WO2021043808A1 - Stator eines elektrischen kältemittelantriebs - Google Patents

Stator eines elektrischen kältemittelantriebs Download PDF

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WO2021043808A1
WO2021043808A1 PCT/EP2020/074435 EP2020074435W WO2021043808A1 WO 2021043808 A1 WO2021043808 A1 WO 2021043808A1 EP 2020074435 W EP2020074435 W EP 2020074435W WO 2021043808 A1 WO2021043808 A1 WO 2021043808A1
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drive
area
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Marcus Podack
Stefan Wüst
Marco GRIMM
Duc Van TONG
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Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg
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Definitions

  • the invention relates to a stator of an electric refrigerant drive, aufwei send a stator package with a number of stator teeth which are provided with coils of a polyphase stator winding, and a contact device arranged on the end face of the stator package.
  • the invention further relates to a con tact device for such a stator, as well as an electrical refrigerant drive with such a stator
  • air conditioning systems are regularly installed, which air-condition the vehicle interior with the aid of a system that forms a refrigerant circuit.
  • Such systems basically have a circuit in which a refrigerant is guided.
  • the refrigerant for example R-134a (1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane) or R-744 (carbon dioxide), is heated in an evaporator and compressed by means of a (refrigerant) compressor The heat exchanger releases the absorbed heat before it is fed back to the evaporator via a throttle.
  • scroll machines are basically possible as compressors or compressors for the refrigerant.
  • Such scroll compressors typically have two scroll parts which can be moved relative to one another and which operate like a positive displacement pump.
  • the scroll parts are typically designed as a nested (helical) pair of spirals or scrolls. In other words, one of the spirals engages at least partially with the other spiral.
  • the first (scroll) spiral is fixed in relation to a compressor housing (stationary scroll, fixed scroll), whereas the second (scroll) spiral (movable scroll, movable / orbiting scroll) is driven orbiting by means of an electric motor within the first spiral.
  • a particular brushless electric motor as an electric (three-phase) machine usually has a stator provided with a polyphase field or stator winding, which is arranged coaxially to a rotor with one or more permanent magnets. Both the rotor and the stator are constructed, for example, as laminated cores, with stator teeth carrying the coils of the stator winding in intermediate stator slots.
  • the coils for their part are usually wound from an insulating wire and assigned to individual strands or phases of the electric motor or refrigerant drive and connected to one another in a predetermined manner by means of a contact device on the front of the stator.
  • the interconnected stator winding is controlled by motor electronics in order to generate a rotating field which causes a torque on the permanently excited rotor.
  • the electric motors and the (motor) electronics are cooled by means of a so-called suction gas (refrigerant).
  • suction gas refrigerant
  • Reliable cooling of the electronics and the electric motor is central to reliable and safe operation and long-term performance of the refrigerant compressor.
  • the electronics in particular typically have a high thermal sensitivity, so that reliable cooling is necessary.
  • the cold suction gas is fed to a bulkhead to the electronics and through the electric motor.
  • the refrigerant drive usually has a drive housing with an inlet (suction gas port connection, suction port) through which the suction gas or refrigerant flows as fluid into the interior of the drive housing and thus to the electric motor.
  • the inlet is usually arranged on the outer circumference of the drive housing, so that the mass or fluid flow of the suction gas is admitted to the side of the stator and has to be diverted to see the rotor and stator as well as flow around the windings.
  • this relative position from the inlet to the stator disadvantageously brings about a substantially frontal impact of the inflowing fluid or suction gas on the contact device of the stator.
  • the contact device regularly has narrow cross-sections, so that this causes undesired suction pressure losses.
  • the inlet from the stator that is to say, for example, to make the stator with a shorter axial length, or to make the stator (axially) more compact or shortened.
  • the fluid flowing through the inlet does not hit the contact device of the stator, but rather flows into a free space formed axially above the stator or the contact device.
  • this is only possible if the outside diameter of the stator can be increased or if the axial length of the drive housing or the refrigerant drive can be extended.
  • this is always not easily technically feasible, since the other components of the refrigerant compressor, such as the compressor or the electronics, also require axial installation space.
  • the invention is based on the object of specifying a particularly suitable stator for an electric refrigerant drive.
  • the most reliable and reliable cooling of the stator preferably an electric motor and associated electronics, especially at low engine speeds, should be implemented on the one hand, and suction pressure losses occurring on the other hand, especially at high engine speeds, should be reduced as much as possible.
  • the invention is also based on the object of specifying a particularly suitable contact device for such a stator, and a particularly suitable electrical refrigerant drive with such a stator.
  • stator With regard to the stator, the object is achieved with the features of claim 1 and with regard to the contact device with the features of claim 9 and with regard to the refrigerant drive with the features of claim 10 in accordance with the invention.
  • Advantageous refinements and developments are the subject matter of the subclaims.
  • the advantages and configurations cited with regard to the stator can also be applied analogously to the contact device and / or the refrigerant drive, and vice versa.
  • the stator according to the invention is part of an electric refrigerant drive, in particular a special electric refrigerant compressor of a motor vehicle.
  • the stator has a stator with a number of stator teeth, the stator teeth ne are provided with coils or coil windings of a polyphase stator winding.
  • the stator also has a contact device arranged on the end face of the stator package, which is provided and set up to interconnect the stator coils with phase connections.
  • the phase connections are here routed, for example, to a converter circuit of (motor) electronics.
  • a deflection area arranged on the outer circumference of the contact device for a fluid flowing in, in particular radially, through the inlet.
  • the deflection area is provided in particular in that area of the outer circumference of the contact device in which the inflowing fluid strikes the contact device approximately at the front.
  • the order of the steering area and the inlet are in particular arranged on approximately the same axial height of the refrigerant compressor.
  • the deflection area of the contact device is arranged in an inflow or inlet area of the refrigerant drive.
  • the invention is based on the knowledge that the highest (suction) pressure losses in the flow path of the fluid in the refrigerant drive occur in the area of the inlet in which the inflowing fluid meets the contact device.
  • each contour is under a deflection area - Or to understand the shape of the contact device, which at least partially deliberately deflects or deflects the mass or fluid flow of the inflowing fluid along a tangential, radial or axial direction, so that suction pressure losses in the inlet area of the refrigerant drive are reduced.
  • the contact device is designed as a flow-improving component through the deflection area with a view to guiding the fluid in the refrigerant drive.
  • the fluid is preferably as gentle as possible, i.e. with a gentle wrestle flow resistance and low fluid mechanical turbulence or eddies of the fluid flow, diverted or deflected.
  • the fluid is in particular a suction gas or refrigerant which is used or can be used for cooling the stator and / or an electric motor having the stator and a motor electronics.
  • the conjunction “and / or” is to be understood here and in the following in such a way that the features linked by means of this conjunction can be designed both together and as alternatives to one another.
  • the deflection area reduces suction pressure losses in the inlet or inflow area, as a result of which the cooling performance of the fluid flow for the stator or the electric motor equipped with it is improved. This is then advantageously carried over to an improved performance and life of the stator or a refrigerant drive provided with it.
  • Axial or an “axial direction” is understood here and in the following in particular to mean a direction perpendicular to the end faces of the stator, that is to say parallel (coaxial) to the axis of rotation of a refrigerant drive provided therewith.
  • radial or a “radial direction” is understood to mean, in particular, a direction oriented perpendicular (transversely) to the axis of rotation of the refrigerant drive along a radius of the stator or the refrigerant drive.
  • tangential or a “tangential direction” is understood to mean, in particular, a direction along the circumference of the stator or the refrigerant drive (circumferential direction, azimuthal direction), ie a direction perpendicular to the axial direction and to the radial direction.
  • the deflection area directs the inflowing fluid in a spiral radially inward.
  • the deflection area is designed such that when fluid flows in through the inlet, the deflection area deflects or influences the direction of flow or the flow path in such a way that the fluid is guided radially inward in a spiral.
  • the deflection area is designed, for example, as an essentially radially and tangentially running channel-like or ramp-like guide for the inflowing fluid. This is a Realized particularly appropriate guidance of the fluid, whereby particularly niedri ge suction pressure losses occur.
  • the deflection area is introduced into the outer circumference of the contact device as a sic-like depression, that is to say as a recess or depression or (in) curvature or crown.
  • a sic-like depression that is to say as a recess or depression or (in) curvature or crown.
  • the contact device is designed with an interconnection ring placed on the end face of the stator core as a base body for interconnecting the coils with the phase connections, and with an annular cover placed on the interconnection ring.
  • This realizes a particularly suitable contact device for the stator.
  • a functional separation is thus essentially implemented between the interconnection of the coils realized by the interconnection ring and between the ring cover.
  • the ring cover is preferably designed with a surface that is as smooth or even as possible, that is, without flow-swirling elements.
  • the order of the steering area of the contact device is introduced, for example, into the outer circumference of the interconnection ring acting as a base body and / or into the outer circumference of the ring cover.
