WO2012041584A1 - Gehäuseelement zur aufnahme einer leistungselektronik einer elektromaschine, gehäuse für eine elektromaschine, werkzeug zur herstellung eines gehäuseelementes sowie verfahren zur herstellung eines gehäuses für eine elektromaschine - Google Patents

Gehäuseelement zur aufnahme einer leistungselektronik einer elektromaschine, gehäuse für eine elektromaschine, werkzeug zur herstellung eines gehäuseelementes sowie verfahren zur herstellung eines gehäuses für eine elektromaschine Download PDF

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Alexander Becker
Denis Kern
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Housing element for receiving power electronics of an electric machine, housing for an electric machine, tool for producing a housing element and method for producing a housing for a
  • the present invention relates to a housing element for receiving a power electronics of an electric machine, a housing for an electric machine, a tool for producing a housing element and a method for producing a housing for an electric machine according to the preamble of the independent claims.
  • Conventional electric machines of hybrid or electric vehicles usually have an electrical machine component which has an externally arranged power electronics, which is connected via high voltage lines to the electrical machine component and separate coolant lines for the electrical machine component and / or the power electronics.
  • a housing member a housing, a tool for manufacturing a housing member, and a method of manufacturing a housing according to the independent claims.
  • One aspect of the present invention is a more compact design of a system according to the invention, for example an electric machine.
  • a reduction in the line length between power electronics and electrical machine due to the integral arrangement of power electronics and electrical machine in a housing, which in addition to the reduction of the high voltage line length and a direct contacting of electrical machine and power electronics is possible.
  • contact resistances can be further reduced and thus enable improved utilization of an available current. This may result in increasing the efficiency of the electric machine, which may allow a reduction in battery capacity at the same time.
  • the direct contacting and integrative solution also make it possible to eliminate function-critical sealing elements which require special checking. The elimination is realized in that the electrical contacting takes place within the closed housing.
  • the present invention also allows a modular design, which may adapt by partial changes based on the same basic principle of an electric machine to a respective field of application or allow a change in the electrical machine size.
  • the housing according to the invention may in this case be constructed by individual disk elements or housing elements.
  • the individual housing elements may in particular have a substantially cylindrical construction, wherein the height of such a cylinder element is also referred to below as its length. This term may also be chosen because the power of an electric machine is both generator and motor dependent on the so-called iron length of the stator and rotor.
  • individual housing elements are made of a plastic, for example of polystyrene, using foaming tools. The individual housing elements are subsequently connected to one another, for example adhesively bonded, and thereby yield the shape of the later cast element.
  • the length, thus the height, of the cylindrical single element is to be adapted to the field of application or the size of the machine.
  • foam tools are used, which produce the individual disc elements length changeable.
  • a change in length is made possible in particular by the use of inserts or screw-on module elements on the foaming tool.
  • the use of a casting process also allows the
  • Housing substructure thus the housing element for receiving the power electronics, can be placed directly on the other housing of the electric machine or is an integral part of the housing through the subsequent G confuseher einslui.
  • the housing element for receiving the power electronics as well as the housing elements of the electrical machine may be produced by means of the lost foam method and glued together. Subsequently, the entire unit is manufactured by casting, which corresponds to a fully integrated solution.
  • a sealing element may be provided, for example an outer contour of the housing element having a sealing contour which is sealingly coupled to an opening in the rest of the electrical machine housing.
  • a direct cooling channel connection between the cooling channel or cooling area of the power electronics and the cooling channel or cooling area of the electrical machine may be achieved.
  • the cooling channel is automatically formed by gluing the individual housing elements and is thus directly formed or cast in the following housing.
  • a direct cooling channel connection or cooling cavity between the cooling channel region of the power electronics and the cooling channel region of the electrical machine can be achieved by the direct connection of the two housing elements.
  • the electric machine may have a cooling jacket engage, wherein the power electronics in this case is heat conductively connected using the housing element for receiving the power electronics to the cooling jacket or cooling fins or cooling elements, which also by the housing element for receiving a power electronics in the cooling jacket or the cooling cavity or the common cooling channel protrude or intervene.
  • the dimensions of the housing element for receiving the power electronics, the outer contour of the housing element in a first housing area or the sealing contour in a first housing area may be very simply constructed, in particular standardized, so that not for each new electric machine, a new housing element or a new power electronics must be constructed.
  • the high-voltage cabling and plug-in systems between the electrical machine and the power electronics may be routed internally in the housing, whereby there is no danger of being able to contact high-voltage-carrying connections between the power electronics and the electrical machine.
  • An electric machine may thus be preferred for use in busy, unattended environments or particular, e.g. explosive environments.
  • Accidental contact with high voltage carrying parts may be effectively rented out by a fully encapsulated high voltage connection.
  • multiphase machines may be controlled easily and inexpensively.
  • an electric machine may not only be controlled with 3 phases, but also with 6 or 9 phases as an example
  • the electric machine of a hybrid or electric drive in a vehicle has inter alia an active component which forms the magnetic circuit and also carries the windings. This may be, for example, the electric machine of the electric machine.
  • This active component is regularly arranged a housing, which is set up for cooling the active component and at the same time has the mechanical interfaces, for example for delivering the driving force to the environment.
  • the housing is usually designed application-specific.
  • the electric machine may further comprise a planetary gear in the case of an electric hub motor, parts of a differential gear in the case of an electric final drive or a rotary piston engine, for example when used as a charger.
