WO2016000936A1 - Elektrischer verdichter für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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WO2016000936A1
WO2016000936A1 PCT/EP2015/063199 EP2015063199W WO2016000936A1 WO 2016000936 A1 WO2016000936 A1 WO 2016000936A1 EP 2015063199 W EP2015063199 W EP 2015063199W WO 2016000936 A1 WO2016000936 A1 WO 2016000936A1
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WO
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peripheral wall
housing part
internal combustion
combustion engine
coolant channel
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PCT/EP2015/063199
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English (en)
French (fr)
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Sven Nigrin
Andreas Burger
Stefan Rothgang
Hendrik Ferner
Original Assignee
Pierburg Gmbh
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/34—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps
    • F02B33/40—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of non-positive-displacement type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
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    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric

Definitions

  • the invention relates to an electric compressor for an internal combustion engine with an electric motor, which is arranged in an engine compartment, a drive shaft, which is drivable via the electric motor, an impeller, which is connected to the drive shaft and arranged in a flow space between an inlet and an outlet is a first housing part having a first peripheral wall, on the inside of which a stator of the electric motor is applied, a second housing part, with a second peripheral wall which surrounds the first circumferential wall and a coolant channel which is formed radially between the first peripheral wall and the second peripheral wall ,
  • Such electric compressors are used in modern internal combustion engines, in order to be able to provide a sufficient boost pressure in the short term, for example, in the event of sudden load increase demand.
  • these electric compressors in the region close to the idling either enable additional recompression to the exhaust-gas turbocharger or precompression for the latter, whereby the so-called turbocharger can be counteracted.
  • the use is possible as a single supercharger in the internal combustion engine.
  • the rotor and thus the impeller of such a used compressor must be accelerated in no time to speeds of up to 100,000 rev / min.
  • large currents of up to 500A are possible required, leading to high thermal loads on the windings and the power electronics, in particular the transistors of the electric motor of the compressor.
  • temperatures of about 230 ° C can arise inside the compressor, at the transistors temperatures of about 120 ° C.
  • a thermal load is created by the temperature of the environment of the compressor, which may also be about 200 ° C, which can also lead to a decrease in strength of the housing when using light metal as the housing material.
  • JP 2009-257165 A An electric compressor, in which the heat generated in the electric motor is dissipated to the outside and therefore can be exposed to higher thermal loads, is known from JP 2009-257165 A.
  • This compressor has a cylindrical housing which accommodates the stator of the electric motor. On the outside of this housing, a coolant channel is formed, which is closed radially outwardly by a further housing part. Accordingly, the stator is cooled directly by the coolant and the resulting heat can be dissipated to the outside. A cooling of the electronics is not provided.
  • an electric compressor is also known, the stator can be cooled by an adjacent coolant channel.
  • the electronics of this compressor is arranged on the outer housing and is not additionally cooled.
  • one of the peripheral walls is integrally formed with a bottom, on the coolant channel opposite side of an electronic components supporting board of the electric motor is arranged, in addition to the flow around the stator and a cooling of the board and the electronics over the same coolant channel ensured. From the entire housing part, consisting of bottom and peripheral wall heat is dissipated to the outside. The bottom acts as a heat sink for the board.
  • the power electronics of the electric motor is arranged on the board directly opposite to the axial end of the coolant channel, so that the large amounts of heat of the power electronics, in particular the transistors can be dissipated directly in the immediate vicinity of the coolant.
  • the power electronics is arranged on a same pitch circle diameter, in which the coolant channel is adjacent to the ground.
  • the channel can be designed as an annular channel, so that a simple assembly of the compressor and a simple sealing of the coolant channel is achieved with good flow guidance. Nevertheless, the coolant is brought into close proximity to the service modules.
  • the coolant channel extends helically around the first housing part, as this reliably prevents dead spaces in the channel and thus over the entire length and at each position of the channel and thus of the stator, a sufficient cooling effect is achieved and at the same time ensures that there is a sufficient flow velocity of the coolant in the region of the channel region opposite the circuit board.
  • a radially outwardly pointing helical web is formed on the first peripheral wall of the first housing part, whose outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the surrounding peripheral wall of the second housing part.
  • the second housing part on an annular receiving opening which is bounded radially outwardly by the second peripheral wall of the second housing part and is bounded radially inwardly by an axially réelleckenden annular projection of the second housing part, and in which axial end of the first peripheral wall of the first housing part protrudes. Accordingly, when inserting the first housing part in the second housing part, a centering of the two parts to each other.
  • the axial end of the first housing part which projects into the receiving opening, at an axial distance to the bottom of the second housing part.