  • the order is arranged in particular on the steering area on the ring cover. As a result, a particularly advantageous arrangement of the deflection area is realized.
  • the deflection region is arranged on a flap of the ring cover which at least partially encompasses the interconnection ring axially and tangentially.
  • the tab is essentially a collar section of the ring cover, which extends in sections over the outer circumference of the cladding ring.
  • the impingement surface of the inflowing fluid facing the inlet is essentially formed by the tab and the deflection area. This enables a particularly suitable deflection area with particularly low suction pressure losses.
  • the ring cover is mechanically firmly joined to the connection ring.
  • the ring cover is in particular joined to the interconnection ring in a form-fitting and / or non-positive and / or cohesive manner, for example by means of gluing, locking and / or potting. This realizes a particularly stable contact device.
  • a “form fit” or a “form fit connection” between at least two interconnected parts is understood here and in the following in particular to mean that the interconnected parts are held together at least in one direction by a direct interlocking of contours of the parts themselves or by a indirect interlocking takes place via an additional connecting part.
  • the "blocking" of a mutual movement in this direction is therefore due to the shape.
  • a “force fit” or a “force fit connection” between at least two interconnected parts is understood here and in the following in particular to mean that the interconnected parts are prevented from sliding off one another due to a frictional force acting between them. If there is no “connecting force” causing this frictional force (this means the force which presses the parts against each other, for example a screw force or the weight itself), the force-fit connection cannot be maintained and thus released.
  • a “material connection” or a “material connection” between at least two interconnected parts is understood here and in the following in particular to mean that the interconnected parts at their contact surfaces through material combination or cross-linking (for example due to atomic or molecular bonding forces) possibly held together under the action of an additive.
  • the interconnection ring has a bead-like receptacle in which the deflection area of the ring cover is at least partially supported.
  • the deflection area thus engages in sections in the area of the receptacle in the connection ring.
  • An alignment or positioning aid is thus implemented during the assembly of the stator or the contact device.
  • a particularly compact design of the contact device with a simultaneously comparatively deep deflection area is thus made possible.
  • Such a deflection area enables, for example, a comparatively flat, elongated, ramp-like guidance or diversion of the inflowing fluid which is particularly advantageous in terms of fluid or flow technology.
  • an additional or further aspect of the invention provides that the Umlenkbe is arranged rich in a groove center between two adjacent stator teeth of the Statorpa kets.
  • the deflection area of the contact device is oriented in particular in such a way that it is essentially arranged between two adjacent coils of the stator.
  • the contact device according to the invention is suitable and set up for an above-described stator of an electric refrigerant drive.
  • the contact device here has on its outer circumference a steering area for a fluid of the refrigerant drive.
  • a contact device that is particularly suitable in terms of flow technology is implemented, which enables particularly low suction pressure losses in the area of an inlet, in particular in the area of a suction port, and thus high cooling capacities for the stator and / or refrigerant drive.
  • the stator described above is arranged in a drive housing of an electric refrigerant drive.
  • the refrigerant drive is designed in particular as a refrigerant compressor of a motor vehicle.
  • the drive housing has an inlet oriented, for example, radially, by means of which a fluid, in particular suction gas, can be guided into the drive housing.
  • the stator is in this way within the drive
  • the housing is arranged so that the fluid entering or flowing in through the inlet impinges on the deflection area, so that particularly low suction pressure losses are realized. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. They show in perspective representations:
  • FIG. 1 shows a refrigerant drive with an electric motor drive and with a compressor
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the refrigerant drive with a stator and with a contact device in a first embodiment
  • Fig. 4 shows a base body of the contact device with a view of a Umlenkbe rich
  • FIG. 8 shows a second embodiment of the refrigerant drive with a stator and with a contact device in a second embodiment
  • FIG. 9 shows the contact device in the third embodiment
  • FIG. 10 shows the contact device in a fourth embodiment.
  • the refrigerant drive 2 shown in Fig. 1 is preferably installed as a refrigerant compressor in a refrigerant circuit, not shown in detail, of a Klimaanla ge of a motor vehicle.
  • the electromotive refrigerant compressor 2 has an electric (electromotive) drive 4 and a compressor (compressor head) 6 coupled to it.
  • the drive 4 on the one hand and the compressor 6 on the other hand have a modular structure, for example, so that, for example, a drive 4 can be coupled to different compressors 6.
  • a transition area formed between the modules 4 and 6 has a mechanical interface 8 with a bearing plate 10 on the drive side. In terms of drive technology, the compressor 6 is connected to the drive 4 via the mechanical interface 8.
  • the compressor 6 is joined to the drive 4 by means of six circumferentially distributed flange connections 12.
  • the flange connections 12 are here formed protruding radially on the outer circumference of the refrigerant compressor 2 as tab-like flanges 12a, 12b, 12c.
  • the flanges 12a, 12b and 12c each have an axial height along an axial direction A of the refrigerant compressor 2.
  • Each flange connection 12 has a flange 12a of the drive and a flange 12b of the end shield 10 as well as a flange 12c of the compressor 6, each of which has screw receptacles 14 aligned with one another, into each of which a fastening screw 16 can be screwed from the compressor 6.
  • the screw receptacles 14 of the flanges 12a of the drive 4 in particular have an internal thread into which the fastening screw 16 can be screwed or screwed in a force-fit manner. With the six fastening screws 16, the compressor 6 is fastened to the drive 4 in a reliable and vibration-free manner.
  • the flange connections 12 are provided with reference symbols merely by way of example.
  • the drive 4 comprises a pot-like drive housing 18 with two housing parts 18a and 18b, which are separated from one another in a fluid-tight manner by a monolithically integrated partition (bulkhead) within the drive housing 18 - not shown in detail.
  • the drive housing 18 is preferably made as a die-cast part made of an aluminum material.
  • the housing section on the compressor side is designed as a motor housing 18a for receiving an electric motor 20 (FIGS. 2, 7).
  • the motor housing 18a is closed on the one hand by the (housing) partition or bulkhead and on the other hand by the end shield 10.
  • the housing part area lying opposite on the bulkhead is designed as an electronics housing 18b, in which motor electronics 22 controlling the electric motor 20 are accommodated.
  • the electronics housing 18b is closed with a housing cover (electronics cover) 24 on an end face of the drive 4 facing away from the compressor 6.
  • the motor electronics 22 is mounted with an open housing cover 24 in the electronic housing 18b and is still easily accessible with a removed housing cover 24 for maintenance or repair purposes.
  • the drive housing 18 has an electrical connection section 26 for making electrical contact between the electronics 22 and an electrical system of the motor vehicle.
  • the connection section 36 comprises two connections 28a and 28b, which are led to the electronics 22 and are in electrical contact with them within the electronics housing 18b.
  • the drive housing 18 has a (suction gas) inlet or suction port 30 approximately at the level of the connection section 26 for connection to the refrigerant circuit of the air conditioning system.
  • a fluid in particular a suction gas, flows into the drive housing 18, in particular into the motor housing 18a, via the inlet 30.
  • the fluid flows through the end shield 10 to the compressor 6, which is designed in particular as a scroll compressor.
  • the refrigerant is then compressed or compressed by means of the compressor 6 and enters a bottom (refrigerant) outlet 32 of the compressor 6 the refrigerant circuit of the air conditioning system.
  • the outlet 32 is integrally formed on the bottom of a pot-shaped compressor housing 34 of the compressor 6.
  • the inlet 30 forms the low-pressure or suction side and the outlet 32 forms the high-pressure or pump side of the refrigerant compressor 2.
  • 2 shows an embodiment of the refrigerant drive 2 with a 470 V electric motor 20, that is to say with an electric motor 20 with an operating voltage of 470 V (volts).
  • the particularly brushless electric motor 20 comprises a rotor 38 which is coupled in a rotationally fixed manner to a motor shaft 36 and which is rotatably arranged within a stator 40.
  • the stator 40 comprises a stator package 42 with twelve inwardly directed stator teeth on which a stator or rotating field winding of the electric motor 20 is applied.
  • the coil windings are wound as coils, for example on insulating Wick ment carriers or coil carriers, and placed with these on the stator teeth of the stator core 42.
  • Each of the frame-like winding supports carries a coil or coil winding as part of the stator winding.
  • the coil ends of the (individual) coils are connected by means of a contact device 44 placed on the end face of the stator 40 to form the 3-phase stator or rotating field winding in this exemplary embodiment.
  • the energized windings of the stator winding generate a stator-side magnetic field which interacts with permanent magnets of the rotor 38 of the brushless electric motor 20 rotating about the central stator or motor axis 36.
  • the coil ends of the coils are connected to form the phases or phase windings, each phase having a phase connection 46.
  • the interconnection of the coil ends takes place in particular in a base body 48 of the contact device 44.
  • the phases of the stator winding of the brushless electric motor 20 are connected, for example, in a star or delta connection.