  • the individual housing elements are to be adapted to the respective field of application such that the individual components can be arranged in the overall housing.
  • such an adaptation may be realized to different fields of application by means of length-adapted cylinder elements, wherein the length of the respective housing element is adapted to the components used for a field of application.
  • adaptation to the field of application may thus be possible in the production of the housing by use of plastic elements suitably designed for the field of application.
  • the plastic elements for example polystyrene elements, are adapted in length to the required field of application, whereby at the same time the housing to be obtained later has the same adaptation.
  • the housing according to the present invention consists of at least two elements which are glued together to form a cooling channel in the interior of the housing elements.
  • at least two cylindrical disc elements hereinafter referred to as second and third housing element, are preferably adhesively bonded to one another and an attachment element, referred to below as the first housing element, for
  • a third cylindrical disc element hereinafter referred to as the fourth housing element, may be used to adapt the housing according to the invention to a desired field of application.
  • the housing elements, in particular the second, third and fourth housing elements, designed as cylindrical disk elements, can be made variable in length or length-individually with the tool according to the invention.
  • the construction of power electronics and the associated housing element may not be substantially different even in different fields of application.
  • the construction of the power electronics may preferably be as independent as possible of a particular application, which may also result in an application-independent housing or housing element for the power electronics.
  • the configuration of the second, third and fourth housing elements may have a common interface for as many conceivable applications as possible in order to couple the housing element for receiving power electronics to the residual housing.
  • This may be a rectangular opening to the cooling medium of the cooling channel in the simplest case.
  • the cooling of the power electronics may be realized by cooling fins or cooling fins or by a double-sided cooling development of power semiconductors.
  • the cooling elements may in particular protrude into the cooling channel and thus the cooling medium and engage in this. For example, the cooling elements may project through the housing element for receiving power electronics.
  • the housing element of the power electronics and the housing elements of the electrical machine may yield a common basic housing.
  • the housing elements are glued together and then give the housing model with integrated cooling channel.
  • the housing model may now be integrally connected using a casting process, for example the lost foam casting process.
  • existing contours or sealing contours may no longer find as distinguishable elements in or on the housing by the integral design of the housing after the casting process.
  • Figure 1 shows the schematic structure of an exemplary embodiment of the housing according to the present invention
  • FIGS. 2a, b show the schematic structure in section of the housing according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an exemplary construction of individual housing elements of the housing according to the present invention
  • FIG. 4 shows the assembled housing according to FIG. 3
  • Figure 5 6 exemplary embodiments of the housing according to the invention.
  • Figure 1 shows schematically an electric machine with housing 2 with a cylindrical housing structure. Cooling channel 10 with cooling fluid and electric machine 8 are arranged in the housing. Housing element 4a, which contains power electronics 6, is mounted on the outer contour of the housing.
  • FIGS. 2a, b show a section through the housing according to FIG. 1.
  • the first housing element 4a has power electronics 6, which is arranged on the outer contour of the cylindrical housing of the electric machine.
  • the cylindrical housing includes electric machine 8, shown as a cylinder element, with an external cooling cavity 10 which surrounds the electric machine 8.
  • the first housing element 4 a the housing element for receiving a power electronics, is applied to the outer contour of the cooling channel 10.
  • Sealing element 12, z. B. a sealing contour seals the first housing member 4 a relative to the outer contour of the cooling channel 10 from.
  • the first housing element 4a and the cooling channel 10 may in this case be made in one piece as shown below, or else the two housing components are brought together as separate elements and sealingly connected via the sealing contour 12.
  • the power electronics 6 has cooling elements 16 and high voltage line 14.
  • High voltage line 14 in this case connects power electronics 6 with electrical machine 8, while cooling elements 16, e.g. protrude from the cooling elements of the power electronics 6 to be cooled in the cooling cavity and thus in the coolant or cooling fluid located there.
  • electric machine 8 and power electronics 6 share a common cooling channel 10 with coolant therein.
  • FIG. 3 Shown in FIG. 3 is the schematic structure of a housing 2 according to the invention made up of a total of 4 housing elements 4a, b, c, d.
  • the first housing element 4a is hereby set up to receive the power electronics 6.
  • the underside of the housing element 4a provides an opening to the cooling channel 10 and an opening 14a for high voltage line 14.
  • the housing elements 4b, c, d are shown in plan view and form substantially cylindrical housing parts. They are therefore also referred to as disc element.
  • Housing element 4a is comparable to Figures 1 to 2b adapted to the cylindrical outer contour of the housing elements 4b, c, d and can in particular special in Figure 3 into the opening 22 of the housing elements 4b, c sealing introduced who the.
  • the housing elements, in particular the disk elements 4b, c, d, are variable in length and / or length-individually manufacturable in order to be adaptable to a desired application.
  • the lengths Ii to l 4 in particular the lengths l 2 to l 4 manufacture using the tool according to the invention lengthindividually, for example by the use of inserts or screw-on module elements on the foaming tool.
  • the individual housing elements made of plastic, for example polystyrene, are now connected to one another.
  • the fourth housing element 4d is adhesively bonded to the side of the second housing element 4b shown on the left in FIG.
  • the third housing element 4c is attached to the side of the second housing element 4b shown on the right in FIG.
  • the corresponding glue lines are marked with arrows in FIG.
  • the attachment element or the first housing element 4a is likewise applied, for example by adhesive bonding in FIG. 3, to the second housing element 4b and the third housing element 4c.
