargestellten Halteelemente 36 können verschiedene Querschnittsvariationen, wie in den Figuren 5.1, 6.1, 7.1, 7.2 und 8.1 dargestellt, aufweisen. Die Gestaltung des Querschnitts kann willkürlich sein. Es gibt verschiedene Basismaterialien, die als Halteelemente 36 genutzt werden könnten. Die in den Figuren 5.1, 6.1, 7.1, 7.2 und 8.1 dargestellten Querschnittsgeometrien sind beispielhaft genannt.
Den Figuren 9 und 9.1 ist zu entnehmen, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine 10, das erste E-Maschinenteil 12 und das zweite E- Maschinenteil 14 umfassend, mittels einer Drei-Punkt-Lagerung mit einem Fahrzeugchassis 80 beispielsweise eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs verbunden wird. Anstelle eines rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugs könnte das Fahrzeug auch ein Hybridfahrzeug (HEV, PHEV) sein; ferner könnte die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maschine 10 als Booster- Modul oder Booster-Achse in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Die Drei- Punkt-Lagerung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 ist dadurch verwirklicht, dass zwischen den Anbindungspunkten am Fahrzeugchassis 80 jeweils Dämpfungselemente 82 angeordnet sind. Zwischen den Komponenten der elektrischen Maschine 10, im vorliegenden Fall der ersten Kühlscheibe 20, der zweiten Kühlscheibe 22 und der weiteren Kühlscheibe 18, die als Doppelkühlscheibe ausgebildet ist, sind die Lager 84 in Form einer Drei- Punkt-Lagerung am Fahrzeugchassis 80 angeordnet. Damit ist die hier beispielsweise zylindrisch ausgebildete, erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine 10, das erste E-Maschinenteil 12 sowie das zweite E- Maschinenteil 14 umfassend, an drei Punkten im Fahrzeugchassis 80 gelagert. Durch die Dämpfungselemente 82 wird eine Übertragung von Geräuschen beziehungsweise von im Betrieb auftretenden Vibrationen an das Fahrzeugchassis 80 weitestgehend unterbunden.
Figur 9.1 zeigt eine Vorderansicht der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 gemäß Figur 9. In Figur 9.1 können die Lagerungspunkte im Fahrzeugchassis 80 beispielsweise um 180° versetzt zueinander einander gegenüber liegen. Es können aber auch von 180° abweichende, beliebige Winkel gewählt werden. Auch in der Ausführungsvariante gemäß Figur 9.1 ist dargestellt, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine 10 die erste Abdeckung 46 sowie die zweite halbschalenförmig konfigurierte Abdeckung 48 umfasst, die ihrerseits die erste Abschirmhälfte 42 sowie die zweite Abschirmhälfte 44 umschließen. In Bezug auf die weiteren Komponenten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 gemäß den Figuren 9 und 9.1 gilt das zu den Figuren 1, 1.1, 3 und 3.1 bereits Beschriebene.
Den Figuren 10 und 10.1 ist eine Ausführungsvariante einer Drei-Punkt-Lagerung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 in einem Fahrzeugchassis 80 zu entnehmen. Je nach Einbaulage und zur Verfügung stehendem Bauraum für ein E-Achsen-Modul mit einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 kann es erforderlich sein, zwischen den Anbindungsstellen am Chassis 80, dem Dämpfungselement 82 und einem Lager 84 eine Verlängerung 86 in Stabform anzuordnen. Die in Figur 10 dargestellte Verlängerung 86 ist dem Lager 84 an der ersten Kühlscheibe 20 zugeordnet. Es ist selbstverständlich ebenfalls möglich, an beiden Lagern 84, d. h. für die erste Kühlscheibe 20 sowie für die zweite Kühlscheibe 22, an den Anbindungspunkten zum Fahrzeugchassis 80 Verlängerungen 86 in Stabform vorzunehmen. Dies geht auch aus Figur 10.1 hervor, wo am unteren Lagerungspunkt einer Drei-Punkt-Lagerung eine Verlängerung 86 in Stabform zwischen dem entsprechenden Dämpfungselement 82 und dem Lager 84 an der Unterseite 55 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 verläuft. Die Anordnung der Verlängerungen 86 in Stab- oder in Rohrform richten sich nach den Einbauverhältnissen beziehungsweise dem Einbauraum, der für die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine 10 im Chassis 80 eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zur Verfügung steht. Neben elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine 10 auch in Hybridfahrzeugen (HEV, PHEV) oder als Booster-Modul oder Booster- E- Achse eingesetzt werden.
In Bezug auf die Komponenten der elektrischen Maschine 10 gemäß den Figuren
10 und 10.1 gilt das bereits vorstehend zu den Figuren 1, 1.1, 3, 3.1, 9, 9.1 Gesagte.
Den Figuren 11 und 11.1 ist eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 zu entnehmen, bei der an einer Außenseite einer der Kühlscheiben 20, 22 eine ein- oder mehrstufige Getriebeeinheit 90 angeordnet ist. Diese wird über die Welle 16 an der Außenseite 54 der ersten Kühlscheibe 20 angetrieben. Es besteht alternativ auch die Möglichkeit, gemäß Figur 11 eine ein- oder mehrstufige Getriebeeinheit 90 an der Außenseite 54 der zweiten Kühlscheibe 22 des zweiten E-Maschinenteils 14 anzuordnen. Aus Figur 11.1 geht eine Seitenansicht auf die Anordnung gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 gemäß Figur
11 hervor. Analog zu den vorstehenden Ausführungsvarianten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 weist diese die schalenförmig konfigurierte erste und zweite Abdeckung 46, 48 auf, welche ihrerseits die ebenfalls schalenförmig ausgebildete erste und zweite Abschirmhälfte 42, 44 umschließen. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine 10 kann beispielsweise als Axialflussmaschine ausgebildet sein. Anstelle von Axialflussmaschinen sind auch hybride Radial-Axialflussmaschinen eine mögliche Variante, ebenso wie Transversalflussmaschinen.
