WO2020216508A1

WO2020216508A1 - Elektrische maschine mit einem kunststoffkörper

Info

Publication number: WO2020216508A1
Application number: PCT/EP2020/055638
Authority: WO
Inventors: Timo Wehlen; Eckhardt LÜBKE; Andreas Hölscher; Martin JELINEWSKI; Manfred TILL
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2020-10-29
Also published as: US20220247254A1; CN113678348A; DE102019205751A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) mit einem mehrteilig ausgebildeten Gehäuse (2), einem über einen Kunststoffkörper (3) stationär am Gehäuse (2) aufgenommenen Stator (4) und einem radial innerhalb des Stators (4) angeordneten Rotor (5), wobei der Kunststoffkörper (3) elektrisch isolierend ist und zumindest eine elektrische Leitung (17a, 17b, 17c), die dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Strom zwischen einer Leistungselektronik der elektrischen Maschine (1) und dem Stator (4) zu führen, umschließt, wobei zumindest ein Kanal (8), der zur Aufnahme eines Kühlmittels vorgesehen ist, in dem Kunststoffkörper (3) ausgebildet ist, wobei ein flanschförmiger Abschnitt (3a) des Kunststoffkörpers (3) axial zwischen einem ersten Gehäusedeckel (2a) und einem Gehäusemantelabschnitt (2c) des mehrteiligen Gehäuses (2) ausgebildet ist und die mindestens eine elektrische Leitung (17a, 17b, 17c) sowie der zumindest eine Kanal (8) in dem flanschförmigen Abschnitt (3a) ausgebildet sind.

Description

Elektrische Maschine mit einem Kunststoff körper

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem mehrteiligen Gehäuse, einem über einen Kunststoffkörper stationär am Gehäuse aufgenommenen Stator und einem radial innerhalb des Stators angeordneten Rotor, wobei zumindest ein Kanal, der zur Aufnahme eines Kühlmittels vorgesehen ist, in dem Kunststoffkörper ausgebildet ist.

Beispielsweise offenbart die DE 10 2013 201 758 A1 eine Elektromaschine mit einem Gehäuse und einem an diesem aufgenommenen Stator, einem radial innerhalb des Stators angeordneten Rotor und einer Kühleinrichtung zwischen Stator und Gehäu se. Zumindest ein Kunststoff körper umschließt einen weichmagnetischen Kern des Stators radial außen, wobei zumindest eine ein Kühlmedium führende Vertiefung der Kühleinrichtung zumindest teilweise in der äußeren Mantelfläche des zumindest ei nen Kunststoffkörpers eingebracht ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Maschine mit verbesserter Kühlung zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 . Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhän gigen Ansprüche.

Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst ein mehrteilig ausgebildetes Gehäuse, einen über einen Kunststoffkörper stationär am Gehäuse aufgenommenen Stator und einen radial innerhalb des Stators angeordneten Rotor, wobei der Kunst stoffkörper elektrisch isolierend ist und zumindest eine elektrische Leitung, die dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Strom zwischen einer Leistungselektronik der elektrischen Maschine und dem Stator zu führen, umschließt, wobei zumindest ein Kanal, der zur Aufnahme eines Kühlmittels vorgesehen ist, in dem Kunststoffkörper ausgebildet ist, wobei ein flanschförmiger Abschnitt des Kunststoffkörpers axial zwi schen einem ersten Gehäusedeckel und einem Gehäusemantelabschnitt des mehr teiligen Gehäuses ausgebildet ist und die mindestens eine elektrische Leitung sowie der zumindest eine Kanal in dem flanschförmigen Abschnitt ausgebildet sind. Mit anderen Worten dient der flanschförmiger Abschnitt des Kunststoffkörpers dazu den ersten Gehäusedeckel und den Gehäusemantelabschnitt miteinander zu verbin den und einen Bereich auszubilden, der insbesondere zur Drehmomentabstützung des Stators am Gehäuse und gleichzeitig auch zur Kühlung der mindestens einen elektrischen Leitung eingerichtet ist.

Der elektrisch isolierende Kunststoffkörper wird bevorzugt im Spritzgießverfahren oder aus einer Vergussmasse hergestellt und ist ferner dazu eingerichtet, die elektrisch leitenden Komponenten des Stators elektrisch zu isolieren, abzudichten, über eine Kühlmittelströmung in dem mindestens einen Kanal abzukühlen und den Stator derart am Gehäuse abzustützen, dass weitere Statorträger obsolet sind.

Beispielsweise ist ein einziger Kanal im Kunststoffkörper ausgebildet, der Kühlmittel führt und zumindest eine elektrische Leitung, vorzugsweise alle elektrischen Leitun gen des Stators kühlt. Alternativ können mehrere Kanäle im Kunststoff körper ausge bildet sein, die Kühlmittel führen und zumindest eine elektrische Leitung, vorzugswei se alle elektrischen Leitungen des Stators kühlen. Die mindestens eine elektrische Leitung erstreckt sich zusammen mit dem zumindest einen Kanal durch den flansch förmigen Abschnitt, wobei der zumindest einen Kanal zur Erhöhung der Kühlleistung großflächig um die mindestens eine elektrische Leitung herumgeführt ist. Insbeson dere mündet die mindestens eine elektrische Leitung am flanschförmigen Abschnitt aus dem Kunststoffkörper.