  • the design-related adhesive lines of the individual housing elements may be clearly recognizable on the casting after the casting process. Due to the bonding and modular construction cavities with corresponding functionality remain in the resulting cast housing.
  • Cooling channel 10 is provided here radially on the outer side of the essentially cylindrical housing 2. Cooling channel 10 is also provided radially on the outer side of the essentially cylindrical housing 2. Housing closure elements 18a, b, c are also provided.
  • FIG. 5 has a housing construction for a first application.
  • the housing closure elements 18a, b, c are mounted on the housing 2, for example by screw not shown.
  • Power electronics 6 is arranged in the region of the former first housing element 4a.
  • Cooling passage 10 radially surrounds housing 2 and also has an opening to power electronics 6.
  • Electric machine 8 is disposed between former second and third housing elements 4b, c, whereas a component 20a is disposed in the area of the former second and fourth housing elements 4b, d.
  • High-voltage line 14 is arranged between power electronics 6 and electrical machine 8.
  • FIG. 6 essentially corresponds to the illustration of FIG. 5, with the difference that a different component 20b is provided for a further application.
  • Component 20b here is made smaller as the component 20a, so that the original fourth housing member 4d was prepared in figure 6 with a smaller length l 4 by the inventive tool.
  • the resulting housing 2 could be individually adapted to the application and thus to a component 20a or component 20b individually.
  • the original housing element 4d was thus produced length-individually or length-changeable.
  • FIG. 6 corresponds to FIG. 5, with the exception of the cooling elements 16, which project from the power electronics 6 through the opening into the cooling channel 10.
  • the original housing elements 4a, b, c it is also conceivable to design the original housing elements 4a, b, c to be length-individual or length-variable in order to accommodate different electrical machines 8 or different power electronics 6 in the housing 2.

Abstract

Gehäuse (2) für eine Elektromaschine, aufweisend ein erstes Gehäuseelement (4a) zur Aufnahme einer Leistungselektronik (6) einer Elektromaschine, ein zweites Gehäuseelement (4b) und ein drittes Gehäuseelement (4c), wobei das zweite Gehäuseelement (4b) und das dritte Gehäuseelement (4c) zur gemeinsamen Aufnahme eines elektrischen Maschinenelementes (8) verbindbar ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Gehäuseelement des zweiten Gehäuseelementes (4b) und des dritten Gehäuseelementes (4c) einen zweiten Gehäusebereich aufweist, welcher mit dem ersten Gehäusebereich des ersten Gehäuseelementes (4a) abdichtend koppelbar ist.

Description

Gehäuseelement zur Aufnahme einer Leistungselektronik einer Elektromaschine, Gehäuse für eine Elektromaschine, Werkzeug zur Herstellung eines Gehäuseelementes sowie Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine
Elektromaschine
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Gehäuseelement zur Aufnahme einer Leistungselektronik einer Elektromaschine, einem Gehäuse für eine Elektromaschine, einem Werkzeug zur Herstellung eines Gehäuseelementes sowie einem Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Elektromaschine nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Herkömmliche Elektromaschinen von Hybrid- bzw. Elektrofahrzeugen weisen meist eine elektrische Maschinenkomponente auf, welche eine extern angeordnete Leistungselektronik aufweist, die über Hochspannungsleitungen mit der elektrischen Maschinenkomponente verbunden ist sowie separate Kühlmittelleitungen für die elektrische Maschinenkomponente und/oder die Leistungselektronik.
Aufgrund der vorbekannten Anordnung der Leistungselektronik als externes Bauelement sind zur Verbindung der Leistungselektronik und der elektrischen Maschine kostenintensive Hochspannungsleitungen erforderlich, um eine elektrische Kontaktierung zu realisieren. Hierbei ergeben sich erhöhte Kosten für das Leitungssystem bei gleichzeitiger Reduzierung der nutzbaren Leistung eines Gesamtsystems aufgrund des Leitungswiderstandes, welche abhängig ist von der Leitungslänge.
Weiterhin sind leistungsstarke Kühlmittelpumpen erforderlich, um die elektrische Maschine und die Leistungselektronik über Kühlmittelleitungen mit ausreichend Kühlfluid zur Ableitung der Verlustwärme zu versorgen.
Im Falle, dass die Leistungselektronik separat und somit getrennt von der elektrischen Maschine verbaut wird, werden meist spezialisierte Konstruktionen eingesetzt, welche nur für einen bestimmten Anwendungsfall, beispielsweise für einen individuellen Fahrzeugtyp, anwendbar sind. Offenbarung der Erfindung
Demgemäß werden ein Gehäuseelement, ein Gehäuse, ein Werkzeug zur Herstellung eines Gehäuseelementes sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt.
Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine kompaktere Bauweise eines erfindungsgemäßen Systems, beispielsweise einer Elektromaschine. Hierbei findet eine Reduzierung der Leitungslänge zwischen Leistungselektronik und elektrischer Maschine aufgrund der integralen Anordnung von Leistungselektronik und elektrischer Maschine in einem Gehäuse statt, wodurch neben der Reduzierung der Hochspannungsleitungslänge auch eine Direktkontaktierung von elektrischer Maschine und Leistungselektronik möglich ist. Im Falle der Direktkontaktierung lassen sich Übergangswiderstände weiter reduzieren und ermöglichen somit eine verbesserte Ausnutzung eines zur Verfügung stehenden Stromes. Dies mag in der Erhöhung des Wirkungsgrades der Elektromaschine resultieren, was gleichzeitig eine Reduzierung einer Batteriekapazität erlauben mag. Die Direktkontaktierung und integrative Lösung ermöglichen es zudem, dass funktionskritische Dichtelemente, die einer besonderen Überprüfung bedürfen entfallen können. Der Entfall wird dadurch realisiert, dass die elektrische Kontaktierung innerhalb des abgeschlossenen Gehäuses erfolgt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht zudem eine modulare Bauweise, welche durch partielle Veränderungen auf Basis des gleichen Grundprinzips eine Elektromaschine an ein jeweiliges Anwendungsgebiet anzupassen bzw. eine Veränderung der elektrischen Maschinengröße erlauben mag.