  • a larger cooling surface is provided at the bottom, which is directly flowed by coolant. Accordingly, the cooling effect on the board and the power components is increased in this way.
  • a coolant channel radially sealing sealing ring is arranged between the receiving opening radially inwardly bounding annular projection and the first peripheral wall. This arrangement of the sealing ring on the inside of the peripheral wall of the first housing part makes it possible to introduce the coolant to the bottom of the second housing part, to use the entire cross-section of the receiving opening as a cooling surface and still create a reliable sealed channel.
  • the sealing ring is arranged in a radial groove of the peripheral wall of the first housing part.
  • the coolant channel extends axially over the entire length of the stator, whereby it is also cooled over its entire axial length. Individual heat points or a non-uniform thermal load of the stator are avoided.
  • the coolant channel extends axially as far as a bottom of one or both of the housing parts, on which a bearing receptacle for a bearing of the electric motor is formed. In this way, the bearings are reliably protected against overheating.
  • Figure 1 shows a side view of an electric compressor according to the invention in a sectional view.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the second housing part
  • FIG. 3 shows an enlarged representation of a section of the view of FIG. 1.
  • the electric compressor according to the invention consists of a housing 10, which is composed of a total of four housing parts.
  • a stator 14 of an electric motor 16 is pressed.
  • This stator 14 cooperates in a known manner with a rotor 18 which is fixedly mounted on a drive shaft 20.
  • the drive shaft 20 is connected via a first designed as a ball bearing 22, which is arranged in a first bearing receptacle 24 which is formed centrally on the first housing part 12, and a second designed as a ball bearing 26, which is arranged in a second bearing receptacle 28 which is formed centrally on a second housing part 30, stored.
  • the first housing part 12 and the second housing part 30 define an engine compartment 32, in which the electric motor 16 is received.
  • an impeller 34 of the electric compressor is arranged, which is arranged in a flow space 36 through a flow housing 38 and a first radially to the drive shaft 20 extending bottom 40 of the first housing part 12th is limited.
  • the flow housing 38 which is fastened to the first housing part 12, has a spiral channel 42, in which the gas flowing in via an inlet 44 formed on the flow housing 38 is conveyed by means of the impeller 34. In the spiral channel 42, this gas is compressed until it leaves the flow space 36 and the spiral channel 42 via a likewise formed on the flow housing 38 tangential outlet 46 again.
  • a mechanical seal 50 is arranged, which bears against a constriction 52 of this opening 48 axially.
  • a cylindrical projection 54 axially in the direction of the rotor 18. This cylindrical projection 54 serves as the first bearing receptacle 24 for the first bearing 22nd
  • the second bearing 26 is disposed on the opposite side to the rotor 18 in a serving as a bearing receptacle 28 cylindrical projection 56 which extends axially from a second bottom 58 which is formed on the second housing part 30 in the engine compartment 32.
  • an electronics compartment 60 is formed, which is closed by a cover 62 and in which a circuit board 64 for controlling the electric motor 16 is arranged.
  • a circuit board 64 for controlling the electric motor 16 is arranged for contacting the circuit board 64 with windings 66 of the stator 14 corresponding through openings are formed in the bottom 58 through which the coil ends 68 protrude to the circuit board 64.
  • first peripheral wall 70 in the direction of the bottom 58 of the second housing part 30, on the inside of the stator 14 is pressed.
  • This first peripheral wall 70 is surrounded by a second peripheral wall 72 of the second housing part 30, wherein between the radial outer side of the first peripheral wall 70 and the radial inner side of the second peripheral wall 72, a slight play is provided.
  • An axial end 74, facing the bottom 58 of the second housing part 30, of the first peripheral wall 70 of the first housing part 12 projects into an annular receiving opening 76 of the second housing part 30, which extends between the second peripheral wall 72 and a further annular projection extending radially inwards from the bottom 58 78 is arranged.
  • the bottom 58 and the axial end 74 of the first peripheral wall 70 are spaced from each other.
  • this region has, according to the invention, a helical recess 82, which serves as a coolant channel 84.
  • the helical recess 82 is bounded axially by the walls of a helical ridge 86 and extends over the entire axial length of the stator 14 and to the bottom 58 of the second housing part 30 by the axial end 74 of the first peripheral wall 70 an axial distance from the ground 58, which results in that the coolant from the coolant channel 84 can actually be brought up to the ground 58 directly.