Vorzugsweise ist der mindestens eine Kanal zumindest abschnittsweise oder voll ständig entlang aller elektrischen Leitungen, die mit dem Stator verbunden sind, ge führt, um diese zu kühlen. Bevorzugt ist die mindestens eine elektrische Leitung als Kupferschiene, Kupferdraht oder Kupferflachbauteil ausgebildet. Insbesondere ist die elektrische Maschine als Dreiphasen-Drehstrommotor (UVW-Motor) ausgebildet und zur Verwendung als Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, sodass drei elektrische Leitungen zum Betrieb der elektrischen Maschine mit Wechselstrom vor gesehen sind. Unter einer Leistungselektronik ist eine Vorrichtung zu verstehen, die den Betrieb, insbesondere die Bestromung des Stators steuert und regelt. Insbeson- dere umfasst die Leistungselektronik einen Inverter, der dazu eingerichtet ist, Gleich spannung in Wechselspannung umzuwandeln.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das mehrteilig aus gebildete Gehäuse zumindest den ersten Gehäusedeckel sowie den Gehäuseman telabschnitt auf. Zusätzlich kann das mehrteilig ausgebildete Gehäuse auch einen zweiten Gehäusedeckel aufweisen. Der Gehäusemantelabschnitt ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und axial zwischen den beiden Gehäusedeckeln ange ordnet. Insbesondere ist der Gehäusemantelabschnitt dazu eingerichtet, den Stator in Radialrichtung vollständig aufzunehmen. Der jeweilige Gehäusedeckel ist dazu vorgesehen, zumindest an dem Gehäusemantelabschnitt zur Anlage zu kommen, um das Gehäuse in axialer Richtung einzugrenzen.

Vorzugsweise ist der flanschförmige Abschnitt umlaufend zwischen dem ersten Ge häusedeckel und dem Gehäusemantelabschnitt axial verspannt. Mithin wirkt eine Axialkraft derart umlaufend am ersten Gehäusedeckel, am Gehäusemantelabschnitt und am flanschförmigen Abschnitt, dass diese drei Bauteile eine Pressung erfahren. Durch die Pressung bzw. axiale Verspannung werden Dichtungsflächen zwischen dem ersten Gehäusedeckel und dem flanschförmigen Abschnitt des Kunststoffkör- pers sowie zwischen dem Gehäusemantelabschnitt und dem flanschförmigen Ab schnitt des Kunststoff körpers gebildet, die eine fluidische Abdichtung des mindestens einen Kanals in diesen Bereichen realisieren, sodass Kühlmittel aus dem mindestens einen Kanal nicht entweichen kann. Insbesondere kann die axiale Verspannung zwi schen dem ersten Gehäusedeckel, dem Gehäusemantelabschnitt und dem flansch förmigen Abschnitt derart eingestellt werden, dass ein hydraulischer Druck des Kühlmittels berücksichtigt wird.

Bevorzugt weist der flanschförmige Abschnitt mehrere axiale Durchführungen für Schrauben auf, wobei jede Durchführung koaxial zu einer jeweiligen Bohrung im ers ten Gehäusedeckel und einer jeweiligen Bohrung im Gehäusemantelabschnitt aus gebildet ist. Insbesondere ist in jeder Durchführung eine metallische Hülse angeord net, wobei die jeweilige Bohrung im Gehäusemantelabschnitt ein Gewinde zum Ein schrauben der Schrauben aufweist. Vorzugsweise sind fünf Schrauben zur form- schlüssigen Verbindung des ersten Gehäusedeckels mit dem Gehäusemantelab schnitt und dem axial dazwischen angeordneten flanschförmigen Abschnitt des Kunststoff körpers vorgesehen. Alternativ ist es auch denkbar die Durchführungen in dem flanschförmigen Abschnitt entfallen zu lassen und den flanschförmigen Ab schnitt formschlüssig zwischen dem Gehäusedeckel und dem Gehäusemantelab schnitt aufzunehmen, wobei der Gehäusedeckel und der Gehäusemantelabschnitt über mehrere Schrauben miteinander verschraubt werden.