Insbesondere bevorzugt wird hierbei das Lost Foam Gießverfahren verwendet. Das erfindungsgemäße Gehäuse mag hierbei durch einzelne Scheibenelemente bzw. Gehäuseelemente aufgebaut sein. Die einzelnen Gehäuseelemente mögen insbesondere einen im Wesentlichen zylindrischen Aufbau haben, wobei die Höhe eines solchen Zylinderelementes im Weiteren auch als dessen Länge bezeichnet wird. Diese Bezeichnung mag auch deshalb gewählt werden, da die Leistung einer elektrischen Maschine sowohl generatorisch als auch motorisch von der sogenannten Eisenlänge von Stator und Rotor abhängig ist. Zur Herstellung eines Gehäuses unter Verwendung des Lost Foam Gießverfahrens werden einzelne Gehäuseelemente aus einem Kunststoff, beispielsweise aus Polystyrol, unter Verwendung von Schäumwerkzeugen hergestellt. Die ein- zelnen Gehäuseelemente werden nachfolgend miteinander verbunden, beispielsweise verklebt, und ergeben hierdurch die Form des späteren Gusselementes. Um nun die einzelnen Gehäuseelemente modular bezüglich Anwendungsgebiet und/oder elektrischer Maschinengröße zu verändern, ist meist die Länge, somit die Höhe, des zylindrischen Einzelelementes auf das Anwendungsgebiet bzw. die Maschinengröße zu adaptieren. Hierzu werden Schaumwerkzeuge verwendet, welche die einzelnen Scheibenelemente längenänderbar erzeugen. Eine Längenänderung wird insbesondere durch die Verwendung von Inserts bzw. aufschraubbaren Modulelementen am Schäumwerkzeug ermöglicht. Durch die Verwendung eines Gießverfahrens wird zudem ermöglicht, dass der
Gehäuseunterbau, somit das Gehäuseelement zur Aufnahme der Leistungselektronik, direkt auf das weitere Gehäuse der Elektromaschine aufgesetzt werden kann bzw. durch den nachfolgenden Gießherstellungsprozess integraler Bestandteil des Gehäuses wird. Das Gehäuseelement zur Aufnahme der Leis- tungselektronik sowie die Gehäuseelemente der elektrischen Maschine mögen mittels Lost Foam Verfahren hergestellt werden und miteinander verklebt werden. Anschließend wird die Gesamteinheit gußtechnisch hergestellt, was einer vollintegrierten Lösung entspricht. Beim Aufsetzen des Gehäuseelementes zur Aufnahme der Leistungselektronik auf das Gehäuse der elektrischen Maschine mag insbesondere ein Dichtelement vorgesehen sein, beispielsweise eine Außenkontur des Gehäuseelementes eine Dichtkontur aufweisen, welche mit einer Öffnung im restlichen Elektromaschi- nengehäuse abdichtend gekoppelt wird.
Durch die direkte Verbindung des Gehäuseelementes zur Aufnahme der Leistungselektronik mit dem Restgehäuse mag sich eine direkte Kühlkanalverbindung zwischen dem Kühlkanal bzw. Kühlbereich der Leistungselektronik und dem Kühlkanal bzw. Kühlbereich der elektrischen Maschine erzielen lassen. In anderen Worten mag sich auch erst der Kühlkanal selbst auf einer Seitenbegrenzung durch das Gehäuseelement zur Aufnahme der Leistungselektronik und auf einer weiteren Seitenbegrenzung durch das weitere Gehäuse der elektrischen Maschine ausbilden. Anders ausgedrückt wird der Kühlkanal durch verkleben der einzelnen Gehäuseelemente automatisch ausgebildet und wird somit im nachfolgenden Gehäuse direkt ausgebildet bzw. mitgegossen.
Somit kann durch die direkte Verbindung der beiden Gehäuseelemente eine direkte Kühlkanalverbindung bzw. Kühlkavität zwischen dem Kühlkanalbereich der Leistungselektronik und dem Kühlkanalbereich der elektrischen Maschine erzielt werden. Weiterhin mag die elektrische Maschine einen Kühlmantel aufweisen eingreift, wobei die Leistungselektronik hierbei Wärme leitend unter Verwendung des Gehäuseelementes zur Aufnahme der Leistungselektronik an den Kühlmantel angebunden ist bzw. Kühlrippen bzw. Kühlelemente aufweist, welche gleichfalls auch durch das Gehäuseelement zur Aufnahme einer Leistungselektronik in den Kühlmantel bzw. die Kühlkavität bzw. den gemeinsamen Kühlkanal hineinragen bzw. eingreifen mögen.