  • a radial groove 88, 90 is correspondingly formed at the axial end 80 pointing to the bottom 40 on the outside of the first peripheral wall 70 and at the opposite axial end 76 on the inside of the peripheral wall 70, in the each a sealing ring 92, 94 is arranged in the form of an O-ring, which bears sealingly against the radially opposite inner side of the second peripheral wall 72 and the outer side of the annular projection 78 of the second housing part 30.
  • Coolant which enters the coolant channel 84 through a coolant inlet 96 formed on the second housing part, flows correspondingly helically around the entire stator 14 as far as the bottom 58 and is prevented only by the sealing ring arranged on the inside of the circumferential wall 70, to flow further into the interior ,
  • the coolant leaves, after it has flowed annularly along the bottom 58, via a likewise formed on the second housing part 30 coolant outlet 98, the coolant channel 84. This flow takes place due to over the entire run length of the coolant channel 84 approximately constant flow cross sections with very low pressure losses.
  • the stator 14 is pressed directly into the first housing part 12 and is thus directly and over its entire length against the flow around the inner wall of the coolant channel 84, so that the heat generated there can be reliably dissipated via the coolant.
  • This cooling effect is also transferred to the bottom 58 of the second housing part 30, wherein a particularly high heat dissipation caused by the lower temperatures of the coolant in the region of the receiving opening 76 at the bottom 58, which also has a relatively small wall thickness in this area.
  • a lower temperature is present in the region of the bottom 58 opposite the receiving opening 76 and thus on the circuit board 64.
  • This is used by the power electronics 102 of the Electric motor 16 is arranged on one of the receiving opening 76 opposite pitch circle, whereby the particularly heat-generating components are cooled particularly well.
  • the coolant is brought as close to the bottom 40 at the opposite axial end 80, so that heat can be dissipated from the bearings 22, 26 in their bearing mounts 24, 28 through the cooled floors 40, 58.
  • a shield is formed by the coolant channel. Thermal radiation acting on the outside of the housing can not penetrate since the second circumferential wall 72 is also cooled by the coolant channel 84 and nevertheless dissipates incoming heat from entering the engine compartment 32.
  • this compressor can be used despite high currents required and the resulting heat flows in a thermally contaminated environment, such as in an internal combustion engine.
  • the bearings, housing parts and all electronic components are reliably protected against thermal overload, so that a long life of the compressor is achieved and damage to these parts will be avoided.
  • the manufacture of the individual parts and the assembly is simplified in spite of the internal coolant supply compared to known designs.
  • the scope of the main claim is not limited to the embodiment described.
  • the housing parts can have other divisions or the coolant channel can be sealed in a different way.
  • Other design changes are also conceivable.

Abstract

Es sind elektrische Verdichter für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Elektromotor (16), der in einem Motorraum (32) angeordnet ist, einer Antriebswelle (20), die über den Elektromotor (16) antreibbar ist, einem Laufrad (34), welches mit der Antriebswelle (20) verbunden ist und in einem Strömungsraum (36) zwischen einem Einlass (44) und einem Auslass (46) angeordnet ist, einem ersten Gehäuseteil (12) mit einer ersten Umfangswand (70), an deren Innenseite ein Stator (14) des Elektromotors (16) anliegt, einem zweiten Gehäuseteil (30), mit einer zweiten Umfangswand (72), welche die erste Umfangswand (70) vollumfänglich umgibt, und einem Kühlmittelkanal (84), der radial zwischen der ersten Umfangswand (70) und der zweiten Umfangswand (72) ausgebildet ist, bekannt. Zur besseren Abfuhr der entstehenden Wärme und Abschirmung der von außen eindringenden Wärme wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eine der Umfangswände (70, 72) einstückig mit einem Boden ausgebildet ist, an dessen zum Kühlmittelkanal (84) entgegengesetzter Seite eine Elektronikbauteile (100) tragende Platine (64) des Elektromotors (16) angeordnet ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
Elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Elektromotor, der in einem Motorraum angeordnet ist, einer Antriebswelle, die über den Elektromotor antreibbar ist, einem Laufrad, welches mit der Antriebswelle verbunden ist und in einem Strömungsraum zwischen einem Einlass und einem Auslass angeordnet ist, einem ersten Gehäuseteil mit einer ersten Umfangswand, an deren Innenseite ein Stator des Elektromotors anliegt, einem zweiten Gehäuseteil, mit einer zweiten Umfangswand, welche die erste Umfangswand vollumfänglich umgibt und einem Kühlmittelkanal, der radial zwischen der ersten Umfangswand und der zweiten Umfangswand ausgebildet ist.
