WO2021175896A1 - Gehäuse für einen elektromotor - Google Patents

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WO2021175896A1
WO2021175896A1 PCT/EP2021/055275 EP2021055275W WO2021175896A1 WO 2021175896 A1 WO2021175896 A1 WO 2021175896A1 EP 2021055275 W EP2021055275 W EP 2021055275W WO 2021175896 A1 WO2021175896 A1 WO 2021175896A1
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housing part
metal
housing
plastic
cooling channel
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PCT/EP2021/055275
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English (en)
French (fr)
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Heinz Kuhlmann
Axel Neukirchen
Thomas Raidt
Gregor Niesmann
Oliver BÜSCHER
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Winkelmann Powertrain Components Gmbh & Co. Kg
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    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
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    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/08—Insulating casings

Definitions

  • rotary electrical Ma machines with a high power density are used as drive machines to an increasing extent.
  • a cooling jacket is usually provided on the outer wall of the electrical machine, through the cooling space of which a cooling fluid, e.g. water, flows during operation of the machine.
  • a housing arrangement for an electrical machine which has an inner and outer jacket and at least one intermediate cooling duct for cooling the electrical machine, the cooling duct being designed to transport a cooling liquid.
  • the inner jacket is made of metal, in particular die-cast aluminum
  • the outer jacket is made of plastic, with the outer jacket made of plastic on its inner surface with flow-guiding structures that form the cooling channel is provided.
  • These structures can be implemented as channels, webs or sealing lips and can be manufactured together with the outer plastic jacket in a two-component injection molding process. Such a manufacturing process is expensive and therefore in need of improvement.
  • a housing with the features of the preamble of claim 1 is known from DE 10 2005 052 363 A1.
  • a sleeve made of plastic with a cooling channel structure is arranged around the inner housing part. This sleeve can also be molded onto the housing.
  • the cuff is an additional component and good heat dissipation to the cooling medium is only guaranteed if the plastic of the cuff has good thermal conductivity properties.
  • the object of the invention is therefore to create a housing for an electrical machine that is easy to assemble, can be manufactured in a particularly simple manner and enables effective cooling.
  • cooling channel structure has webs which are injection-molded onto the metal housing part, the webs forming cooling channels that are open along the length of the gap to the metal housing part.
  • thermoplastics or elastomers can also be used.
  • the cooling channel structure can, for example, be formed in the shape of a spiral ring or meander or have axially extending webs. It can also have chambers that are separate from one another.
  • cooling channel structure and / or the housing part made of plastic consists of foamed plastic, at least in some areas.
  • the component or components then serve or serve at the same time for sound absorption.
  • the housing part is made of metal by forming, which enables a particularly simple and inexpensive manufacture.
  • the housing part made of metal is pot-shaped, the pot bottom forming a bearing plate for the rotor of the electrical machine.
  • the bottom of the pot can be closed or have a passage opening for the rotor.
  • the inner housing part is made of metal and, accordingly, the outer housing part is made of plastic.
  • the housing part made of plastic is preferably also made of a thermoset, but in certain applications a thermoplastic or elastomer can also be used.
  • the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a housing for an electrical machine with an indicated stator
  • FIG. 2 is a perspective exploded view of FIG. 1.
  • a housing for an electrical machine, in particular an electric motor, is denoted generally by 1 in the drawings.
  • a tubular stator is indicated and denoted by 2.
  • a rotor shaft, not shown, of the electrical machine is arranged inside the tubular stator 2, which is equipped with laminated cores, for example.
  • the housing 1 is designed in two parts and has an inner housing part 3 and an outer housing part 4, with an intermediate space 5 between the two housing parts 3 and 4 which forms a cooling channel in the manner described in more detail below.
  • the inner housing part 3 is made of metal and the outer housing part 4 is made of plastic, preferably of thermosetting plastic.
  • the space 5 between the inner housing part 3 and the outer housing part 4 Ge is provided with a cooling channel structure, which has webs 6 in themonysbei game. These webs 6 can be spiral-shaped or meandering and thereby form cooling channels along the length of the space 5, into which a cooling medium, e.g. water, is introduced or discharged in order to cool the stator 2 from the outside.
  • a cooling medium e.g. water
  • the cooling channel structure (webs 6) made of plastic, preferably of thermoset plastic, is attached to the inner housing part 3 is molded from metal. This makes the production of the cooling channel structure very simple, because it is only necessary to insert the inner housing part 3 into the injection mold and inject the cooling channel structure (webs 6) onto the inner housing part 3 made of metal.
  • the inner housing part 3 made of metal is preferably Herge by push-fitting and is pot-shaped, the pot bottom being denoted by 3a.
  • the water pot bottom 3a has an opening 7 for the passage of the rotor shaft of the electrical machine and can be designed as a bearing plate for the rotor shaft.
  • the inner housing part 3 made of metal with the cooling channel structure is simply pushed onto the stator 2 during the installation and can be connected to it (e.g. by press fit or shrinking).
  • the inner housing part 3 can also consist of plastic and the outer housing part 4 of metal.
  • the cooling channel structure is then molded onto the outer housing part 4 on the inside.