Die Abmaße des Gehäuseelementes zur Aufnahme der Leistungselektronik, die Außenkontur des Gehäuseelementes in einem ersten Gehäusebereich bzw. die Dichtkontur in einem ersten Gehäusebereich mag sehr einfach konstruiert, insbesondere auch standardisiert sein, so dass nicht für jede neue Elektromaschine ein neues Gehäuseelement bzw. eine neue Leistungselektronik konstruiert werden muss.
Die Hochspannungsverkabelung sowie Stecksysteme zwischen elektrischer Maschine und Leistungselektronik mögen wiederum intern im Gehäuse geführt wer- den, wodurch keine Gefahr besteht, hochspannungsführende Verbindungen zwischen Leistungselektronik und elektrischer Maschine kontaktieren zu können. Eine Elektromaschine mag somit bevorzugt sein für einen Einsatz in belebten, unbeaufsichtigten Umgebungen oder aber besonderen, z.B. explosionsgeführten Umgebungen. Ein versehentliches Berühren von hochspannungsführenden Tei- len mag durch eine vollständig gekapselte bzw. im Gehäuse geführte Hochspannungsverbindung wirksam vermieten werden.
Auch mögen mehrphasige Maschinen einfach und kostengünstig angesteuert werden. Z.B. mag eine elektrische Maschine nicht nur mit 3 Phasen sondern exemplarisch auch mit 6 oder 9 Phasen angesteuert werden Die Elektromaschine eines Hybrid- oder Elektroantriebs in einem Fahrzeug weist unter anderem eine aktive Komponente auf, welche den Magnetkreis bildet und auch die Wicklungen trägt. Dies mag beispielsweise die elektrische Maschine der Elektromaschine sein. Diese aktive Komponente ist regelmäßig ein Gehäuse an- geordnet, welches zur Kühlung der aktiven Komponente eingerichtet ist und gleichzeitig die mechanischen Schnittstellen, beispielsweise zur Abgabe der Antriebskraft an die Umgebung, aufweist.
Das Gehäuse ist meist applikationsspezifisch konstruiert. Beispielsweise mag die Elektromaschine weiterhin ein Planetengetriebe im Falle eines elektrischen Radnabenmotors aufweisen, Teile eines Differentialgetriebes im Falle eines elektrischen Achsantriebs oder aber einen Rotationskolbenmotor aufweisen zum Beispiel bei Einsatz als Charger. Hierbei sind die einzelnen Gehäuseelemente auf das jeweilige Anwendungsgebiet derart zu adaptieren, dass die einzelnen Kom- ponenten im Gesamtgehäuse angeordnet werden können.
Im Falle eines zylindrischen Gehäuses mag sich eine solche Adaption auf unterschiedliche Anwendungsgebiete durch längenangepasste Zylinderelemente realisieren lassen, wobei die Länge des jeweiligen Gehäuseelementes auf die für ein Anwendungsgebiet verwendeten Komponenten angepasst ist.
Unter Verwendung eines Gießverfahrens, beispielsweise des Lost Foam Gießverfahrens, mag sich in der Herstellung des Gehäuses durch Verwendung passend zum Anwendungsgebiet ausgestalteter Kunststoffelemente somit eine Adaption an das Anwendungsgebiet realisieren lassen. Die Kunststoffelemente, zum Beispiel Polystyrolelemente, werden in ihrer Länge adaptiert auf das geforderte Anwendungsgebiet hergestellt, wodurch gleichzeitig das später zu erhaltende Gehäuse dieselbe Anpassung aufweist. Durch das erfindungsgemäße Werkzeug, welche längenänderbare bzw. längenindividuelle Gehäuseelemente herzustellen vermag, lässt sich somit eine individuelle Gehäuseform einfach realisieren.
Durch die Adaption des Gehäuses auf einen gewünschten Anwendungsfall lassen sich im Weiteren Toleranzketten zwischen den einzelnen Funktionselemen- ten reduzieren. Hierdurch lässt sich zum Beispiel der Luftspalt der elektrischen
Maschine zwischen Rotor und Stator reduzieren, was in einer Leistungssteige- rung der Maschine oder aber zu einer Aufweitung von engen Toleranzfeldern resultieren mag, was wiederum eine Reduzierung von Bauteilkosten ergeben mag.
Beim Lost Foam Gießverfahren werden einzelne Kunststoffelemente, ausgebildet als Gehäuseelemente, zum Beispiel aus Polystyrol, miteinander verklebt, um das
Gesamtmodell des Gehäuses zu erhalten, welches nachfolgend durch das Gießverfahren hergestellt wird. Nach dem Verkleben der Gehäuseelemente erfolgt ein Clustern (Gießtraube), ein Schlichten, ein Einsanden und das Gießen. Insbesondere besteht das Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung aus zumindest zwei Elementen, welche miteinander verklebt werden, um im Inneren der Gehäuseelemente einen Kühlkanal auszubilden. Weiter insbesondere werden bevorzugt zumindest zwei zylinderförmige Scheibenelemente, im Weiteren bezeichnet als zweites und drittes Gehäuseelement, miteinander verklebt und um ein Aufsatzelement, im Weiteren bezeichnet als erstes Gehäuseelement, zur
Aufnahme einer Leistungselektronik einer elektrischen Maschine, ergänzt. Zusätzlich mag ein drittes zylinderförmiges Scheibenelement, im Weiteren bezeichnet als viertes Gehäuseelement, zur Adaption des erfindungsgemäßen Gehäuses auf ein gewünschtes Anwendungsgebiet verwendet werden. Die Gehäuse- elemente, insbesondere die zweiten, dritten und vierten Gehäuseelemente, ausgebildet als zylinderförmige Scheibenelemente, sind mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug längenänderbar bzw. längenindividuell herstellbar.