Insbesondere ist der mindestens eine Kanal als Vertiefung in einer Außenfläche des Kunststoffkörpers ausgebildet. Vorzugsweise ist der mindestens eine Kanal als Ver tiefung in beiden Stirnflächen und einer Mantelfläche des Kunststoffkörpers ausge bildet. Beispielsweise sind Vertiefungen an der Stirnfläche des Kunststoffkörpers über Bohrungen oder Ausnehmungen im Kunststoffkörper fluidtechnisch mit Vertie fungen oder Kanälen im Inneren des Kunststoffkörpers verbunden. Die Ausbildung des mindestens einen Kanals an Außenflächen des Kunststoff körpers ermöglicht die Nutzung einfacher sowie schneller Herstellungsverfahren, da die Bearbeitung des Kunststoff körpers im Wesentlichen von außen erfolgt.

Bevorzugt ist der mindestens eine Kanal axial in einer Stirnfläche des Kunststoff kör pers ausgebildet und dazu eingerichtet, das Kühlmittel zwischen dem ersten Gehäu sedeckel und dem Kunststoffkörper zu führen. Ferner bevorzugt ist der mindestens eine Kanal radial in einer Außenumfangsfläche des Kunststoffkörpers ausgebildet und dazu eingerichtet, das Kühlmittel zwischen dem ersten Gehäusedeckel und einer Gehäuseabdeckung zu führen. Insbesondere ist der stirnseitig ausgebildete Kanal über eine Ausnehmung mit dem umfangsseitig ausgebildeten Kanal fluidtechnisch verbunden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Kanal derart im Kunststoff körper ausgebildet, dass die mindestens eine elektrische Leitung zumindest abschnittsweise zweiseitig von dem mindestens einen Kanal um schlossen ist. Insbesondere sind drei elektrische Leitungen vorgesehen, wobei der mindestens eine Kanal zunächst an einer ersten Seite entlang der drei Leitungen geführt ist, eine Krümmung um 180° aufweist und beispielsweise parallel zum vorde- ren Abschnitt des Kanals an einer zweiten Seite im hinteren Abschnitt des Kanals entlang der drei Leitungen geführt ist. Mithin werden die elektrischen Leitungen beid seitig sowie großflächig gekühlt.

Vorzugsweise ragt die mindestens eine elektrische Leitung radial aus dem flansch förmigen Abschnitt heraus, wobei der Kunststoffkörper die mindestens eine elektri sche Leitung in diesem Bereich zumindest teilweise umhüllt. Durch die Umhüllung der mindestens einen elektrischen Leitung im Bereich eines Austritts aus dem Kunst stoffkörper, wird die mindestens eine elektrische Leitung gestützt sowie isoliert, so- dass weitere Teile zur Abstützung und Isolation entfallen können, wodurch insbeson dere der Montageaufwand verringert wird.

Bevorzugt ragen drei elektrische Leitung radial aus dem flanschförmigen Abschnitt heraus, wobei der Kunststoff körper in diesem Bereich jede der drei elektrischen Lei tung separat umhüllt. Mithin ist der Kunststoffkörper beim Austritt der elektrischen Leitungen aus dem flanschförmigen Abschnitt derart ausgebildet, dass jede elektri sche Leitung einzeln sowie separat voneinander umhüllt ist und die Leitungen in die sem Bereich nicht miteinander verbunden sind. Dadurch kann insbesondere Gewicht eingespart werden.

Vorteilhafterweise umschließt der Kunststoff körper ferner einen weichmagnetischen Kern des Stators sowie erste und zweite Wickelköpfe des Stators stirnseitig sowie radial außen. Mithin sind auch der weichmagnetische Kern und die ersten und zwei ten Wickelköpfe des Stators stirnseitig sowie radial außen von dem Kunststoff körper umhüllt. Insbesondere sind die Wickelköpfe vollständig im Kunststoffkörper eingebet tet. Somit ist der Stator vorzugsweise bis auf eine Innenumfangsfläche vollständig mit dem Kunststoff körper umspritzt. Der Stator ist aus dem weichmagnetischen Kern und Wicklungen ausgebildet und zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes ein gerichtet. Die Wicklungen sind insbesondere aus Kupferdrähten ausgebildet und weisen endseitig zu jeder Stirnseite des Stators hin Wickelköpfe auf, nämlich die ers ten Wickelköpfe an der einen Stirnseite, also an einem ersten axialen Ende des Sta tors, und die zweiten Wickelköpfe an der anderen Stirnseite, also an einem zweiten axialen Ende des Stators. Axial zwischen den ersten und zweiten Wickelköpfen ist der weichmagnetische Kern des Stators angeordnet.

Aufgrund der stirnseitigen sowie radial äußere Kühlung der Wickel köpfe an beiden Enden des Stators sowie der radial äußere Kühlung des weichmagnetischen Kerns wird ein hohes Maß an Abwärme über das Kühlmittel abgeführt und dadurch der Sta tor effizient gekühlt. Dadurch kann die Antriebsdauerleistung der elektrischen Ma schine erhöht werden. Ein klassischer Statorkühlmantel wird nicht benötigt, wodurch Kosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden können. Insbesondere erfolgt über den Kunststoffkörper eine Geräuschentkopplung zwischen Stator und Gehäuse. Ins besondere ist die elektrische Maschine dazu vorgesehen stirnseitig mit dem Getriebe verbunden zu sein. Aufgrund der Kühlung auf beiden Stirnseiten der elektrischen Maschine erfolgt auch eine Kühlung einer Getriebewand eines an einer Stirnseite der elektrischen Maschine angeordneten Getriebes.