Derartige elektrische Verdichter werden in modernen Verbrennungsmotoren eingesetzt, um beispielsweise bei plötzlicher Laststeigerungsanforderung kurzfristig aktiv einen ausreichenden Ladedruck zur Verfügung stellen zu können. Insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit kleinem Hubraum und hoher Leistung ermöglichen diese elektrischen Verdichter im leerlaufnahen Bereich entweder eine zusätzliche Nachverdichtung zum Abgasturbolader oder eine Vorverdichtung für diesen, wodurch dem so genannten Turboloch entgegen gewirkt werden kann. Auch ist der Einsatz als einzelnes Aufladeaggregat im Verbrennungsmotor möglich.
Der Rotor und damit das Laufrad eines derartig genutzten Verdichters müssen in kürzester Zeit auf Drehzahlen von bis zu 100.000 U/min beschleunigt werden. Um in kurzer Zeit auf diese Geschwindigkeiten beschleunigen zu können, sind große Ströme von bis zu 500A erforderlich, die zu hohen thermischen Belastungen der Wicklungen sowie der Leistungselektronik, insbesondere der Transistoren des Elektromotors des Verdichters führen. Im Bereich der Wicklungen können Temperaturen von etwa 230°C im Innern des Verdichters entstehen, an den Transistoren Temperaturen von etwa 120°C. Zusätzlich entsteht eine thermische Belastung durch die Temperatur der Umgebung des Verdichters, welche ebenfalls etwa 200°C betragen kann, was bei Verwendung von Leichtmetall als Gehäusematerial auch zu einer Festigkeitsabnahme des Gehäuses führen kann.
Ein elektrischer Verdichter, bei dem die im Elektromotor erzeugte Wärme nach außen abgeführt wird und der daher höheren thermischen Belastungen ausgesetzt werden kann, ist aus der JP 2009-257165 A bekannt. Dieser Kompressor weist ein zylindrisches Gehäuse auf, welches den Stator des Elektromotors aufnimmt. An der Außenseite dieses Gehäuses ist eine Kühlmittelkanal ausgebildet, der nach radial außen durch ein weiteres Gehäuseteil verschlossen wird. Entsprechend wird der Stator direkt durch das Kühlmittel gekühlt und die entstehende Wärme kann nach außen abgeführt werden. Eine Kühlung der Elektronik ist nicht vorgesehen.
Aus der WO 2014/084989 AI ist ebenfalls ein elektrischer Verdichter bekannt, dessen Stator durch einen umliegenden Kühlmittelkanal gekühlt werden kann. Die Elektronik dieses Verdichters ist am Außengehäuse angeordnet und wird nicht zusätzlich gekühlt.
Es stellt sich daher die Aufgabe, einen elektrischen Verdichter zu schaffen, der thermisch hoch belastbar ist, so dass Schäden am Stator beziehungsweise an dessen Wicklungen ebenso vermieden werden, wie an der Leistungselektronik des Elektromotors oder an einem aus Leichtmetall hergestellten Gehäuse. Dabei soll sowohl von außen eindringende Wärme abgeschirmt werden, als auch innen entstehende Wärme abgeführt werden. Die Montage des Verdichters soll dennoch möglichst einfach sein.
Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Verdichter mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass eine der Umfangswände einstückig mit einem Boden ausgebildet ist, an dessen zum Kühlmittelkanal entgegengesetzter Seite eine Elektronikbauteile tragende Platine des Elektromotors angeordnet ist, wird neben der Umströmung des Stators auch eine Kühlung der Platine und der Elektronik über den gleichen Kühlmittelkanal sichergestellt. Aus dem gesamten Gehäuseteil, bestehend aus Boden und Umfangswand wird Wärme nach außen abgeführt. Der Boden wirkt als Kühlkörper für die Platine.
Vorzugsweise ist die Leistungselektronik des Elektromotors auf der Platine unmittelbar gegenüberliegend zum axialen Ende des Kühlmittelkanals angeordnet, so dass die großen Wärmemengen der Leistungselektronik, insbesondere der Transistoren direkt in unmittelbarer Nähe über das Kühlmittel abgeführt werden können.