Die Konstruktion einer Leistungselektronik sowie des zugehörigen Gehäuseele- mentes mag sich auch in unterschiedlichen Anwendungsgebieten im Wesentlichen nicht unterscheiden. Hier mag bevorzugt die Konstruktion der Leistungselektronik möglichst unabhängig von einer bestimmten Applikation erfolgen, woraus auch ein applikationsunabhängiges Gehäuse bzw. Gehäuseelement für die Leistungselektronik resultieren mag.
Die Ausgestaltung der zweiten, dritten und vierten Gehäuseelemente, somit des Restgehäuses der Elektromaschine, mag eine für möglichst viele denkbare Anwendungen einheitliche Schnittstelle aufweisen, um das Gehäuseelement zur Aufnahme einer Leistungselektronik an das Restgehäuse anzukoppeln. Dies mag im einfachsten Fall eine rechteckige Öffnung zum Kühlmedium des Kühlkanals sein. Die Kühlung der Leistungselektronik mag hierbei durch Kühlrippen bzw. Kühlfinnen realisiert werden oder aber auch durch eine doppelseitige Küh- lung der Leistungshalbleiter. Die Kühlelemente mögen hierbei insbesondere in den Kühlkanal und damit das Kühlmedium ragen und in dieses eingreifen. Die Kühlelemente mögen dazu beispielsweise das Gehäuseelement zur Aufnahme einer Leistungselektronik durchragen.
Bei einer vollintegrativen Lösung mag das Gehäuseelement der Leistungselektronik und die Gehäuseelemente der elektrischen Maschine ein gemeinsames Grundgehäuse ergeben. Die Gehäuseelemente werden miteinander verklebt und ergeben anschließend das Gehäusemodell mit integriertem Kühlkanal. Das Gehäusemodell mag nun unter Verwendung einer Gießverfahrens, beispielswei- se des Lost Foam Gießverfahrens einstückig verbunden werden. Evtl. an den einzelnen Gehäuseelementen, insbesondere am Gehäuseelement zur Aufnahme der Leistungselektronik, vorhandenen Konturen bzw. Dichtkonturen, mögen durch die integrale Ausbildung des Gehäuses nach dem Gießverfahren nicht mehr als unterscheidbare Elemente im oder am Gehäuse vorfinden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 den schematischen Aufbau eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Gehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figuren 2a, b den schematischen Aufbau im Schnitt des Gehäuses gemäß Figur 1;
Figur 3 einen exemplarischen Aufbau aus Einzelgehäuseelementen des Gehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 das zusammengesetzte Gehäuse gemäß Figur 3;
Figur 5, 6 exemplarische Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gehäuses. Figur 1 zeigt schematisch eine Elektromaschine mit Gehäuse 2 mit einer zylinderförmig ausgebildeten Gehäusestruktur. Im Gehäuse angeordnet ist Kühlkanal 10 mit Kühlfluid sowie elektrische Maschine 8. Aufgesetzt auf die Außenkontur des Gehäuses ist Gehäuseelement 4a, welches die Leistungselektronik 6 beinhaltet.
In Figuren 2a, b dargestellt zeigt sich ein Schnitt durch das Gehäuse gemäß Figur 1. Das erste Gehäuseelement 4a weist Leistungselektronik 6 auf, welche auf der Außenkontur des zylinderförmigen Gehäuses der Elektromaschine angeordnet ist. Das zylinderförmige Gehäuse beinhaltet elektrische Maschine 8, dargestellt als Zylinderelement, mit einer außen liegenden Kühlkavität 10 welche die elektrische Maschine 8 umgibt. Das erste Gehäuseelement 4a, das Gehäuseelement zur Aufnahme einer Leistungselektronik, ist auf die Außenkontur des Kühlkanals 10 aufgebracht. Dichtelement 12, z. B. eine Dichtkontur, dichtet das erste Gehäuseelement 4a gegenüber der Außenkontur des Kühlkanals 10 ab. Das erste Ge- häuseelement 4a und der Kühlkanal 10 mögen hierbei wie nachfolgend dargestellt einstückig ausgeführt sein oder aber die beiden Gehäusekomponenten werden als separate Elemente zusammengebracht und über die Dichtkontur 12 dichtend verbunden.
Die Leistungselektronik 6 weist Kühlelemente 16 sowie Hochspannungsleitung 14 auf. Hochspannungsleitung 14 verbindet hierbei Leistungselektronik 6 mit elektrischer Maschine 8, während Kühlelemente 16 z.B. von den zu kühlenden Leistungselementen der Leistungselektronik 6 in die Kühlkavität und somit in das dort befindliche Kühlmittel bzw. Kühlfluid ragen.
Somit teilt sich elektrische Maschine 8 und Leistungselektronik 6 einen gemeinsamen Kühlkanal 10 mit darin befindlichem Kühlmittel.
In Figur 3 dargestellt ist der schematische Aufbau eines erfindungsgemäßen Ge- häuses 2 aus insgesamt 4 Gehäuseelementen 4a, b, c, d. Das erste Gehäuseelement 4a ist hierbei eingerichtet, die Leistungselektronik 6 aufzunehmen. Die Unterseite des Gehäuseelementes 4a stellt eine Öffnung zum Kühlkanal 10 bereit sowie eine Öffnung 14a für Hochspannungsleitung 14. Die Gehäuseelemente 4b, c, d sind in Draufsicht dargestellt und bilden im Wesentlichen zylinderförmige Gehäuseteile aus. Sie werden deshalb auch als Scheibenelement bezeichnet.