Beispielsweise ist der mindestens eine Kanal zumindest teilweise umlaufend entlang einer Stirnseite der ersten Wickelköpfe ausgebildet, wobei ferner der mindestens ei ne Kanal mehrmals umlaufend entlang einer Außenumfangsfläche des Stators aus gebildet ist, und wobei der mindestens eine Kanal zumindest teilweise umlaufend entlang einer Stirnseite der zweiten Wickelköpfe ausgebildet ist. Mithin wird vorzugs weise vorgeschlagen das Kühlmittel durch den mindestens einen Kanal zumindest teilweise umlaufend entlang der Stirnseite der ersten Wickelköpfe, mehrmals umlau fend über die Außenumfangsfläche des Stators und zumindest teilweise umlaufend entlang der Stirnseite der zweiten Wickelköpfe zu führen, um den Stator der elektri schen Maschine effizient zu kühlen. Zur Erhöhung der Kühlleistung der elektrischen Maschine ist es Wesentlich die ersten und zweiten Wickelköpfe auch stirnseitig zu kühlen. Ferner verhindert eine solche Ausbildung des mindestens einen Kanals die Bildung von Totwassergebieten und ermöglicht einen effizienten Kühlmittelfluss.

Bevorzugt ist eine axiale Breite des mindestens einen Kanals an der Außenumfangs fläche des Stators zumindest dreimal so groß, wie eine radiale Tiefe des mindestens einen Kanals an der Außenumfangsfläche des Stators. Mithin ist der mindestens eine Kanal an der Außenumfangsfläche des Stators breit und flach ausgebildet. Bei- spielsweise ist die axiale Breite des mindestens einen Kanals an der Außenumfangs fläche des Stators fünfmal so groß, wie die radiale Tiefe des mindestens einen Ka nals an der Außenumfangsfläche des Stators. Dies verbessert insbesondere die Küh lung der elektrischen Maschine.

Insbesondere ist der mindestens eine Kanal spiralförmig entlang der Außenumfangs fläche des Stators ausgebildet. Ferner ist es aber auch denkbar, den mindestens ei nen Kanal mäanderförmig oder bogenförmig auszubilden. Ebenso kann der mindes tens einen Kanal axial sowie parallel ausgebildete Kanalabschnitte umfassen oder in zwei Halbströme aufgeteilt sein. Eine Kombination der zuvor genannten Formen so wie weiteren beliebigen Formen ist ebenso denkbar.

Vorzugsweise ist ein Zufluss für das Kühlmittel an der Stirnseite der ersten Wickel köpfe ausgebildet, wobei ein Abfluss für das Kühlmittel an der Stirnseite der zweiten Wickelköpfe ausgebildet ist. Am Zufluss hat das Kühlmittel die geringste Temperatur und somit die höchste Kühlleistung, weil es noch keine Abwärme von dem Stator aufgenommen hat. Insbesondere ist die Temperatur an den ersten Wickelköpfen im Betrieb der elektrischen Maschine höher als die Temperatur an den zweiten Wickel köpfen. Das Kühlmittel ist vorzugsweise auf Wasserbasis. Eine Zuflussanschlussge ometrie, beispielsweise eine Einlassöffnung, und eine Abflussanschlussgeometrie, beispielsweise eine Auslassöffnung, können radial oder axial ausgebildet sein, um Bauraumvorteile zu generieren. Unter einem Zufluss für das Kühlmittel sind Leitun gen oder Geometrien zu verstehen, die eine Einströmen von Kühlmittel in den min destens einen Kanal ermöglichen. Ferner sind unter einem Abfluss für das Kühlmittel Leitungen oder Geometrien zu verstehen, die eine Ausströmen von Kühlmittel aus dem mindestens einen Kanal ermöglichen.

Vorzugsweise weist der mindestens eine Kanal an den ersten Wickelköpfen ein grö ßeres Volumen für Kühlmittel als der mindestens eine Kanal an den zweiten Wickel köpfen auf. Insbesondere sind die elektrischen Leitungen an den ersten Wickelköp fen angeordnet, sodass dort durch das größere Volumen für Kühlmittel eine höhere Kühlleistung generiert wird. Bevorzugt weist der Kunststoffkörper wärmeleitfähige Füllstoffe auf. Insbesondere sind metallische Füllstoffe mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder Aluminiumpartikel derart im Kunststoffkörper angeordnet, dass eine elektrische Isolierung des Kunststoffes erhalten bleibt. Ferner kann der Kunststoffkörper zur Er höhung der Wärmeleitfähigkeit auch mit Keramikpartikel, beispielsweise mit Me talloxiden versehen sein.