  • the electric motor 20 is designed in particular with three phases, and thus has three phase ends or phase connections 46.
  • the phases of the 46 are each provided with a sleeve-like or sleeve-like through-hole tion 50 provided, which seals the respective phase connection 46, in particular special pressure-tight and gas-tight, and electrically insulated by the housing partition wall or bulkhead between the motor housing 18a and the electronics housing 18b in this.
  • a first embodiment of the contact device 44 is explained in more detail below with reference to FIGS. 2 to 5.
  • the contact device 44 is designed in two parts with the radially outer, annular base body 48 and a radially inner, annular inner body 52.
  • the coil ends are interconnected and led to the phase connections 46, where the interconnection or contacting of the coil ends of the coils takes place in the radially inner area of the inner body 52, also referred to below as the ring cover, which serves as a cover and to the Protection of the contacted Spu lenenden is placed on this.
  • the contact device 44 has an order deflection area 54, which is introduced as a bead-like depression, ie as a recess or indentation, in the outer circumference 56 of the contact device 44 or the connection ring 48.
  • the deflection area 54 is arranged in the region of the inlet 30, so that the fluid or suction gas flowing radially through it strikes the deflection area 54 of the contact device 44.
  • the deflection area 54 is designed in two parts in this embodiment, and has an impact area 58, which is arranged on the interconnection ring 48, and an adjoining or opening, approximately ramp-like, guide area 60, which is arranged on the ring cover 52.
  • the sheathing ring 48 can additionally or alternatively have a guide area 62 as a have an extension of the impact area 58, so that the ring cover 52 can also be implemented without the guide area 60.
  • the deflection area 54 would in particular be made in one piece, that is to say only integrated into the connection ring 48.
  • the deflection area 54 has a radial and tangential course that tapers approximately radially inwards in a spiral shape.
  • the area of impact 58 of the deflection area 54 is preferably arranged approximately in the middle of the groove between two adjacent stator teeth or coils.
  • the area of impact 58 facing the inlet 30 is drawn in axially in relation to an end face of the contact device 48 having the phase connections 46.
  • This means that the deflection area 54 has a slope along the axial direction A from the radially outer impact area 58 to the radially inner guide area 60, 62.
  • the deflection area 60, 62 is ge compared to the axial direction A at an angle or inclined in the contact device 48 is brought.
  • the incoming suction gas is gently deflected or guided in a spiral radially inward direction, that is to say essentially without eddies or turbulence in its mass flow.
  • the order of the steering area 58 is expediently made as smooth and flat as possible so that the suction gas flowing or guided along it is not swirled.
  • the deflection area 58 reduces suction pressure losses in the inflow or inlet area of the refrigerant drive 2.
  • the contact device 44 is formed by the deflection area 58 in particular as a flow-improving construction part in the interior of the drive housing 18 or the motor housing 18a.
  • the suction gas thus guided to the electronics-side end face of the electric motor 20 thus flows past the housing partition wall or bulkhead, and thus on the one hand cools the electronics 22 in the electronics housing 18b.
  • the suction gas flows along the axial direction A through the electric motor 20, that is to say in particular through the free space or gap area between the rotor 38 and the ends of the stator teeth on the pole shoe side of the stator 40 or of the stator core 42, as a result of which, for example, the energized coil windings are cooled. This improves the performance and the service life of the refrigerant drive 2.
  • FIG. 4 and 5 show the interconnection ring 48 with a removed or not attached ring cover 52.
  • the coil ends of the coils can be guided through axial feed-through openings 64 on the radially inner side and on the top of the interconnection ring 48 with contact lugs 66 for internal interconnection contacting bar (Fig. 7).
  • the coil ends are materially welded to the contact lugs 66.
  • the coil ends and contact lugs 70 are covered with the ring cover 52. This enables a particularly simple and cost-reduced contacting and interconnection of the stator winding.
  • the lead-through openings 64 and contact lugs 66 are only provided with reference numerals in the figures, for example.
  • the ring cover 52 is preferably joined to the interconnection ring 48 in a mechanically fixed manner.
  • the ring cover 52 is here joined or can be joined to the interconnection ring 48, for example by means of gluing, latching and / or potting.
  • the contact device 44 is fastened or fastened to the stator core 42 in a form-fitting and / or force-fitting manner by means of axial locking tongues 68 of the interconnection ring 48.
  • the latching tongues 68 are distributed on the outer circumference 56 and are arranged on the side of the interconnection ring 52 facing the stator core 42.
  • the stator core 42 has on its outer circumference axially extending grooves 70 which are provided with reference numerals in the figures merely by way of example and into which the latching tongues 68 engage in a clamping manner for fastening.
  • the contact device Device 44 is detachably locked or clamped on the stator core 42 in a non-destructive manner.
  • a bulge 71 is provided on the underside of the connection ring 48 in the deflection area 54 or in the impact area 58.
  • the bulge 71 which is approximately bulge-like or bulge-like, is a local thickening of the wall of the interconnection ring 48, which is arranged essentially opposite the top-side impact area 58 on the underside of the interconnection ring 48.
  • the wall thickness or wall thickness of the interconnection ring 48 is also kept essentially constant in the deflection area 54 or impingement area 58, so that the interconnection ring 48 is mechanically particularly stable and robust.
  • FIG. 6 A second exemplary embodiment of the contact device 44 ′ for the refrigerant drive 2 is shown in FIG. 6.
  • the contact device 44 ' has an annular cover 52', which essentially completely covers the interconnection ring 48 'axially.
  • the ring cover 52 ' has an axial tab 72 which, as a radially outer side wall, surrounds the outer circumference of the interconnection ring 52' in sections.
  • the tab 72 thus has a tangential course along the interconnection ring 52 '.
  • the deflection area 54 ' is provided on the ring cover 52', in particular in the area of the tab 72.
  • the um lenkbe rich 54 ' has a course oriented obliquely to the radial and tangential directions.
  • the radially outer opening or end face region of the deflection region 54 ′ facing the inlet 30 extends to approximately half the axial height of the connecting ring 48 ′.
  • the deflection area 54 ' here has an axial slope along its course. As a result, the impinging suction gas is guided radially inward in a spiral through the deflection area 54 '.
  • the electric motor 20 In this embodiment, it is embodied in particular with 6 phases, and accordingly has six phase ends or phase connections 52.
  • FIG. 8 a third exemplary embodiment of the contact device 44 ′′ is shown.
  • the contact device 44 ′′ is shown in FIG. 8 without the associated ring cover, in other words only the interconnection ring 48 ′′ is shown.
  • the embodiment of the interconnection ring 48 ′′ corresponds essentially to the above-described first embodiment 48 of FIG. 4, wherein - as can be seen in particular in FIG. 9 - the deflection area 54 ′′ is arranged on the outer circumference 56 of the interconnection ring 48 ′.
  • the deflection area 54 ′′ is essentially formed by a bead-like depression in the body of the interconnection ring 48 ′′ that corresponds to the impact area 58.
  • the ring cover can, for example, have a guide section as an extension or continuation of the deflection area 54 ′′.
  • the fourth embodiment of the contact device 44 '"shown in FIG. 10 corresponds essentially to a six-phase embodiment of the contact device 44' of FIG. 7 described above, in which the Umlenkbe rich 54 '" on a on the outer edge of the interconnection ring 48' "Axially and tangenti al extending tab 72 'of the ring cover 52'" is arranged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (40) eines elektrischen Kältemittelantriebs (2), aufweisend ein Statorpaket (42) mit einer Anzahl von Statorzähnen, welche mit Spulen einer mehrphasigen Statorwicklung versehen sind, und eine stirnseitig an dem Statorpaket (42) angeordnete Kontaktvorrichtung (44, 44', 44'', 44''') zur Verschaltung der Spulen mit Phasenanschlüssen (46), wobei im Bereich eines Einlasses (30) des Kältemittelantriebs (2) ein Umlenkbereich (54, 54', 54'', 54''') für ein durch den Einlass (30) einströmendes Fluid an dem Außenumfang (56) der Kontaktvorrichtung (44, 44', 44'', 44''') vorgesehen ist.

Description

Beschreibung
Stator eines elektrischen Kältemittelantriebs
Die Erfindung betrifft einen Stator eines elektrischen Kältemittelantriebs, aufwei send ein Statorpaket mit einer Anzahl von Statorzähnen, welche mit Spulen einer mehrphasigen Statorwicklung versehen sind, und eine stirnseitig an dem Stator paket angeordneten Kontaktvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kon taktvorrichtung für einen solchen Stator, sowie einen elektrischen Kältemittelan trieb mit einem derartigen Stator
Bei Kraftfahrzeugen sind regelmäßig Klimaanlagen eingebaut, die mit Hilfe einer einen Kältemittelkreislauf bildenden Anlage den Fahrzeuginnenraum klimatisieren. Derartige Anlagen weisen grundsätzlich einen Kreislauf auf, in dem ein Kältemittel geführt ist. Das Kältemittel, beispielsweise R-134a (1 ,1 ,1 ,2-Tetrafluorethan) oder R-744 (Kohlenstoffdioxid), wird an einem Verdampfer erwärmt und mittels eines (Kältemittel-)Verdichters beziehungsweise Kompressors verdichtet, wobei das Käl temittel anschließend über einen Wärmetauscher die aufgenommene Wärme wie der abgibt, bevor es über eine Drossel erneut zum Verdampfer geführt wird.