Gehäuseelement 4a ist vergleichbar den Figuren 1 bis 2b an die zylinderförmige Außenkontur der Gehäuseelemente 4b,c,d angepasst und kann in Figur 3 insbe sondere in die Öffnung 22 der Gehäuseelemente 4b, c dichtend eingebracht wer den. Die Gehäuseelemente, insbesondere die Scheibenelemente 4b, c, d sind längenänderbar bzw. längenindividuell herstellbar, um auf eine gewünschte Anwendung adaptierbar zu sein. So lassen sich die Längen Ii bis l4, insbesondere die Längen l2 bis l4 unter Verwendung des erfindungsgemäßen Werkzeuges längenindividuell fertigen, z.B. durch die Verwendung von Inserts bzw. aufschraubbaren Modulelementen am Schäumwerkzeug. Zur Herstellung des Kunststoffmodells für den nachfolgenden Gießprozess werden nun die einzelnen Gehäu- seelemente, ausgebildet aus Kunststoff, beispielsweise Polystyrol, miteinander verbunden.
So wird das vierte Gehäuseelement 4d mit der in Fig. 3 links dargestellten Seite des zweiten Gehäuseelementes 4b verklebt. Weiterhin wird das dritte Gehäuse- element 4c an der in Fig. 3 rechts dargestellten Seite des zweiten Gehäuseelementes 4b angebracht. Die entsprechenden Klebelinien sind mit Pfeilen in Figur 3 markiert. Das Aufsatzelement bzw. das erste Gehäuseelement 4a wird ebenfalls, in Figur 3 exemplarisch, auf das zweite Gehäuseelement 4b sowie das dritte Gehäuseelement 4c aufgebracht, beispielsweise verklebt. Die konstruktions- bedingten Klebelinien der einzelnen Gehäuseelemente mögen nach dem Gießprozess eindeutig an dem Gussteil erkennbar sein. Durch die Verklebung und Modulbauweise bleiben im resultierenden Gussgehäuse Hohlräume mit entsprechender Funktionalität bestehen. Figur 4 zeigt fertig aufgebaut das Gehäusemodell 2, wie es für den Gießprozess verwendet werden mag, welches sich gleichzeitig jedoch ebenso als fertiges Gehäuse 2 darstellt. Im Gehäuse 2 vorgesehen ist Kühlkanal 10 mit einem entsprechenden Durchgang zur Leistungselektronik sowie ein Durchgang für die Hochspannungsleitung 14. Kühlkanal 10 ist hierbei radial an der Außenseite umlau- fend des im Wesentlichen zylinderförmigen Gehäuses 2. Weiterhin vorgesehen sind Gehäuseabschlusselemente 18a, b, c.
In der Öffnung für Hochspannungsleitung 14 mag sich auch eine Direktkontaktie- rung von Leistungselektronik 6 und elektrischer Maschine 8 realisieren lassen.
Bei der Gestaltung der einzelnen Gehäuseelemente mögen auch Schmierkanäle oder Ölversorgungskanäle bei Ölsprühung eingebracht werden, welche jedoch aufgrund der Übersichtlichkeit in Figur 4 nicht dargestellt sind. Weiter Bezug nehmend auf Figuren 5 und 6 sind exemplarische Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gehäuses dargestellt. Figur 5 weist eine Gehäusekonstruktion für eine erste Anwendung auf. Die Gehäuseabschlusselemente 18a, b, c sind am Gehäuse 2 angebracht, beispielsweise durch nicht näher dargestellte Schraubverbindungen. Leistungselektronik 6 ist im Bereich des früheren ersten Gehäuseelementes 4a angeordnet. Kühlkanal 10 umläuft Gehäuse 2 radial und besitzt gleichfalls eine Öffnung zu Leistungselektronik 6. Elektrische Maschine 8 ist angeordnet zwischen früheren zweiten und dritten Gehäuseelementen 4b, c, wohingegen eine Komponente 20a angeordnet ist im Bereich der früheren zweiten und vierten Gehäuseelemente 4b, d. Hochspannungsleitung 14 ist angeordnet zwischen Leistungselektronik 6 und elektrischer Maschine 8.
Figur 6 entspricht im Wesentlichen der Darstellung der Figur 5, mit dem Unterschied, dass eine unterschiedliche Komponente 20b für einen weiteren Applikationsfall vorgesehen ist. Komponente 20b ist hierbei kleiner ausgestaltet als Komponente 20a, so dass das ursprüngliche vierte Gehäuseelement 4d in Figur 6 mit einer geringeren Länge l4 durch das erfindungsgemäße Werkzeug hergestellt wurde. Somit ließ sich das resultierende Gehäuse 2 individuell auf die Anwendung und damit somit auf eine Komponente 20a bzw. Komponente 20b individuell adaptieren. Das ursprüngliche Gehäuseelement 4d wurde somit längenindividuell bzw. längenänderbar produziert.
Weiters entspricht Figur 6 Figur 5 mit Ausnahme der Kühlelemente 16, welche ausgehend von Leistungselektronik 6 durch die Öffnung in den Kühlkanal 10 ragen.
Gleichfalls ist jedoch denkbar, auch die ursprünglichen Gehäuseelemente 4a,b,c längenindividuell bzw. längenänderbar auszugestalten, um somit unterschiedliche elektrische Maschinen 8 bzw. unterschiedliche Leistungselektroniken 6 im Gehäuse 2 unterzubringen.