In einer hierzu weiterführenden Ausbildung der Erfindung ist die Leistungselektronik auf einem gleichen Teilkreisdurchmesser angeordnet, in dem der Kühlmittelkanal an den Boden grenzt. Entsprechend kann der Kanal als ringförmiger Kanal ausgeführt werden, so dass eine einfache Montage des Verdichters und eine einfache Abdichtung des Kühlmittelkanals bei guter Strömungsführung erreicht wird. Dennoch wird das Kühlmittel in unmittelbare Nähe zu den Leistungsbausteinen geführt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Kühlmittelkanal schraubenförmig um das erste Gehäuseteil verläuft, da hierdurch Toträume im Kanal zuverlässig vermieden werden und so über die gesamte Länge und an jeder Position des Kanals und damit des Stators, eine ausreichende Kühlwirkung erzielt wird und gleichzeitig sichergestellt, dass im Bereich des zur Platine gegenüberliegenden Kanalbereichs eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels vorliegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist an der ersten Umfangswand des ersten Gehäuseteils ein nach radial außen weisender schraubenförmiger Steg ausgebildet, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der umliegenden Umfangswand des zweiten Gehäuseteils. Dies erleichtert einerseits die Montage beim Aufeinanderschieben der beiden Gehäuseteile und andererseits wird durch den Steg auf einfache Weise eine axiale Begrenzung und Strömungsführung mit gleichbleibenden Strömungsquerschnitten hergestellt, so dass geringe Druckverluste vorliegen.
In einer montagetechnisch vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist das zweite Gehäuseteil eine ringförmige Aufnahmeöffnung auf, welche radial nach außen durch die zweite Umfangswand des zweiten Gehäuseteils begrenzt ist und radial nach innen durch einen sich axial ersteckenden ringförmigen Vorsprung des zweiten Gehäuseteils begrenzt ist, und in welche ein axiales Ende der ersten Umfangswand des ersten Gehäuseteils ragt. Entsprechend erfolgt beim Einstecken des ersten Gehäuseteils in das zweite Gehäuseteil eine Zentrierung der beiden Teile zueinander.
In einer weiterführenden vorteilhaften Ausführungsform weist das axiale Ende des ersten Gehäuseteils, welches in die Aufnahmeöffnung ragt, einen axialen Abstand zum Boden des zweiten Gehäuseteils auf. Durch diesen Abstand wird am Boden eine größere Kühlfläche bereitgestellt, die direkt von Kühlmittel angeströmt wird. Entsprechend wird auf diese Weise die Kühlwirkung auf die Platine und die Leistungsbausteine erhöht. Vorzugsweise ist zwischen dem die Aufnahmeöffnung nach radial innen begrenzenden ringförmigen Vorsprung und der ersten Umfangswand ein den Kühlmittelkanal radial abdichtender Dichtring angeordnet. Diese Anordnung des Dichtrings an der Innenseite der Umfangswand des ersten Gehäuseteils ermöglicht es, das Kühlmittel bis an den Boden des zweiten Gehäuseteils heranzuführen, den gesamten Querschnitt der Aufnahmeöffnung als Kühlfläche zu nutzen und trotzdem einen zuverlässig abgedichteten Kanal zu schaffen.
In einer hierzu weiterführenden Ausbildung der Erfindung ist der Dichtring in einer Radialnut der Umfangswand des ersten Gehäuseteils angeordnet. So wird eine einfache Montage des Dichtrings erreicht und eine zuverlässige Abdichtung geschaffen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt der Kühlmittelkanal sich axial über die gesamte Länge des Stators, wodurch dieser auch über seine gesamte axiale Länge gekühlt wird. Einzelne Hitzepunkte oder eine ungleichförmige thermische Belastung des Stators werden vermieden.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Kühlmittelkanal sich axial bis zu einem Boden eines oder beider der Gehäuseteile erstreckt, an dem eine Lageraufnahme für ein Lager des Elektromotors ausgebildet ist. Auf diese Weise werden auch die Lager vor Überhitzung zuverlässig geschützt.
Es wird somit ein elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer druckverlustarmen und zuverlässigen Kühlung geschaffen, über die sowohl von außen eindringende Hitze als auch im Innern entstehende Wärme zuverlässig abgeführt, beziehungsweise abgeschirmt werden können. Dies führt zu einer längeren Lebensdauer der Elektronik, des Stators, des Gehäuses und der Lager. Zusätzliche Anbauten zur Kühlung außer ein Kühlmitteleinlass und ein Kühlmittelauslass sind nicht notwendig, da alle thermisch empfindlichen Teile durch den einen Kanal zuverlässig gekühlt werden.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Verdichters ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Verdichters in geschnittener Darstellung.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des zweiten Gehäuseteils
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der Ansicht der Figur 1.