In derartigen Anwendungen sind beispielsweise Scroll-Maschinen als Kompresso ren beziehungsweise Verdichter für das Kältemittel grundsätzlich möglich. Derarti ge Scrollverdichter weisen typischerweise zwei relativ zueinander bewegbare Scroll-Teile auf, die im Betrieb nach Art einer Verdrängerpumpe arbeiten. Die bei den Scroll-Teile sind hierbei typischerweise als ein ineinander verschachteltes (schneckenförmiges) Spiralen- oder Scrollpaar ausgeführt. Mit anderen Worten greift eine der Spiralen zumindest teilweise in die andere Spirale ein. Die erste (Scroll-)Spirale ist hierbei in Bezug auf ein Verdichtergehäuse feststehend (statio närer Scroll, fixed scroll), wobei die zweite (Scroll-)Spirale (beweglicher Scroll, movable/orbiting scroll) mittels eines Elektromotors innerhalb der ersten Spirale orbitierend angetrieben ist.
Ein insbesondere bürstenloser Elektromotor als elektrische (Drehstrom -)Maschine weist üblicherweise einen mit einer mehrphasigen Feld- oder Statorwicklung ver sehenen Stator auf, welcher koaxial zu einem Rotor mit einem oder mehreren Permanentmagneten angeordnet ist. Sowohl der Rotor als auch der Stator sind beispielsweise als Blechpakete aufgebaut, wobei Statorzähne in dazwischenlie genden Statornuten die Spulen der Statorwicklung tragen.
Die Spulen sind ihrerseits gängigerweise aus einem Isolierdraht gewickelt, und einzelnen Strängen oder Phasen des Elektromotors beziehungsweise Kältemittel antriebs zugeordnet sowie untereinander mittels einer statorstirnseitigen Kontakt vorrichtung in einer vorbestimmten Weise verschaltet. Die verschaltete Statorwick lung wird von einer Motorelektronik angesteuert, um ein Drehfeld zu erzeugen, welches ein Drehmoment am permanent erregten Rotor verursacht.
Bei derartigen elektrischen oder elektromotorisch angetriebenen Kältemittelantrie ben werden die Elektromotoren und die (Motor-)Elektronik mittels eines sogenann ten Sauggases (Kältemittel) gekühlt. Eine zuverlässige Kühlung der Elektronik und des Elektromotors ist hierbei zentral für einen zuverlässigen und betriebssicheren Betrieb sowie für eine dauerhafte Leistungsfähigkeit des Kältemittelverdichters. Insbesondere die Elektronik weist hierbei typischerweise eine hohe thermische Empfindlichkeit auf, so dass eine zuverlässige Kühlung notwendig ist. Das kalte Sauggas wird hierbei an eine Schottwand zur Elektronik und durch den Elektromo tor geführt.
Der Kältemittelantrieb weist in der Regel ein Antriebsgehäuse mit einem Einlass (Sauggasportanschluss, Saugport) auf, durch welchen das Sauggas beziehungs weise Kältemittel als Fluid in das Innere des Antriebsgehäuses, und somit zum Elektromotor einströmt. Der Einlass ist in der Regel am Außenumfang des An triebsgehäuses angeordnet, so dass der Masse- oder Fluidstrom des Sauggases seitlich von dem Stator eingelassen wird, und umgeleitet werden muss, um zwi- sehen den Rotor und Stator sowie um die Wicklungen zu strömen. Diese relative Position von dem Einlass zu dem Stator bewirkt jedoch nachteiligerweise ein im Wesentlichen frontales Auftreffen des einströmenden Fluids oder Sauggases auf die Kontaktvorrichtung des Stators. Die Kontaktvorrichtung weist regelmäßig enge Querschnitte auf, so dass hierbei ungewünschte Saugdruckverluste bewirkt wer den.
Derartige Saugdruckverluste reduzieren den Wirkungsgrad des elektrischen Käl temittelantriebs. Diese Reduzierung des Wirkungsgrads tritt insbesondere bei mitt- leren bis hohen Masseströmen, beispielsweise ab circa 3000 bis 4000 Umdrehun gen pro Minute (rpm) bis maximal etwa 8000 bis 12000 rpm, auf. Insbesondere bei einem Volllastbetrieb (cool down) wird in kurzer Zeit eine elektrische und thermi sche Leistungsgrenze des Kältemittelantriebs erreicht, so dass dieser zur Vermei dung von Beschädigungen oder einer vollständigen Zerstörung abgeregelt werden muss.
Zur Vermeidung dieses Problems ist es beispielsweise möglich, den Einlass axial von dem Stator zu beabstanden, also beispielsweise den Stator mit einer geringe ren axialen Länge auszuführen, beziehungsweise den Stator (axial) bauraumkom- pakter oder verkürzt auszuführen. Dadurch trifft das durch den Einlass strömende Fluid nicht auf die Kontaktvorrichtung des Stators, sondern strömt in einen axial oberhalb des Stators beziehungsweise der Kontaktvorrichtung gebildeten Frei raum. Dies ist jedoch lediglich möglich, wenn der Außendurchmesser des Stators vergrößert werden kann, oder wenn die axiale Länge des Antriebsgehäuses be- ziehungsweise des Kältemittelantriebs verlängerbar ist. Dies ist jedoch im Hinblick auf den in einer Einbausituation vorhandenen Bauraum stets nicht ohne weiteres technisch realisierbar, da auch die übrigen Komponenten des Kältemittelverdich ters, wie beispielsweise der Verdichter oder die Elektronik einen axialen Bauraum benötigen.
Ebenso denkbar ist es beispielsweise das Antriebsgehäuse mit einem oder meh reren Bypässen auszuführen, welche als Umgehungspfade den Massestrom radial außenseitig an dem Stator zu der dem Einlass gegenüberliegend angeordneten Statorstirnseite vorbeiführen. Nachteiligerweise wird dadurch die Kühlung des Sta tors und insbesondere der Elektronik reduziert. Des Weiteren wird das Sauggas oder Fluid während der außenseitigen Bypass-Führung an der Antriebsgehäuse wand erwärmt, wodurch die bereitgestellte Kühlleistung weiter reduziert wird.
Des Weiteren ist es beispielsweise möglich, den radialen Außendurchmesser der Kontaktvorrichtung weitestgehend zu reduzieren und/oder die Kontaktvorrichtung mit einer Anzahl an radialen Durchführ- oder Durchlassöffnungen zu versehen. Dadurch wird jedoch die Verschaltung der Spulen zur Statorwicklung nachteilig erschwert oder auf bestimmte Verschaltungsschemata/-konzepte eingeschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Stator für einen elektrischen Kältemittelantrieb anzugeben. Insbesondere soll einerseits eine möglichst zuverlässige und betriebssichere Kühlung des Stators, vorzugsweise eines Elektromotors und einer zugeordneten Elektronik, insbesondere bei niedri gen Motordrehzahlen, realisiert werden, sowie andererseits auftretende Saug druckverluste, insbesondere bei hohen Motordrehzahlen, möglichst reduziert wer den. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeigne te Kontaktvorrichtung für einen solchen Stator, und einen besonders geeigneten elektrischen Kältemittelantrieb mit einem derartigen Stator anzugeben.
Hinsichtlich des Stators wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Kontaktvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie hinsichtlich des Kältemittelantriebs mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfin dungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Ge genstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf den Stator angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Kontaktvorrichtung und/oder den Kältemittelantrieb übertragbar und umgekehrt.
Der erfindungsgemäße Stator ist Teil eines elektrischen Kältemittelantriebs, insbe sondere eines elektrischen Kältemittelverdichters eines Kraftfahrzeugs. Der Stator weist ein Statorpaket mit einer Anzahl von Statorzähnen auf, wobei die Statorzäh- ne mit Spulen beziehungsweise Spulenwicklungen einer mehrphasigen Stator wicklung versehen sind.
Der Stator weist weiterhin eine stirnseitig an dem Statorpaket angeordnete Kon- taktvorrichtung auf, welche dazu vorgesehen und eingerichtet ist, die (Stator- Spulen mit Phasenanschlüssen zu verschalten. Die Phasenanschlüsse sind hier bei beispielsweise an eine Umrichterschaltung einer (Motor-)Elektronik geführt.