Claims

Ansprüche
1. Gehäuseelement (4a) zur Aufnahme einer Leistungselektronik (6) einer Elektromaschine, aufweisend
einen ersten Gehäusebereich, welcher zur Aufnahme einer Leistungselektronik (6) eingerichtet ist,
wobei der erste Gehäusebereich einen Kühlbereich aufweist, welcher eingerichtet ist, mit einen Kühlbereich einer elektrischen Maschine (8) zur gemeinsamen Kühlung von Leistungselektronik (6) und elektrischer Maschine (8) gekoppelt zu werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Gehäusebereich ein Dichtelement (12) aufweist, welches eingerichtet ist, mit zumindest einem weiteren Gehäuseelement einer elektrischen Maschine (8) abdichtend gekoppelt zu werden.
2. Gehäuseelement gemäß Anspruch 1 ,
wobei der Kühlbereich zumindest ein mechanisches Kühlelement (16) aufweist, welches mit dem Kühlbereich der elektrischen Maschine (8) koppelbar und in diesen eingreifbar ausgebildet ist.
3. Gehäuse (2) für eine elektrische Maschine, aufweisend
ein erstes Gehäuseelement (4a) zur Aufnahme einer Leistungselektronik (6) einer Elektromaschine gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche; ein zweites Gehäuseelement (4b); und
ein drittes Gehäuseelement (4c);
wobei das zweites Gehäuseelement (4b) und das dritte Gehäuseelement (4c) zur gemeinsamen Aufnahme eines elektrischen Maschinenelementes (8) verbindbar ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Gehäuseelement des zweiten Gehäuseelementes (4b) und des drittes Gehäuseelementes (4c) einen zweiten Gehäusebereich aufweist, welcher mit dem ersten Gehäusebereich des ersten Gehäuseelementes (4a) abdichtend koppelbar ist.
4. Gehäuse gemäß Anspruch 3, weiterhin aufweisend wobei zumindest ein Gehäuseelement des zweiten Gehäuseelementes (4b) und des drittes Gehäuseelementes (4c) einen Kühlbereich aufweist, welcher Kühlbereich koppelbar ist mit dem Kühlbereich des ersten Gehäuseelementes (4a) ist zur gemeinsamen Kühlung von Leistungselektronik (6) und elektrischer Maschine
(8).
5. Gehäuse gemäß zumindest einem der Ansprüche 3 und 4,
wobei das erste Gehäuseelement (4a) eine erste Kontaktierungsöffnung (14a) aufweist;
wobei zumindest ein Gehäuseelement des zweiten Gehäuseelementes (4b) und des drittes Gehäuseelementes (4c) eine zweite Kontaktierungsöffnung (14b) aufweist; und
wobei die erste Kontaktierungsöffnung (14a) und die zweite Kontaktierungsöff- nung (14b) angeordnet und eingerichtet sind eine Leitungsführung (14) zwischen
Leistungselektronik (6) und elektrischer Maschine (8) im inneren des Gehäuses (2) bereitzustellen.
6. Gehäuse gemäß zumindest einem der Ansprüche 3 bis 5, weiterhin aufweisend
ein viertes Gehäuseelement (4d);
wobei das zweite Gehäuseelement (4b) und das vierte Gehäuseelement (4d) zur gemeinsamen Aufnahme einer Komponente (20a, b) der Elektromaschine verbindbar ausgebildet sind;
wobei die Komponente (20a, b) unter Verwendung des elektrischen Maschinenelementes (8) antreibbar ist; und
wobei zumindest ein Gehäuseelement des zweiten Gehäuseelementes (4b), des drittes Gehäuseelementes (4c) und des vierten Gehäuseelementes (4d) einen Kühlbereich aufweist, welcher Kühlbereich koppelbar ist mit dem Kühlbereich des ersten Gehäuseelementes (4a) ist zur gemeinsamen Kühlung von Leistungselektronik (6) und elektrischer Maschine (8), insbesondere und Komponente (20a,b).
7. Gehäuse gemäß zumindest einem der Ansprüche 3 bis 6;
wobei das Gehäuse einstückig aus miteinander verbundenen Gehäuseelementen hergestellt wird unter Verwendung eines Gießverfahrens, insbesondere des Lost Foam Gießverfahren.
8. Werkzeug zur Herstellung eines Gehäuseelementes gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eingerichtet ist, ein Gehäuseelement (4a, b, c, d) längenindividuell herzustellen.
9. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses gemäß zumindest einem der Ansprüche 3 bis 7, aufweisend die Schritte
Bereitstellen je eines Kunststoffmodels des ersten Gehäuseelementes (4a), des zweiten Gehäuseelementes (4b) und des dritten Gehäuseelementes (4c) oder des ersten Gehäuseelementes (4a), des zweiten Gehäuseelementes (4b), des dritten Gehäuseelementes (4c) und des vierten Gehäuseelementes (4d) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei zumindest eines der Gehäuseelemente unter Verwendung eines Werk- zeuges gemäß dem vorhergehenden Anspruch hergestellt wurde; und
Verbinden der Gehäuseelemente zu einem Gehäusemodell.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, weiterhin aufweisend den Schritt
Herstellen des Gehäuses (2) aus dem Gehäusemodell unter Verwendung Gießverfahrens, insbesondere des Lost Foam Gießverfahrens.
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