Im Folgenden werden drei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen elektri schen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine schematische Explosionsdarstellung eines Teils der elektrischen Ma schine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine schematische Detaildarstellung eines Ausschnitts der elektrischen Ma schine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine schematische Halbschnittdarstellung der elektrischen Maschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausschnitts der elektrischen Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 eine schematische Stirnseitendarstellung der elektrischen Maschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 eine schematische Perspektivdarstellung der elektrischen Maschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 8 eine schematische Detaildarstellung eines Ausschnitts der elektrischen Ma schine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. In Fig. 1 , Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 1 dargestellt. Gemäß Fig. 1 weist die erfindungsgemäße elektrische Ma schine 1 ein mehrteilig ausgebildetes Gehäuse 2 auf, das aus einem ersten und ei nem zweiten Gehäusedeckel 2a, 2b, einem Gehäusemantelabschnitt 2c und einer Gehäuseabdeckung 2d besteht. In dem Gehäuse 2 sind ein Stator 4 und ein radial innerhalb des Stators 4 angeordneter Rotor 5 aufgenommen, wobei der Stator 4 von einem Kunststoffkörper 3 umspritzt ist (siehe Fig. 4). Der Kunststoffkörper 3 ist elektrisch isolierend und weist einen flanschförmigen Abschnitt 3a auf, der axial zwi schen dem ersten Gehäusedeckel 2a und dem Gehäusemantelabschnitt 2c des mehrteiligen Gehäuses 2 angeordnet ist und drei elektrische Leitungen 17a, 17b, 17c sowie einen Kanal 8, der zur Aufnahme eines Kühlmittels und Kühlung der elektri schen Leitungen 17a, 17b, 17c und des Stators 4 vorgesehen ist, aufnimmt.

Die elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c sind dazu eingerichtet, einen elektrischen Strom zwischen einer, vorliegend nicht dargestellten Leistungselektronik der elektri schen Maschine 1 und dem Stator 4 zu führen. Die drei elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c ragen durch einen Schlitz in der Gehäuseabdeckung 2d radial aus der elektrischen Maschine 1 heraus. Die Gehäuseabdeckung 2d deckt einen Teil des flanschförmigen Abschnitts 3a ab, um einen Abschnitt des Kanals 8, der sich am flanschförmigen Abschnitts 3a befindet, fluidisch zu isolieren. Ein Zufluss 11 des Kühlmittels in den Kanal 8 erfolgt über eine axiale Einlassöffnung 19 an dem ersten Gehäusedeckel 2a. Ein Abfluss 12 des Kühlmittels erfolgt über eine radiale Auslass öffnung 20 im zweiten Gehäusedeckel 2b.

Der flanschförmige Abschnitt 3a ist umlaufend zwischen dem ersten Gehäusedeckel 2a und dem Gehäusemantelabschnitt 2c axial verspannt, wobei der flanschförmige Abschnitt 3a mehrere axiale Durchführungen 13 zur Aufnahme von Schrauben auf weist. Jede Durchführung 13 ist koaxial zu einer jeweiligen Bohrung 14a im ersten Gehäusedeckel 2a und einer jeweiligen Bohrung 14b im Gehäusemantelabschnitt 2c ausgebildet. Durch jede der koaxial zueinander ausgebildeten Bohrungen 14a, 14b und Durchführung 13 erstreckt sich eine, vorliegend nicht dargestellte, Schraube. Mittels der Schrauben wird die Verspannung und dadurch eine fluidische Abdichtung des Kanals 8 am flanschförmigen Abschnitt 3a realisiert. Auch der zweite Gehäuse deckel 2b ist mit dem Gehäusemantelabschnitt 2c verschraubt.

Fig. 2 zeigt den ersten Gehäusedeckel 2a, die Gehäuseabdeckung 2d und den Kunststoff körper 3, in welchem der Stator 4 und die elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c eingebettet sind, in einer Explosionsdarstellung. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Kanal 8 spiralförmig an einer Außenumfangsfläche des Kunststoffkörpers 3 aus gebildet ist, wobei das Kühlmittel zwischen dem Gehäusemantelabschnitt 2c und dem Kunststoff körper 3 geführt wird (siehe Fig. 4).