Erfindungsgemäß ist in dem Bereich eines Einlasses des Kältemittelantriebs ein an dem Außenumfang der Kontaktvorrichtung angeordneter Um lenkbereich für ein durch den Einlass insbesondere radial einströmendes Fluid vorgesehen. Dadurch ist ein besonders geeigneter Stator für einen elektrischen Kältemittelantrieb reali siert. Der Umlenkbereich ist insbesondere in demjenigen Bereich des Außenumfangs der Kontaktvorrichtung vorgesehen, in welchem das einströmende Fluid etwa fron tal auf die Kontaktvorrichtung trifft. Der Um lenkbereich und der Einlass sind hierbei insbesondere auf einer etwa gleichen axialen Flöhe des Kältemittelverdichters an geordnet. Mit anderen Worten ist der Umlenkbereich der Kontaktvorrichtung in einem Einström- oder Einlassbereich des Kältemittelantriebs angeordnet.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass in dem Bereich des Einlasses, in welchem das einströmende Fluid auf die Kontaktvorrichtung trifft, die höchsten (Saug-)Druckverluste im Strömungsverlauf des Fluids im Kältemittelantrieb auftre- ten. Unter einem Umlenkbereich ist hierbei insbesondere jede Kontur- oder Form gebung der Kontaktvorrichtung zu verstehen, welche den Masse- oder Fluidstrom des einströmenden Fluids zumindest teilweise gezielt entlang einer Tangential-, Radial- oder Axialrichtung umlenkt oder ablenkt, so dass Saugdruckverluste im Einlassbereich des Kältemittelantriebs reduziert werden. Mit anderen Worten ist die Kontaktvorrichtung durch den Umlenkbereich im Hinblick auf die Führung des Fluids im Kältemittelantrieb als ein strömungsverbesserndes Bauteil ausgebildet. Vorzugsweise wird das Fluid hierbei möglichst sanft, also möglichst mit einem ge- ringen Strömungswiderstand und geringen fluidmechanischen Turbulenzen oder Verwirbelungen des Fluidstroms, umgeleitet oder umgelenkt.
Das Fluid ist insbesondere ein Sauggas oder Kältemittel, welches zur Kühlung des Stators und/oder eines den Stator aufweisenden Elektromotors und einer Motorel ektronik genutzt oder nutzbar ist. Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Fol genden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können. Durch den Umlenkbereich werden Saugdruckverluste im Einlass- oder Einströmungsbereich reduziert, wodurch die Kühlleistung des Fluidstroms für den Stator oder den damit ausgestatteten Elektromotor verbessert wird. Dies über trägt sich in der Folge vorteilhaft auf eine verbesserte Leistungsfähigkeit und Le bensdauer des Stators oder eines damit versehenen Kältemittelantriebs. Unter „axial“ oder einer „Axialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung senkrecht zu den Stirnseiten des Stators, also parallel (koaxial) zur Drehachse eines damit versehenen Kältemittelantriebs verstanden. Entsprechend wird hier und im Folgenden unter „radial“ oder einer „Radialrichtung“ insbesondere eine senkrecht (quer) zur Drehachse des Kältemittelantriebs orientierte Richtung entlang eines Radius des Stators beziehungsweise des Kältemittelantriebs ver standen. Unter „tangential“ oder einer „Tangentialrichtung“ wird hier und im Fol genden insbesondere eine Richtung entlang des Umfangs des Stators oder des Kältemittelantriebs (Umfangsrichtung, Azimutalrichtung), also eine Richtung senk recht zur Axialrichtung und zur Radialrichtung, verstanden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung lenkt der Umlenkbereich das einströmende Fluid spiralförmig nach radial innen. Mit anderen Worten ist der Umlenkbereich so ausgelegt, dass wenn Fluid durch den Einlass einströmt, der Umlenkbereich die Strömungsrichtung oder den Strömungsverlauf derart umlenkt oder beeinflusst, dass das Fluid spiralförmig nach radial innen geführt wird. Der Umlenkbereich bei spielsweise als eine im Wesentlichen radial und tangential verlaufende kanal- oder rampenartige Führung für das einströmende Fluid ausgebildet. Dadurch ist eine besonders zweckmäßige Führung des Fluids realisiert, wodurch besonders niedri ge Saugdruckverluste auftreten.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführung ist der Umlenkbereich als eine si ckenartige Vertiefung, also als eine Aussparung oder Senke oder (Ein-)Wölbung oder Bombierung, in den Außenumfang der Kontaktvorrichtung eingebracht. Dadurch ist der Um lenkbereich in konstruktiv besonders einfacher und kosten günstiger Weise hergestellt oder herstellbar.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kontaktvorrichtung mit einem stirnseitig auf das Statorpaket aufgesetzten Verschaltungsring als Grundkörper zur Verschal tung der Spulen mit den Phasenanschlüssen, und mit einem auf den Verschal tungsring aufgesetzten Ringdeckel ausgeführt. Dadurch ist eine besonders geeig nete Kontaktvorrichtung für den Stator realisiert. Insbesondere ist somit im We sentlichen eine Funktionstrennung zwischen der durch den Verschaltungsring rea lisierten Verschaltung der Spulen, und zwischen dem Ringdeckel realisiert. Insbe sondere ist der Ringdeckel hierbei vorzugsweise mit einer möglichst glatten oder ebenen Oberfläche, also ohne strömungsverwirbelnde Elemente, ausgeführt.
Der Um lenkbereich der Kontaktvorrichtung ist beispielsweise in den Außenumfang des als Grundkörpers wirkenden Verschaltungsrings und/oder in den Außenum fang des Ringdeckels eingebracht. In einer geeigneten Weiterbildung ist der Um lenkbereich insbesondere an dem Ringdeckel angeordnet. Dadurch ist eine be sonders vorteilhafte Anordnung des Umlenkbereichs realisiert.
In einer geeigneten Ausbildung ist der Umlenkbereich an einer den Verschalt ungsring zumindest teilweise axial und tangential umgreifenden Lasche des Ring deckels angeordnet. Die Lasche ist im Wesentlichen ein Kragenabschnitt des Ringdeckels, welches sich abschnittsweise über den Außenumfang des Verschal tungsrings erstreckt. Mit anderen Worten ist die dem Einlass zugewandte Auf trefffläche des einströmenden Fluids im Wesentlichen durch die Lasche und den Um lenkbereich gebildet. Dadurch ist ein besonders geeigneter Um lenkbereich mit besonders niedrigen Saugdruckverlusten ermöglicht. In einer geeigneten Ausführung ist der Ringdeckel mechanisch fest mit dem Ver schaltungsring gefügt. Der Ringdeckel ist hierbei insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, beispielsweise mittels Verkleben, Verrasten und/oder Vergießen, mit dem Verschaltungsring gefügt. Dadurch ist ei ne besonders stabile Kontaktvorrichtung realisiert.
Unter einem „Formschluss“ oder einer „formschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden ins- besondere verstanden, dass der Zusammenhalt der miteinander verbundenen Teile zumindest in einer Richtung durch ein unmittelbares Ineinandergreifen von Konturen der Teile selbst oder durch ein mittelbares Ineinandergreifen über ein zusätzliches Verbindungsteil erfolgt. Das „Sperren“ einer gegenseitigen Bewegung in dieser Richtung erfolgt also formbedingt.
Unter einem „Kraftschluss“ oder einer „kraftschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden ins besondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile aufgrund einer zwischen ihnen wirkenden Reibkraft gegen ein Abgleiten aneinander gehindert sind. Fehlt eine diese Reibkraft hervorrufende „Verbindungskraft“ (dies bedeutet diejenige Kraft, welche die Teile gegeneinander drückt, beispielsweise eine Schraubenkraft oder die Gewichtskraft selbst), kann die kraftschlüssige Verbin dung nicht aufrecht erhalten und somit gelöst werden. Unter einem „Stoffschluss“ oder einer „stoffschlüssigen Verbindung“ zwischen we nigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbe sondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile an Ihren Kontaktflä chen durch stoffliche Vereinigung oder Vernetzung (beispielsweise aufgrund von atomaren oder molekularen Bindungskräften) gegebenenfalls unter Wirkung eines Zusatzstoffs zusammengehalten werden.