Der erfindungsgemäße elektrische Verdichter besteht aus einem Gehäuse 10, welches sich aus insgesamt vier Gehäuseteilen zusammensetzt. In ein erstes zentrales Gehäuseteil 12 ist ein Stator 14 eines Elektromotors 16 eingepresst. Dieser Stator 14 wirkt in bekannter Weise mit einem Rotor 18 zusammen, der fest auf einer Antriebswelle 20 befestigt ist. Die Antriebswelle 20 wird über ein erstes als Kugellager ausgeführtes Lager 22, welches in einer ersten Lageraufnahme 24 angeordnet ist, die zentral am ersten Gehäuseteil 12 ausgebildet ist, sowie ein zweites als Kugellager ausgebildetes Lager 26, welches in einer zweiten Lageraufnahme 28 angeordnet ist, die zentral an einem zweiten Gehäuseteil 30 ausgebildet ist, gelagert. Das erste Gehäuseteil 12 und das zweite Gehäuseteil 30 begrenzen einen Motorraum 32, in dem der Elektromotor 16 aufgenommen wird.
Auf der Antriebswelle 20 ist ein Laufrad 34 des elektrischen Verdichters angeordnet, welches in einem Strömungsraum 36 angeordnet ist, der durch ein Strömungsgehäuse 38 und einen ersten sich radial zur Antriebswelle 20 erstreckenden Boden 40 des ersten Gehäuseteils 12 begrenzt wird. Das Strömungsgehäuse 38, welches am ersten Gehäuseteil 12 befestigt ist, weist einen Spiralkanal 42 auf, in welchen das über einen am Strömungsgehäuse 38 ausgebildeten Einlass 44 einströmende Gas mittels des Laufrades 34 gefördert wird. Im Spiralkanal 42 wird dieses Gas verdichtet bis es den Strömungsraum 36 beziehungsweise den Spiralkanal 42 über einen ebenfalls am Strömungsgehäuse 38 ausgebildeten tangentialen Auslass 46 wieder verlässt.
Um den Strömungsraum 36 vom Motorraum 32 möglichst gasdicht zu trennen und zu verhindern, dass Gas aus dem Strömungsgehäuse 38 in das erste Gehäuseteil 12 an der Rückseite des Laufrades 34 entlang der Antriebswelle 20 strömt, ist in einer zentralen Öffnung 48 des Bodens 40 des ersten Gehäuseteils 12, durch die die Antriebswelle 20 aus dem Motorraum 32 in den Strömungsraum 36 ragt, eine Gleitringdichtung 50 angeordnet, die gegen eine Einschnürung 52 dieser Öffnung 48 axial anliegt. An der zum Motorraum 32 weisenden Seite der Einschnürung 52 erstreckt sich vom Boden 40 ein zylindrischer Vorsprung 54 axial in Richtung des Rotors 18. Dieser zylindrische Vorsprung 54 dient als die erste Lageraufnahme 24 für das erste Lager 22.
Das zweite Lager 26 ist an der zum Rotor 18 entgegengesetzten Seite in einem als Lageraufnahme 28 dienenden zylindrischen Vorsprung 56 angeordnet, der sich axial von einem zweiten Boden 58, der am zweiten Gehäuseteil 30 ausgebildet ist, in den Motorraum 32 erstreckt. Auf der axial zum Motorraum entgegengesetzten Seite dieses Bodens 58 ist ein Elektronikraum 60 ausgebildet, der durch einen Deckel 62 verschlossen wird und in dem eine Platine 64 zur Ansteuerung des Elektromotors 16 angeordnet ist. Zur Kontaktierung der Platine 64 mit Wicklungen 66 des Stators 14 sind im Boden 58 entsprechende Durchstecköffnungen ausgebildet, durch die die Wicklungsenden 68 zur Platine 64 ragen. Vom Boden 40 des ersten Gehäuseteils 12 erstreckt sich im radial äußeren Bereich eine erste Umfangswand 70 in Richtung des Bodens 58 des zweiten Gehäuseteils 30, an deren Innenseite der Stator 14 eingepresst ist. Diese erste Umfangswand 70 ist von einer zweiten Umfangswand 72 des zweiten Gehäuseteils 30 umgeben, wobei zwischen der radialen Außenseite der ersten Umfangswand 70 und der radialen Innenseite der zweiten Umfangswand 72 ein geringes Spiel vorgesehen ist.
Ein zum Boden 58 des zweiten Gehäuseteils 30 weisendes axiales Ende 74 der ersten Umfangswand 70 des ersten Gehäuseteils 12 ragt in eine ringförmige Aufnahmeöffnung 76 des zweiten Gehäuseteils 30, welche zwischen der zweiten Umfangswand 72 und einem radial weiter innen sich vom Boden 58 erstreckenden weiteren ringförmigen Vorsprung 78 angeordnet ist. Der Boden 58 und das axiale Ende 74 der ersten Umfangswand 70 weisen einen Abstand zueinander auf.