Fig. 3 zeigt eine Detaildarstellung im Bereich der elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c, die aus dem flanschförmigen Abschnitt 3a des Kunststoff körpers 3 radial her ausragen, wobei der Kunststoffkörper 3 die elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c in diesem Bereich teilweise umhüllt. Mehrere Pfeile P sind eingezeichnet, um den Kühlmittelfluss vereinfacht dazustellen. Wie bereits zu Fig. 1 erläutert, strömt das Kühlmittel über die Einlassöffnung 19 im ersten Gehäusedeckel 2a in den Kanal 8 am Kunststoffkörper 3 ein, wobei der Kanal 8 radial in einer Außenumfangsfläche am flanschförmigen Abschnitt 3a des Kunststoffkörpers 3 ausgebildet und dazu einge richtet ist, das Kühlmittel zwischen dem Kunststoff körpers 3 und der Gehäuseabde ckung 2d (vorliegend nicht dargestellt) zu führen. Der Kanal 8 ist derart im Kunst stoffkörper 3 ausgebildet, dass die elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c am flansch förmigen Abschnitt 3a zweiseitig von dem Kanal 8 umschlossen sind, und somit beidseitig sowie großflächig gekühlt werden. Dazu strömt das Kühlmittel zunächst entlang einer Vorderseite der elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c, wird dann um 180° umgeleitet und strömt entlang einer Rückseite der elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c. Danach wird das Kühlmittel durch den Kanal 8 weiter zu umlaufend entlang einer Stirnseite 9a von ersten Wickelköpfen 7a des Stators 4 geführt und danach über den spiralförmigen Abschnitt des Kanals 8 entlang der Außenumfangsfläche 10 des Stators 4 hin zu einer Stirnseite 9b von zweiten Wickelköpfen 7b des Stators 4 (siehe Fig. 4).

Gemäß Fig. 4 ist die elektrische Maschine 1 in einem Halbschnitt dargestellt. Im Ge häuse 2 der elektrischen Maschine 1 sind der Stator 4, der radial innerhalb des Sta- tors 4 angeordnete sowie um eine Drehachse A drehbare Rotor 5 und der elektrisch isolierende Kunststoffkörper 3 angeordnet, wobei der Stator 4 über den Kunststoff körper 3 stationär am Gehäuse 2 aufgenommenen ist. Denn der Stator 4 ist mit dem Kunststoff körper 3 umspritzt und der Kunststoffkörper 3 ist über den flanschförmigen Abschnitt 3a zwischen dem ersten Gehäusedeckel 2a und dem Gehäusemantelab schnitt 2c verspannt und somit stationär festgelegt. Der Kanal 8, der zur Aufnahme des Kühlmittels vorgesehen ist, ist in dem Kunststoffkörper 3 ausgebildet, um beim Durchströmen mit dem Kühlmittel, den Stator 4 zu kühlen. Zur Erhöhung seiner Wärmeleitfähigkeit weist der Kunststoffkörper 3 wärmeleitfähige Füllstoffe auf. Der Kunststoff körper 3 umschließt einen weichmagnetischen Kern 6 des Stators 4 stirn seitig sowie radial außen. Ferner umschließt der Kunststoffkörper 3 auch erste und zweite Wickelköpfe 7a, 7b des Stators 4 stirnseitig sowie radial. Vorliegend ist der Kunststoff körper 3 einteilig aus einem Spritzguss ausgebildet. Durch den Kunststoff körper 3 werden die elektrischen Teile des Stators 4 isoliert und gleichzeitig über den darin ausgebildeten Kanal 8 und das darin geführte, sowie hier nicht dargestellte Kühlmittel gekühlt. Der Kanal 8 weist an den ersten Wickelköpfen 7a ein größeres Volumen für Kühlmittel als der Kanal 8 an den zweiten Wickelköpfen 7b auf. Eine axiale Breite des Kanals 8 an der Außenumfangsfläche 10 des Stators 4 ist circa sechsmal so groß, wie eine radiale Tiefe des Kanals 8 an der Außenumfangsfläche 10 des Stators 4. Der Kanal 8 ist als Vertiefung in der Außenfläche des Kunststoff körpers 3 ausgebildet und dazu eingerichtet, das Kühlmittel zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kunststoffkörper 3 zu führen.

In Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der elektrischen Ma schine 1 dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Ausbildung des Kanals 8 im Kunststoffkörper 3 und somit durch den Kühlmittelfluss. Mehrere Pfeile P sind eingezeichnet, um den Kühlmittelfluss vereinfacht dazustellen. Das Kühlmittel strömt über eine Einlassöff nung 19 im ersten Gehäusedeckel 2a in den Kanal 8 am Kunststoffkörper 3 ein, wo bei der Kanal 8 axial in einer Stirnfläche des Kunststoffkörpers 3 ausgebildet und da zu eingerichtet ist, das Kühlmittel zwischen dem ersten Gehäusedeckel 2a und dem Kunststoff körper 3 umlaufend zu führen, um zunächst erste Wickelköpfe 7a des Sta tors 4 zu kühlen, wobei die Wickelköpfe 7a identisch zu den Wickelköpfen 7a gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind. Danach strömt das Kühlmittel in einem weite ren Abschnitt des Kanals 8 und wird entlang der elektrischen Leitungen 17a, 17b,

17c geführt, um diese zu kühlen. Mithin ist der Kanal 8 derart im Kunststoffkörper 3 ausgebildet, dass die elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c am flanschförmigen Ab schnitt 3a einseitig an dem Kanal 8 angeordnet sind, und somit einseitig gekühlt wer den. Danach wird das Kühlmittel über den spiralförmigen Abschnitt des Kanals 8 ent lang der Außenumfangsfläche 10 des Stators 4 geführt (siehe Fig. 7).