In einer möglichen Ausbildungsform weist der Verschaltungsring eine sickenartige Aufnahme auf, in welcher der Umlenkbereich des Ringdeckels zumindest teilweise abgestützt ist. Dadurch wird einerseits der Um lenkbereich stabilisiert, so dass der Um lenkbereich und somit der Ringdeckel konstruktiv einfacher ausführbar sind. Andererseits greift der Umlenkbereich somit im Bereich der Aufnahme in den Ver schaltungsring abschnittsweise ein. Somit ist eine Ausrichtungs- oder Positionie rungshilfe im Zuge der Montage des Stators beziehungsweise der Kontaktvorrich- tung realisiert. Des Weiteren ist somit eine besonders bauraum kompakte Ausfüh rung der Kontaktvorrichtung mit einem gleichzeitig vergleichsweisen tiefen Um lenkbereich ermöglicht. Ein derartiger Umlenkbereich ermöglicht beispielsweise eine fluid- oder strömungstechnisch besonders vorteilhafte, vergleichsweise fla che, langestreckte, rampenartige Führung oder Umleitung des einströmenden Flu- ids.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Umlenkbe reich in einer Nutmitte zwischen zwei benachbarten Statorzähnen des Statorpa kets angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der Umlenkbereich der Kontaktvorrich- tung insbesondere derart orientiert, dass er im Wesentlichen zwischen zwei be nachbarten Spulen des Stators angeordnet ist. Dadurch ist eine besonders zweck mäßige und strömungstechnisch vorteilhafte Positionierung des Umlenkbereichs realisiert. Die erfindungsgemäße Kontaktvorrichtung ist für einen vorstehend beschriebenen Stator eines elektrischen Kältemittelantriebs geeignet und eingerichtet. Die Kon taktvorrichtung weist hierbei an ihrem Außenumfang einen Um lenkbereich für ein Fluid des Kältemittelantriebs auf. Dadurch ist eine strömungstechnisch besonders geeignete Kontaktvorrichtung realisiert, welche besonders geringe Saugdruckver- luste im Bereich eines Einlasses, insbesondere im Bereich eines Saugports, und somit hohe Kühlleistungen für den Stator und/oder Kältemittelantrieb ermöglicht.
In einer bevorzugten Anwendung ist der vorstehend beschriebene Stator in einem Antriebsgehäuse eines elektrischen Kältemittelantriebs angeordnet. Der Kältemit- telantrieb ist hierbei insbesondere als ein Kältemittelverdichter eines Kraftfahr zeugs ausgeführt. Das Antriebsgehäuse weist einen beispielsweise radial orien tierten Einlass auf, mittels welchen ein Fluid, insbesondere Sauggas, in das An triebsgehäuse führbar ist. Der Stator ist hierbei derart innerhalb des Antriebsge- häuses angeordnet, dass das durch den Einlass eintretende oder einströmende Fluid auf den Umlenkbereich auftrifft, so dass besonders niedrige Saugdruckver luste realisiert sind. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in perspektivischen Darstellungen:
Fig. 1 einen Kältemittelantrieb mit einem elektromotorischen Antrieb und mit einem Verdichter,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform des Kältemittelantriebs mit einem Stator und mit einer Kontaktvorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 3 den Stator mit der Kontaktvorrichtung,
Fig. 4 einen Grundkörper der Kontaktvorrichtung mit Blick auf ein Umlenkbe reich,
Fig. 5 den Grundkörper mit Blick auf eine rampenartigen Führungsbereich des Umlenkbereichs,
Fig. 6 den Grundkörper mit Blick auf eine Unterseite,
Fig. 7 die Kontaktvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 8 eine zweite Ausführungsform des Kältemittelantriebs mit einem Stator und mit einer Kontaktvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 9 die Kontaktvorrichtung in der dritten Ausführungsform, und Fig. 10 die Kontaktvorrichtung in einer vierten Ausführungsform.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den glei- chen Bezugszeichen versehen.
Der in Fig. 1 dargestellte Kältemittelantrieb 2 ist vorzugsweise als ein Kältemittel verdichter in einem nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf einer Klimaanla ge eines Kraftfahrzeugs verbaut. Der elektromotorische Kältemittelverdichter 2 weist einen elektrischen (elektromotorischen) Antrieb 4 sowie ein mit diesem ge koppelten Verdichter (Verdichterkopf) 6 auf. Der Antrieb 4 einerseits und der Verdichter 6 andererseits sind beispielsweise modular aufgebaut, sodass beispielsweise ein Antrieb 4 an unterschiedliche Ver dichter 6 koppelbar ist. Ein zwischen den Modulen 4 und 6 gebildeter Übergangs bereich weist eine mechanische Schnittstelle 8 mit einem antriebsseitigen Lager schild 10 auf. Der Verdichter 6 ist antriebstechnisch über die mechanische Schnittstelle 8 an den Antrieb 4 angebunden.
Zur Montage oder Befestigung ist der Verdichter 6 mittels sechs umfangsseitig verteilten Flanschverbindungen 12 an den Antrieb 4 gefügt. Die Flanschverbin dungen 12 sind hierbei radial überstehend an den Außenumfang des Kältemittel verdichters 2 als laschenartige Flansche 12a, 12b, 12c angeformt. Die Flan sche 12a, 12b und 12c weisen hierbei jeweils eine axiale Höhe entlang einer Axi alrichtung A des Kältemittelverdichters 2 auf.
Jede Flanschverbindung 12 weist einen Flansch 12a des Antriebs und einen Flansch 12b des Lagerschilds 10 sowie einen Flansch 12c des Verdichters 6 auf, welche jeweils miteinander fluchtende Schraubenaufnahmen 14 aufweisen, in die jeweils eine Befestigungsschraube 16 vom Verdichter 6 aus einschraubbar ist. Hierzu weisen insbesondere die Schraubenaufnahmen 14 der Flansche 12a des Antriebs 4 ein Innengewinde auf, in welches die Befestigungsschraube 16 kraft schlüssig verschraubbar oder eindrehbar ist. Durch die somit sechs Befestigungs schrauben 16 ist der Verdichter 6 betriebssicher und rüttelfrei an dem Antrieb 4 befestigt. In den Figuren sind die Flanschverbindungen 12 lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
Der Antrieb 4 umfasst ein topfartiges Antriebsgehäuse 18 mit zwei Gehäuseteilbe reichen 18a und 18b, welche durch eine monolithisch integrierte - nicht näher dargestellte - Gehäusezwischenwand (Schottwand) innerhalb des Antriebsgehäu ses 18 voneinander fluiddicht getrennt sind. Das Antriebsgehäuse 18 ist vorzugs weise als ein Druckgussteil aus einem Aluminium-Material hergestellt.
Der verdichterseitige Gehäuseteilbereich ist als ein Motorgehäuse 18a zur Auf nahme eines Elektromotors 20 (Fig. 2, Fig. 7) ausgebildet. Das Motorgehäuse 18a ist einerseits durch die (Gehäuse-)Zwischenwand oder Schottwand und anderer seits durch das Lagerschild 10 verschlossen. Der an der Schottwand gegenüber liegende Gehäuseteilbereich ist als ein Elektronikgehäuse 18b ausgebildet, in wel chem eine den Elektromotor 20 ansteuernde Motorelektronik 22 aufgenommen ist.
Das Elektronikgehäuse 18b ist mit einem Gehäusedeckel (Elektronikdeckel) 24 zu einer dem Verdichter 6 abgewandten Stirnseite des Antriebs 4 hin verschlossen. Die Motorelektronik 22 wird bei einem geöffneten Gehäusedeckel 24 in dem Elekt ronikgehäuse 18b montiert und ist weiterhin bei einem abgenommenen Gehäuse deckel 24 zu Wartungs- oder Reparaturzwecken problemlos zugänglich.
Das Antriebsgehäuse 18 weist im Bereich des Elektronikgehäuses 18b einen elektrischen Anschlussabschnitt 26 zur elektrischen Kontaktierung der Elektro nik 22 an ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs auf. Der Anschlussabschnitt 36 umfasst zwei Anschlüsse 28a und 28b, welche zu der Elektronik 22 geführt und mit dieser innerhalb des Elektronikgehäuses 18b elektrisch kontaktiert sind.
Das Antriebsgehäuse 18 weist etwa auf Höhe des Anschlussabschnitts 26 einen (Sauggas-)Einlass oder Saugport 30 zum Anschluss an den Kältemittelkreislauf der Klimaanlage auf. Über den Einlass 30 strömt ein Fluid, insbesondere ein Sauggas, in das Antriebsgehäuse 18, insbesondere in das Motorgehäuse 18a, ein. Von dem Motorgehäuse 18a aus fließt das Fluid durch das Lagerschild 10 zu dem insbesondere als Scrollverdichter ausgestalteten Verdichter 6. Das Kältemit tel wird anschließend mittels des Verdichters 6 verdichtet beziehungsweise kom primiert und tritt an einem bodenseitigen (Kältemittel-)Auslass 32 des Verdich ters 6 in den Kältemittelkreislauf der Klimaanlage aus.
Der Auslass 32 ist an dem Boden eines topfförmigen Verdichtergehäuses 34 des Verdichters 6 angeformt. Im angeschlossenen Zustand bildet der Einlass 30 hier bei die Niederdruck- beziehungsweise Saugseite und der Auslass 32 die Hoch druck- beziehungsweise Pumpseite des Kältemittelverdichters 2. In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform des Kältemittelantriebs 2 mit einem 470 V- Elektromotor 20, also mit einem Elektromotor 20 mit einer Betriebsspannung von 470 V (Volt), gezeigt.