Sämtlichen Ausführungsvarianten der zuvor anhand der Figuren 1 bis 11.1 beschriebenen erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10, entweder mit einem ersten Maschinenteil 12 alleine oder mit zwei E- Maschinenteilen 12, 14, ist gemeinsam, dass aufgrund des Einsatzes der Halteelemente 36 eine signifikante Material- und Gewichtseinsparung erreichbar ist. Des Weiteren können wesentlich günstigere Fertigungstechniken eingesetzt werden. Durch die Ausbildung der Halteelemente 36 in einem Kunststoffmaterial kann ein erheblicher Gewichtsvorteil sowie eine erhebliche Verbesserung des Noise- Vibration-Harshness-Verhaltens der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 im in ein Fahrzeugchassis 80 eingebauten Zustand erreicht werden. Die Geräuschabstrahlung ist signifikant minimiert, was durch die Drei-Punkt-Lagerung der im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine 10 gewährleistet ist. Die innenliegenden Komponenten des ersten E-Maschinenteils 12 sowie des zweiten E-Maschinenteils 14 können durch die Abdeckungen 46, 48 und durch die Abschirmhälften 42, 44 vor Staub- und Wassereintritt geschützt werden; nach Demontage der betreffenden Bauteile 42, 44 beziehungsweise 46, 48 ist das Innenleben der elektrischen Maschine 10 frei zugänglich. Eine Justierung des Abstands, etwa zur Neueinstellung der Luftspalte 40, kann durch den Austausch entsprechender Distanzelemente 38 an den Anbindungspunkten der Halteelemente 36 zu den Kühlscheiben 18, 20, 22 auf sehr einfache Weise vorgenommen werden.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Maschine (10) mit mindestens einem ersten E-Maschinenteil (12, 14), wobei dieses zumindest eine erste Kühlscheibe (20) und eine weitere Kühlscheibe (18) umfasst, an welchen jeweils ein erstes und ein zweites Statorteil (24, 26) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Statorteil (24) und dem zweiten Statorteil (26) ein Rotor (28) angeordnet ist und die erste Kühlscheibe (20) und die weitere Kühlscheibe (18) mittels einer Anzahl von Halteelementen (36) zueinander fixiert sind.
2. Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlscheibe (20), die weitere Kühlscheibe (18) sowie eine weitere zweite Kühlscheibe (22), das erste und das zweite Statorteil (24, 26) sowie mindestens ein Rotor (28, 34) scheibenförmig ausgebildet sind.
3. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (10) als hybride Radial- Axialflussmaschine (Radiax) oder als Transversalflussmaschine ausgeführt ist
4. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kühlscheibe (18) als Doppelkühlscheibe ausgeführt ist.
5. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein erstes E-Maschinenteil (12) und ein zweites E-Maschinenteil (14) aufweist, die über die weitere Kühlscheibe (18), ausgeführt als Doppelkühlscheibe miteinander verbunden sind.
6. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einen E-Maschinenteil (12, 14) der jeweilige Rotor (28, 34) in Bezug auf die jeweiligen Statorteile (24, 26; 30, 32) unter Ausbildung von Luftspalten (40) angeordnet ist. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Halteelementen (36) aus einem Kunststoffmaterial oder aus einem metallischen Material oder aus einer Kombination von Kunststoffmaterial mit metallischem Material gefertigt ist. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (36) in einem kreisförmigen Querschnitt (56) oder in einem halbkreisförmigen Querschnitt oder in einem ringförmigen Querschnitt (58) oder in einem quadratischen Querschnitt (60) oder in einem Hohlprofilquerschnitt (62) oder in einem V-förmigen Querschnitt (64) ausgeführt sind. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (36) in
V-Form (66) oder in W-Form (68) oder in N-Form (70) oder in I-Form ausgeführt sind. Elektrische Maschine (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (36) zwischen den Kühlscheiben (20, 22) und der weiteren Kühlscheibe (18) mit Distanzelementen (38) versehen sind. Elektrische Maschine (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite E- Maschinenteil (12, 14) mit halbschalenförmigen Abschirmhälften (42, 44) versehen sind. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Außenseite (54) der ersten oder der zweiten Kühlscheibe (20, 22) ein Positionssensor (52) aufgenommen ist und entweder an der Außenseite (54) oder tangential am Umfang der elektrischen Maschine (10) eine Leistungselektronik (50) angeordnet ist. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese in Mehr-Punkt-Lagerung, insbesondere einer Drei-Punkt-Lagerung, an Lagern (84) mit Dämpfungselementen (82) in einem Fahrzeugchassis (80) aufgenommen ist. Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Lagern (84) und den Dämpfungselementen (82) Verlängerungen (86) erstrecken. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass einer Außenseite (54) der elektrischen Maschine (10), insbesondere einer der Kühlscheiben (20, 22) eine ein- oder mehrstufige Getriebeeinheit (90) zugeordnet ist. Verwendung der elektrischen Maschine (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche in einem E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, eines Hybrid- Fahrzeugs (HEV, PHEV) oder als Booster-Achse.
EP23735671.2A 2022-08-04 2023-06-26 Elektrische maschine Pending EP4566150A1 (de)

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