Im zwischen dem ersten axialen Ende 74 und einem entgegengesetzten zweiten axialen Ende 80 der Umfangswand 70 liegenden Bereich weist diese erfindungsgemäß eine schraubenförmige Ausnehmung 82 auf, die als Kühlmittelkanal 84 dient. Die schraubenförmige Ausnehmung 82 wird axial jeweils durch die Wände eines schraubenförmigen Steges 86 begrenzt und erstreckt sich über die gesamte axiale Länge des Stators 14 und bis zum Boden 58 des zweiten Gehäuseteils 30, indem das axiale Ende 74 der ersten Umfangswand 70 einen axialen Abstand zum Boden 58 aufweist, was dazu führt, dass das Kühlmittel aus dem Kühlmittelkanal 84 tatsächlich bis direkt an den Boden 58 herangeführt werden kann.
Zur Abdichtung des Kühlmittelkanals 84 ist entsprechend am zum Boden 40 weisenden axialen Ende 80 an der Außenseite der ersten Umfangswand 70 sowie am entgegengesetzten axialen Ende 76 an der Innenseite der Umfangswand 70 eine Radialnut 88, 90 ausgebildet, in der je ein Dichtring 92, 94 in Form eines O-Rings angeordnet ist, der gegen die radial gegenüberliegende Innenseite der zweiten Umfangswand 72 beziehungsweise die Außenseite des ringförmigen Vorsprungs 78 des zweiten Gehäuseteils 30 dichtend anliegt. Kühlmittel, welches durch einen am zweiten Gehäuseteil ausgebildeten Kühlmitteleinlass 96 in den Kühlmittelkanal 84 eintritt, strömt entsprechend schraubenförmig um den gesamten Stator 14 herum bis an den Boden 58 und wird lediglich durch den innen an der Umfangswand 70 angeordneten Dichtring gehindert, weiter ins Innere zu strömen. Das Kühlmittel verlässt, nachdem es ringförmig entlang des Bodens 58 geströmt ist, über einen ebenfalls am zweiten Gehäuseteil 30 ausgebildeten Kühlmittelauslass 98 den Kühlmittelkanal 84. Diese Umströmung findet aufgrund der über die gesamte Lauflänge des Kühlmittelkanals 84 etwa gleichbleibenden Durchströmungsquerschnitte mit sehr geringen Druckverlusten statt.
Als Wärmequellen des Verdichters wirken vor allem die Wicklungen 66 des Stators 14 sowie die auf der Platine angeordnete Elektronikbauteile 100 und hier insbesondere die Leistungselektronik 102, beispielweise die verwendeten Transistoren. Der Stator 14 ist direkt im ersten Gehäuseteil 12 eingepresst und liegt somit direkt und über seine gesamte Länge gegen die umströmte Innenwand des Kühlmittelkanals 84 an, so dass die dort entstehende Wärme über das Kühlmittel zuverlässig abgeführt werden kann. Durch die innere Umströmung der zweiten Umfangswand 72 über den Kühlmittelkanal 84 und dem daraus entstehenden direkten Kontakt des zweiten Gehäuseteils 30 zum Kühlmittel wird auch dieses Gehäuseteil zuverlässig gekühlt. Diese Kühlwirkung überträgt sich auch auf den Boden 58 des zweiten Gehäuseteils 30, wobei eine besonders hohe Wärmeabfuhr durch die geringeren Temperaturen des Kühlmittels im Bereich der Aufnahmeöffnung 76 am Boden 58 entsteht, der in diesem Bereich auch eine relativ geringe Wandstärke aufweist. Dies führt dazu, dass in dem der Aufnahmeöffnung 76 gegenüberliegenden Bereich des Bodens 58 und damit an der Platine 64 eine geringere Temperatur anliegt. Dies wird genutzt, indem die Leistungselektronik 102 des Elektromotors 16 auf einem der Aufnahmeöffnung 76 gegenüberliegenden Teilkreis angeordnet wird, wodurch die besonders Wärme erzeugenden Bauteile besonders gut gekühlt werden. Auch wird das Kühlmittel am entgegengesetzten axialen Ende 80 möglichst nah an den Boden 40 herangeführt, so dass auch aus den Lagern 22, 26 in ihren Lageraufnahmen 24, 28 durch die gekühlten Böden 40, 58 Wärme abgeführt werden kann. Neben dieser direkten Kühlwirkung der Wärme erzeugenden Teile wird auch Wärme von außen von diesen Bauteilen ferngehalten, da durch den Kühlmittelkanal eine Abschirmung entsteht. Von außen auf das Gehäuse wirkende Wärmestrahlung kann nicht eindringen, da die zweite Umfangswand 72 ebenfalls durch den Kühlmittelkanal 84 gekühlt wird und dennoch eintretende Wärme vor dem Eindringen in den Motorraum 32 abführt.