Der insbesondere bürstenlose Elektromotor 20 umfasst einen drehfest mit einer Motorwelle 36 gekoppelten Rotor 38, welcher rotierbar innerhalb eines Stators 40 angeordnet ist. Der Stator 40 umfasst ein Statorpaket 42 mit zwölf nach innen ge richteten Statorzähnen, auf welche eine Stator- beziehungsweise Drehfeldwick lung des Elektromotors 20 aufgebracht ist.
Die Spulenwicklungen werden als Spulen beispielsweise auf isolierende Wick lungsträger oder Spulenträger gewickelt, und mit diesen auf die Statorzähne des Statorpakets 42 aufgesetzt. Jeder der rahmenartigen Wicklungsträger trägt hierbei eine Spule oder Spulenwicklung als Teil der Statorwicklung.
Die Spulenenden der (Einzel-)Spulen werden mittels einer stirnseitig auf den Sta tor 40 aufgesetzten Kontaktvorrichtung 44 zu der in diesem Ausführungsbeispiel 3-phasigen Stator- oder Drehfeldwicklung verschaltet. Im elektromotorischen Be trieb erzeugen die bestromten Wicklungen der Statorwicklung ein statorseitige Magnetfeld, welches in Wechselwirkung mit Permanentmagneten des um die zentrale Stator- oder Motorachse 36 rotierenden Rotors 38 des bürstenlosen Elektromotors 20 tritt.
Die Spulenenden der Spulen sind hierbei zu den Phasen oder Phasenwicklungen verschaltet, wobei jede Phase einen Phasenanschluss 46 aufweist. Die Verschal tung der Spulenenden erfolgt hierbei insbesondere in einem Grundköprer 48 der Kontaktvorrichtung 44.
Die Phasen der Statorwicklung des bürstenlosen Elektromotors 20 werden bei spielsweise in einer Stern- oder Dreiecksschaltung verschaltet. Der Elektromo tor 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere 3-phasig ausgeführt, und weist somit drei Phasenenden oder Phasenanschlüsse 46 auf. Die Phasenen den 46 sind jeweils mit einer hülsen- oder manschettenartigen Durchkontaktie- rung 50 versehen, welche den jeweiligen Phasenanschluss 46 dichtend, insbe sondere druckdicht und gasdicht, und elektrisch isoliert durch die Gehäusezwi schenwand oder Schottwand zwischen dem Motorgehäuse 18a und dem Elektro nikgehäuse 18b in dieses führt.
Nachfolgend ist eine erste Ausführungsform der Kontaktvorrichtung 44 anhand der Fig. 2 bis Fig. 5 näher erläutert.
Die Kontaktvorrichtung 44 ist in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig mit dem radial außenseitigen, ringförmigen Grundkörper 48 und einem radial innenseitigen, ringförmigen Innenkörper 52 ausgeführt.
In dem nachfolgend auch als Verschaltungsring bezeichneten Grundkörper 48 sind die Spulenenden verschaltet und zu den Phasenanschlüssen 46 geführt, wo bei die Verschaltung oder Kontaktierung der Spulenenden der Spulen im radial innenseitigen Bereich des nachfolgend auch als Ringdeckel bezeichneten Innen körpers 52 erfolgt, welcher als Abdeckung und zum Schutz der kontaktierten Spu lenenden auf diese aufgesetzt ist.
Die Kontaktvorrichtung 44 weist einen Um lenkbereich 54 auf, welcher als sicken artige Vertiefung, also als eine Aussparung oder Einbuchtung, in den Außenum fang 56 der Kontaktvorrichtung 44 beziehungsweise des Verschaltungsrings 48 eingebracht ist. Der Um lenkbereich 54 ist hierbei im Montagezustand im Bereich des Einlasses 30 angeordnet, so dass das durch diesen radial einströmende Fluid oder Sauggas auf den Um lenkbereich 54 der Kontaktvorrichtung 44 trifft.
Der Umlenkbereich 54 ist in dieser Ausführungsform zweiteilig ausgeführt, und weist einen Auftreffbereich 58, welcher am Verschaltungsring 48 angeordnet ist, und einen sich daran anschließenden oder mündenden, etwa rampenartigen, Füh rungsbereich 60, welcher an dem Ringdeckel 52 angeordnet ist, auf.
Wie insbesondere in der Fig. 4 und in der Fig. 5 ersichtlich ist, kann der Verschal tungsring 48 hierbei zusätzlich oder alternativ einen Führungsbereich 62 als Ver- längerung des Auftreffbereichs 58 aufweisen, so dass der Ringdeckel 52 auch ohne den Führungsbereich 60 ausführbar ist. In einer solchen Ausführungsform wäre der Umlenkbereich 54 insbesondere einteilig ausgeführt, also lediglich in den Verschaltungsring 48 integriert.
Der Umlenkbereich 54 weist einen radialen und tangentialen, sich etwa radial nach innen spiralförmig verjüngendem, Verlauf auf. Der Auftreffbereich 58 des Umlenkbereichs 54 ist vorzugsweise etwa in einer Nutmitte zwischen zwei be nachbarten Statorzähnen oder Spulen angeordnet.
Der dem Einlass 30 zugewandte Auftreffbereich 58 ist hierbei bezogen auf eine die Phasenanschlüsse 46 aufweisende Stirnseite der Kontaktvorrichtung 48 axial eingezogen. Dies bedeutet, dass der Umlenkbereich 54 von dem radial außensei tigen Auftreffbereich 58 zu dem radial innenseitigen Führungsbereich 60, 62 eine Steigung entlang der Axialrichtung A aufweist. Der Umlenkbereich 60, 62 ist ge genüber der Axialrichtung A schräg oder geneigt in die Kontaktvorrichtung 48 ein gebracht.
Durch den Um lenkbereich 58 wird das einströmende Sauggas sanft, also im We- sentlichen ohne Verwirbelungen oder Turbulenzen dessen Massestroms, spiral förmig nach radial innen umgelenkt oder geführt. Der Um lenkbereich 58 ist hierbei zweckmäßigerweise möglichst glatt und eben ausgeführt, damit das daran entlang strömende oder geführte Sauggas nicht verwirbelt wird. Durch den Um lenkbe reich 58 werden Saugdruckverluste im Einström- oder Einlassbereich des Käl- temittelantriebs 2 reduziert. Mit anderen Worten ist die Kontaktvorrichtung 44 durch den Umlenkbereich 58 insbesondere als ein strömungsverbesserndes Bau teil im Inneren des Antriebsgehäuses 18 beziehungsweise des Motorgehäuses 18a ausgebildet. Das dadurch zur elektronikseitigen Stirnseite des Elektromotors 20 geführte Sauggas strömt somit an der Gehäusezwischenwand oder Schottwand vorbei, und kühl somit einerseits die Elektronik 22 im Elektronikgehäuse 18b. Anderer seits strömt das Sauggas entlang der Axialrichtung A durch den Elektromotor 20, also insbesondere durch den Freiraum oder Spaltbereich zwischen dem Rotor 38 und den polschuhseitigen Enden der Statorzähne des Stators 40 beziehungsweise des Statorpakets 42, wodurch beispielsweise die bestromten Spulenwicklungen gekühlt werden. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer des Kältemittelantriebs 2 verbessert.
Die Fig. 4 und die Fig. 5 zeigen den Verschaltungsring 48 mit einem abgenomme nen oder nicht aufgesetzten Ringdeckel 52. Wie in der Darstellung der Fig. 4 ver gleichsweise deutlich ersichtlich ist, sind die Spulenenden der Spulen durch radial innenseitige, axiale Durchführöffnungen 64 führbar und auf der Oberseite des Verschaltungsrings 48 mit Kontaktfahnen 66 zur internen Verschaltung kontaktier bar (Fig. 7). Beispielsweise werden die Spulenenden mit den Kontaktfahnen 66 stoffschlüssig verschweißt. Nach der Kontaktierung werden die Spulenenden und Kontaktfahnen 70 mit dem Ringdeckel 52 abgedeckt. Dadurch ist eine besonders einfache und aufwandsre duzierte Kontaktierung und Verschaltung der Statorwicklung ermöglicht. Die Durchführöffnungen 64 und Kontaktfahnen 66 sind in den Figuren lediglich bei spielhaft mit Bezugszeichen versehen.
Zum betriebssicheren und zuverlässigen Abdecken der kontaktierten Spulenenden und Kontaktfahnen 66 ist der Ringdeckel 52 vorzugsweise mechanisch fest mit dem Verschaltungsring 48 gefügt. Der Ringdeckel 52 ist hierbei beispielsweise mittels Verkleben, Verrasten und/oder Vergießen, mit dem Verschaltungsring 48 gefügt oder fügbar.