Der flanschförmige Abschnitt 3a ist umlaufend zwischen dem ersten Gehäusedeckel 2a und dem Gehäusemantelabschnitt 2c axial verspannt sowie formschlüssig damit verbunden. Zur axialen Verspannung sind Bohrungen 14a im ersten Gehäusedeckel 2a und Bohrungen 14b im Gehäusemantelabschnitt 2c ausgebildet, wobei sich durch jede dieser Bohrungen 14a, 14b, vorliegend nicht dargestellte, Schrauben erstre cken. Die Verspannung ermöglicht eine fluidische Abdichtung des Kanals 8 am flanschförmigen Abschnitt 3a.

In Fig. 7 ist die elektrische Maschine 1 perspektivisch dargestellt, wobei der Gehäu semantelabschnitt 2c transparent dargestellt ist. Wie bereits erwähnt, ist der Zu fluss 1 1 für das Kühlmittel an der Stirnseite 9a der ersten Wickelköpfe 7a ausgebil det, wobei das Kühlmittel über eine axial im ersten Gehäusedeckel 2a ausgebildete Einlassöffnung 19 einströmt. Ein Abfluss 12 für das Kühlmittel ist an der Stirnseite 9b der zweiten Wickelköpfe 7b ausgebildet, wobei das Kühlmittel über eine radial im zweiten Gehäusedeckel 2b ausgebildete Auslassöffnung 20 ausströmt. Der zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kunststoffkörper 3 ausgebildete Kanal 8 dient zur Zwangs führung des Kühlmittels von der Einlassöffnung 19 bis zur Auslassöffnung 20.

Die Pfeile P veranschaulichen, dass das Kühlmittel über die Einlassöffnung 19 in den Kanal 8 einströmt und im Kreis umlaufend entlang der Stirnseite 9a der ersten Wi ckelköpfe 7a geführt wird. Danach strömt das Kühlmittel entlang der elektrischen Lei tungen 17a, 17b, 17c, um auch diese zu kühlen. Weiter strömt das Kühlmittel durch einen spiralförmig ausgebildeten Abschnitt des Kanals 8 viermal umlaufend entlang einer Außenumfangsfläche 10 des Stators 4. Abschließend strömt das Kühlmittel durch den Kanal 8 im Kreis umlaufend entlang der Stirnseite 9b der zweiten Wickel- köpfe 7b und über die Auslassöffnung 20 aus dem Kanal 8 wieder heraus. Im Be reich des Zuflusses 1 1 an den ersten Wickelköpfen 7a ist die Temperatur des Kühl mittels minimal, wobei die Temperatur während des Durchströmens des Kanals 8 stetig ansteigt und ihren maximalen Wert im Bereich des Abflusses 12 an den zwei ten Wickelköpfen 7b erreicht. Mithin werden die ersten Wickelköpfe 7a und die drei elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c stärker gekühlt als die zweiten Wickelköpfe 7b. Vorliegend sind die Wickelköpfe 7a, 7b mit dem Kunststoffkörper 3 umspritzt und somit nicht dargestellt, jedoch identisch zu den Wickelköpfen 7a, 7b gemäß dem ers ten Ausführungsbeispiel ausgebildet.

Fig. 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 1 , wobei vor liegend ein Ausschnitt des flanschförmigen Abschnitts 3a, und zwar im Bereich der elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c dargestellt ist. Die elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c ragen radial aus dem flanschförmigen Abschnitt 3a heraus und der Kunst stoffkörper 3 umhüllt jede der drei elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c separat in diesem Bereich. Die elektrischen Leitungen 17a, 17b, 17c weisen einen kreisförmi gen Querschnitt auf, wobei der Kunststoffkörper 3 in diesem Bereich einen rechtecki gen Querschnitt aufweist.