Entsprechend kann dieser Verdichter trotz hoher benötigter Ströme und den daraus resultierenden Wärmeströmen auch in thermisch belasteter Umgebung, wie in einem Verbrennungsmotor, eingesetzt werden. Die Lager, Gehäuseteile sowie alle elektronischen Bauteile werden zuverlässig vor thermischer Überlastung geschützt, so dass eine lange Lebensdauer des Verdichters erreicht wird und Schäden an diesen Teilen vermeiden werden. Gleichzeitig ist die Herstellung der Einzelteile sowie die Montage trotz der internen Kühlmittelführung im Vergleich zu bekannten Ausführungen vereinfacht.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere können die Gehäuseteile andere Teilungen aufweisen oder der Kühlmittelkanal auf andere Art abgedichtet werden. Andere konstruktive Änderungen sind ebenfalls denkbar.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Elektromotor (16), der in einem Motorraum (32) angeordnet ist,
einer Antriebswelle (20), die über den Elektromotor (16) antreibbar ist,
einem Laufrad (34), welches mit der Antriebswelle (20) verbunden ist und in einem Strömungsraum (36) zwischen einem Einlass (44) und einem Auslass (46) angeordnet ist,
einem ersten Gehäuseteil (12) mit einer ersten Umfangswand (70), an deren Innenseite ein Stator (14) des Elektromotors (16) anliegt, einem zweiten Gehäuseteil (30), mit einer zweiten Umfangswand (72), welche die erste Umfangswand (70) vollumfänglich umgibt, einem Kühlmittelkanal (84), der radial zwischen der ersten Umfangswand (70) und der zweiten Umfangswand (72) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine der Umfangswände (70, 72) einstückig mit einem Boden ausgebildet ist, an dessen zum Kühlmittelkanal (84) entgegengesetzter Seite eine Elektronikbauteile (100) tragende Platine (64) des Elektromotors (16) angeordnet ist.
Elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Leistungselektronik (102) des Elektromotors (16) auf der Platine (64) unmittelbar gegenüberliegend zum axialen Ende des Kühlmittelkanals (84) angeordnet ist.
3. Elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leistungselektronik (102) auf einem gleichen Teilkreisdurchmesser angeordnet ist, in dem der Kühlmittelkanal (84) an den Boden (58) grenzt.
4. Elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlmittelkanal (84) schraubenförmig um die erste Umfangswand (70) des ersten Gehäuseteils (12) verläuft.
5. Elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der ersten Umfangswand (70) des ersten Gehäuseteils (12) ein nach radial außen weisender schraubenförmiger Steg (86) ausgebildet ist, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der umliegenden Umfangswand (72) des zweiten Gehäuseteils (30).
6. Elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Gehäuseteil (30) eine ringförmige Aufnahmeöffnung (76) aufweist, welche radial nach außen durch die zweite Umfangswand (72) des zweiten Gehäuseteils (30) begrenzt ist und radial nach innen durch einen sich axial ersteckenden ringförmigen Vorsprung (78) des zweiten Gehäuseteils (30) begrenzt ist, und in welche ein axiales Ende der ersten Umfangswand (70) des ersten Gehäuseteils (12) ragt.
7. Elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das axiale Ende (74) des ersten Gehäuseteils (12), welches in die Aufnahmeöffnung (76) ragt, einen axialen Abstand zum Boden (58) des zweiten Gehäuseteils (30) aufweist.
8. Elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem die Aufnahmeöffnung (76) nach radial innen begrenzenden ringförmigen Vorsprung (78) und der ersten Umfangswand (70) ein den Kühlmittelkanal (84) radial abdichtender Dichtring (94) angeordnet ist.
9. Elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dichtring (94) in einer Radialnut (90) der Umfangswand (70) des ersten Gehäuseteils (12) angeordnet ist.
10. Elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlmittelkanal (84) sich axial über die gesamte Länge des Stators (14) erstreckt.
11. Elektrischer Verdichter für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlmittelkanal (84) sich axial bis zu einem Boden (40, 58) eines oder beider der Gehäuseteile (12, 30) erstreckt, an dem eine Lageraufnahme (24, 28) für ein Lager (22, 26) des Elektromotors (16) ausgebildet ist.
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