Die Kontaktvorrichtung 44 ist mittels axialen Rastzungen 68 des Verschaltungs rings 48 form- und/oder kraftschlüssig an dem Statorpaket 42 befestigt oder befes tigbar. Die Rastzungen 68 sind am Außenumfang 56 verteilt und an der dem Statorpaket 42 zugewandten Seite des Verschaltungsrings 52 angeordnet. Das Statorpaket 42 weist hierbei an seinem Außenumfang axial verlaufende, in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehene, Nuten 70 auf, in wel che die Rastzungen 68 zur Befestigung klemmend eingreifen. Die Kontaktvorrich- tung 44 ist an dem Statorpaket 42 zerstörungsfrei lösbar verrastet oder klemmbe festigt.
Wie insbesondere in der Darstellung der Fig. 6 ersichtlich ist, ist im Umlenkbe- reich 54, beziehungsweise im Auftreffbereich 58, eine Ausbuchtung 71 an der Un terseite des Verschaltungsrings 48 vorgesehen. Die etwa wölbungs- oder bombie rungsartige Ausbuchtung 71 ist eine lokale Wandverdickung des Verschaltungs rings 48, welche im Wesentlichen gegenüberliegend zu dem oberseitigen Auftreff bereich 58 an der Unterseite des Verschaltungsrings 48 angeordnet ist. Dadurch ist die Wandstärke oder Wanddicke des Verschaltungsrings 48 auch im Umlenk bereich 54 oder Auftreffbereich 58 im Wesentlichen konstant gehalten, so dass der Verschaltungsring 48 mechanisch besonders stabil und robust ausgeführt ist.
In der Fig. 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Kontaktvorrichtung 44' für den Kältemittelantrieb 2 gezeigt. In dieser Ausführungsform weist die Kontaktvorrich tung 44' einen Ringdeckel 52' auf, welcher den Verschaltungsring 48' im Wesentli chen vollständig axial abdeckt.
Der Ringdeckel 52' weist eine axiale Lasche 72 auf, welche als radial außenseitige Seitenwand den Außenumfang des Verschaltungsring 52' abschnittsweise umgibt. Die Lasche 72 weist somit einen tangentialen Verlauf entlang des Verschaltungs rings 52' auf. In dieser Ausführungsform ist der Umlenkbereich 54' an dem Ring deckel 52‘, insbesondere im Bereich der Lasche 72 vorgesehen. Der Um lenkbe reich 54' weist einen schräg zur Radial- und Tangentialrichtung orientierten Ver- lauf auf. Der radial außenseitige, dem Einlass 30 zugewandte Öffnungs- oder Stirnseitenbereich des Umlenkbereichs 54‘erstreckt sich bis etwa auf die halbe axiale Höhe des Verschaltungsrings 48‘. Der Umlenkbereich 54' weist hierbei eine axiale Steigung entlang seines Verlaufs auf. Dadurch wird das auftreffende Saug gas durch den Umlenkbereich 54' spiralförmig nach radial innen geführt.
Nachfolgend ist anhand der Fig. 8 eine Ausführungsform des Kältemittelantriebs 2 mit einem 48 V-Elektromotor 20, also mit einem Elektromotor 20 mit einer Be triebsspannung von 48 V (Volt), gezeigt und näher erläutert. Der Elektromotor 20 ist in dieser Ausführungsform insbesondere 6-phasig ausgeführt, und weist somit entsprechend sechs Phasenenden oder Phasenanschlüsse 52 auf.
In der Fig. 8 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Kontaktvorrichtung 44“ gezeigt Die Kontaktvorrichtung 44“ ist in den Figuren 8 ohne den dazugehörigen Ringde ckel dargestellt, mit anderen Worten ist lediglich der Verschaltungsring 48“ ge zeigt.
Die Ausführungsform des Verschaltungsrings 48“ entspricht hierbei im Wesentli- chen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform 48 der Fig. 4, wobei - wie insbesondere in der Fig. 9 ersichtlich ist - der Umlenkbereich 54“an dem Außenumfang 56 des Verschaltungsrings 48' angeordnet ist. Der Um lenkbe reich 54“ ist hierbei im Wesentlichen durch einen dem Auftreffbereich 58 entspre chende sickenartige Vertiefung im Körper des Verschaltungsrings 48“ gebildet. Der Ringdeckel kann in dieser Ausführungsform beispielsweise einen Führungs abschnitt als Verlängerung oder Fortsatz des Umlenkbereichs 54“ aufweisen.
Die in Fig. 10 gezeigte vierte Ausführungsform der Kontaktvorrichtung 44‘“ ent spricht im Wesentlichen einer sechsphasigen Ausführung der vorstehend be- schriebenen Kontaktvorrichtung 44' der Fig. 7, bei welchem der Um lenkbe reich 54‘“ an einer am Außenrand des Verschaltungsrings 48‘“ axial und tangenti al verlaufenden Lasche 72' des Ringdeckels 52‘“ angeordnet ist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem
Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu ver lassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbei spielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kom binierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
2 Kältemittelantrieb
4 Antrieb
6 Verdichter
8 Schnittstelle
10 Lagerschild
12 Flanschverbindung
12a, 12b, 12c Flansch 14 Schraubenaufnahme 16 Befestigungsschraube 18 Antriebsgehäuse 18a Gehäuseteilbereich/Motorgehäuse 18b Gehäuseteilbereich/Elektronikgehäuse 20 Elektromotor 22 Elektronik 24 Gehäusedeckel 26 Anschlussabschnitt
28a, 28b Anschluss
30 Einlass
32 Auslass
34 Verdichtergehäuse
36 Motorwelle
38 Rotor
40 Stator
42 Statorpaket
44, 44‘, 44“, 44‘“ Kontaktvorrichtung 46 Phasenanschluss
48, 48‘, 48“, 48‘“ GrundkörperA/erschaltungsring 50 Durchkontaktierung
52, 52‘,52“‘ Innenkörper/Ringdeckel
54, 54‘, 54“, 54‘“ Um lenkbereich 56 Außenumfang 58 Auftreffbereich
60 Führungsbereich
62 Führungsbereich
64 Durchführöffnung
66 Kontaktfahne
68 Rastzunge
70 Nut
71 Ausbuchtung
72, 72' Lasche
A Axialrichtung

Claims

Ansprüche
1. Stator (40) eines elektrischen Kältemittelantriebs (2), aufweisend
- ein Statorpaket (42) mit einer Anzahl von Statorzähnen, welche mit Spulen einer mehrphasigen Statorwicklung versehen sind,
- und eine stirnseitig an dem Statorpaket (42) angeordnete Kontaktvorrich tung (44, 44‘, 44“, 44‘“) zur Verschaltung der Spulen mit Phasenanschlüs sen (46),
- wobei im Bereich eines Einlasses (30) des Kältemittelantriebs (2) ein Um- lenkbereich (54, 54‘, 54“, 54‘“) für ein durch den Einlass (30) einströmen des Fluid an dem Außenumfang (56) der Kontaktvorrichtung (44, 44‘, 44“, 44‘“) vorgesehen ist.
2. Stator (40) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkbereich (54, 54‘, 54“, 54‘“) das einströmende Fluid spiral förmig nach radial innen umgelenkt.
3. Stator (40) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkbereich (54, 54‘, 54“, 54‘“) als eine sickenartige Vertiefung in den Außenumfang (56) der Kontaktvorrichtung (44, 44‘, 44“, 44‘“) einge bracht ist.
4. Stator (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktvorrichtung (44, 44‘, 44“, 44‘“) einen stirnseitig auf das Statorpaket (42) aufgesetzten Verschaltungsring (48, 48‘, 48“, 48‘“) zur Ver schaltung der Spulen mit den Phasenanschlüssen (46), und einen auf den Verschaltungsring (48, 48‘, 48“, 48‘“) aufgesetzten Ringdeckel (52, 52‘, 52‘“) aufweist.
5. Stator (40) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkbereich (54‘, 54‘“) an dem Ringdeckel (52‘, 52‘“) angeordnet ist.
6. Stator (40) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkbereich (54‘, 54‘“) an einer den Verschaltungsring (48‘, 48‘“) zumindest teilweise axial und tangential umgreifenden Lasche (72, 72‘) des Ringdeckels (52‘, 52‘“) angeordnet ist.
7. Stator (40) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringdeckel (52, 52‘, 52‘“) mechanisch fest mit dem Verschaltungs ring (48, 48‘, 48“, 48‘“) gefügt ist.
8. Stator (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkbereich (54, 54‘, 54“, 54‘“) in einer Nutmitte zwischen zwei benachbarten Statorzähnen des Statorpakets (42) angeordnet ist.
9. Kontaktvorrichtung (44, 44‘, 44“, 44‘“) für einen Stator (40) eines elektrischen Kältemittelantriebs (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei an dem Au ßenumfang (56) der Kontaktvorrichtung (44, 44‘, 44“, 44‘“) ein Um lenkbe reich (54, 54‘, 54“, 54‘“) für ein Fluid vorgesehen ist.
10. Elektrischer Kältemittelantrieb (2) mit einem Antriebsgehäuse (18) mit einem Einlass (30), und mit einem in dem Antriebsgehäuse (18) angeordneten Sta tor (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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