Bezuqszeichen

1 Elektrische Maschine

2 Gehäuse

2a erster Gehäusedeckel

2b zweiter Gehäusedeckel

2c Gehäusemantelabschnitt

3 Kunststoffkörper

3a flanschförmiger Abschnitt des Kunststoff körpers

4 Stator

5 Rotor

6 weichmagnetischen Kern

7a erste Wickelköpfe

7b zweite Wickelköpfe

8 Kanal

9a Stirnseite der ersten Wickelköpfe

9b Stirnseite der zweiten Wickelköpfe

10 Außenumfangsfläche

11 Zufluss

12 Abfluss

13 axiale Durchführung

14a Bohrung

14b Bohrung

17a elektrische Leitung

17b elektrische Leitung

17c elektrische Leitung

19 Einlassöffnung

20 Auslassöffnung

A Drehachse

P Pfeil

Claims

Patentansprüche

1. Elektrische Maschine (1 ) mit einem mehrteilig ausgebildeten Gehäuse (2), einem über einen Kunststoffkörper (3) stationär am Gehäuse (2) aufgenommenen Stator (4) und einem radial innerhalb des Stators (4) angeordneten Rotor (5), wobei der Kunst stoffkörper (3) elektrisch isolierend ist und zumindest eine elektrische Leitung (17a, 17b, 17c), die dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Strom zwischen einer Leis tungselektronik der elektrischen Maschine (1 ) und dem Stator (4) zu führen, um schließt, wobei zumindest ein Kanal (8), der zur Aufnahme eines Kühlmittels vorge sehen ist, in dem Kunststoff körper (3) ausgebildet ist, wobei ein flanschförmiger Ab schnitt (3a) des Kunststoffkörpers (3) axial zwischen einem ersten Gehäusedeckel (2a) und einem Gehäusemantelabschnitt (2c) des mehrteiligen Gehäuses (2) ausge bildet ist und die mindestens eine elektrische Leitung (17a, 17b, 17c) sowie der zu mindest eine Kanal (8) in dem flanschförmigen Abschnitt (3a) ausgebildet sind.

2. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der flanschförmige Abschnitt (3a) umlaufend zwischen dem ersten Gehäusedeckel (2a) und dem Gehäusemantelabschnitt (2c) axial verspannt ist.

3. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flanschförmige Abschnitt (3a) mehrere axiale Durchführungen (13) für Schrauben aufweist, wobei jede Durchführung (13) koaxial zu einer jeweiligen Bohrung (14a) im ersten Gehäusedeckel (2a) und einer jeweiligen Bohrung (14b) im Gehäusemantel abschnitt (2c) ausgebildet ist.

4. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der mindestens eine Kanal (8) als Vertiefung in einer Außenfläche des Kunststoff körpers (3) ausgebildet.

5. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der mindestens eine Kanal (8) axial in einer Stirnfläche des Kunst stoffkörpers (3) ausgebildet und dazu eingerichtet ist, das Kühlmittel zwischen dem ersten Gehäusedeckel (2a) und dem Kunststoffkörper (3) zu führen.

6. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der mindestens eine Kanal (8) radial in einer Außenumfangsfläche des Kunststoff körpers (3) ausgebildet und dazu eingerichtet ist, das Kühlmittel zwi schen dem Kunststoff körpers (3) und einer Gehäuseabdeckung (2d) zu führen.

7. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der mindestens eine Kanal (8) derart im Kunststoffkörper (3) ausge bildet ist, dass die mindestens eine elektrische Leitung (17a, 17b, 17c) zumindest abschnittsweise zweiseitig von dem mindestens einen Kanal (8) umschlossen ist.

8. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die mindestens eine elektrische Leitung (17a, 17b, 17c) radial aus dem flanschförmigen Abschnitt (3a) herausragt, wobei der Kunststoffkörper (3) die mindestens eine elektrische Leitung (17a, 17b, 17c) in diesem Bereich zumindest teilweise umhüllt.

9. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass drei elektrische Leitung (17a, 17b, 17c) radial aus dem flanschförmigen Abschnitt (3a) herausragen, wobei der Kunststoffkörper (3) in diesem Bereich jede der drei elektri schen Leitung (17a, 17b, 17c) separat umhüllt.

10. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (3) ferner einen weichmagnetischen Kern (6) des Stators (4) sowie erste und zweite Wickelköpfe (7a, 7b) des Stators (4) stirn seitig sowie radial außen umschließt.

1 1 . Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal (8) zumindest teilweise umlaufend entlang einer Stirnsei te (9a) der ersten Wickelköpfe (7a) ausgebildet ist, wobei ferner der mindestens eine Kanal (8) mehrmals umlaufend entlang einer Außenumfangsfläche (10) des Sta tors (4) ausgebildet ist, und wobei der mindestens eine Kanal (8) zumindest teilweise umlaufend entlang einer Stirnseite (9b) der zweiten Wickelköpfe (7b) ausgebildet ist.

12. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Breite des mindestens einen Kanals (8) an der Außenumfangsfläche (10) des Stators (4) zumindest dreimal so groß ist, wie eine radiale Tiefe des mindestens ei nen Kanals (8) an der Außenumfangsfläche (10) des Stators (4).

13. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal (8) spiralförmig entlang der Außenumfangsfläche (10) des Stators (4) ausgebildet und dazu eingerichtet ist, das Kühlmittel zwischen dem Gehäusemantelabschnitt (2c) und dem Kunststoffkörper (3) zu führen.

14. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zufluss (11 ) für das Kühlmittel an der Stirnseite (9a) der ersten Wickelköpfe (7a) ausgebildet ist, wobei ein Abfluss (12) für das Kühlmittel an der Stirnseite (9b) der zweiten Wickelköpfe (7b) ausgebildet ist.

15. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (3) wärmeleitfähige Füllstoffe aufweist.