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Abstract

Ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, mit einem inneren Gehäuseteil (3) und einem das innere Gehäuseteil (3) umgebenden äußeren Gehäuseteil (4), wobei zwischen den beiden Gehäuseteilen (3,4) ein einen Kühlkanal bildender Zwischenraum (5) besteht, wobei ein Gehäuseteil auf der dem Zwischenraum (5) zugewandten Seite mit einer aus Kunststoff bestehenden Kühlkanalstruktur versehen ist und wobei ein Gehäuseteil aus Metall und das andere Gehäuseteil aus Kunststoff besteht, soll besonders einfach hergestellt werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass die Kühlkanalstruktur Stege (3) aufweist, die an das Gehäuseteil (3,4) aus Metall angespritzt sind, wobei die Stege (3) entlang der Länge des Zwischenraumes (5) zum Gehäuseteil (3,4) aus Metall offene Kühlkanäle ausbilden.

Description

Gehäuse für einen Elektromotor
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, insbesondere ei nen Elektromotor, mit einem inneren Gehäuseteil und einem das innere Gehäu seteil umgebenden äußeren Gehäuseteil, wobei zwischen den beiden Gehäusetei len ein einen Kühlkanal bildender Zwischenraum besteht, wobei ein Gehäuseteil auf der dem Zwischenraum zugewandten Seite mit einer aus Kunststoff beste henden Kühlkanalstruktur versehen ist und wobei ein Gehäuseteil aus Metall und das andere Gehäuseteil aus Kunststoff besteht
Für Kraftfahrzeuge werden im zunehmenden Maße rotatorische elektrische Ma schinen mit einer hohen Leistungsdichte als Antriebsmaschinen eingesetzt. Beim Betrieb von rotatorischen elektrischen Maschinen, insbesondere Elektromotoren und Generatoren, ist es meistens erforderlich, die entstehende Wärme mittels ei nes Kühlfluids abzuführen. Zu diesem Zweck ist in der Regel an der Außenwan dung der elektrischen Maschine ein Kühlmantel vorgesehen, durch dessen Kühl raum während des Betriebs der Maschine ein Kühlfluid, z.B. Wasser, strömt.
Aus EP 3 553 922 Al ist eine Gehäuseanordnung für eine elektrische Maschine bekannt, die einen inneren und äußeren Mantel und mindestens einen dazwi schen liegenden Kühlkanal zum Kühlen der elektrischen Maschine aufweist, wobei der Kühlkanal zum Transport einer Kühlflüssigkeit ausgebildet ist. Dabei ist der innere Mantel aus Metall, insbesondere aus Aluminium-Druckguss und der äußere Mantel aus Kunststoff ausgebildet, wobei der äußere Mantel aus Kunststoff an seiner Innenfläche mit den Kühlkanal bildenden strömungsführenden Strukturen versehen ist. Diese Strukturen können als Kanäle, Stege oder Dichtlippen ausge führt sein und können gemeinsam mit dem äußeren Mantel aus Kunststoff im Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt werden. Ein solches Herstel lungsverfahren ist aufwendig und deshalb verbesserungswürdig.
Aus DE 10 2005 052 363 Al ist ein Gehäuse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 bekannt. Dabei wird eine Manschette aus Kunststoff mit einer Kühlkanalstruktur um das innere Gehäuseteil angeordnet. Diese Manschette kann auch an das Gehäuse angespritzt werden. Die Manschette ist ein zusätzli ches Bauteil und eine gute Wärmeabfuhr an das Kühlmedium ist nur gewährleis tet, wenn der Kunststoff der Manschette gute Wärmeleiteigenschaften aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein leicht zu montierendes Gehäuse für eine elektrische Maschine zu schaffen, das besonders einfach hergestellt werden kann und eine effektive Kühlung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Gehäuse der eingangs bezeichneten Art erfin dungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kühlkanalstruktur Stege aufweist, die an das Gehäuseteil aus Metall angespritzt sind, wobei die Stege entlang der Länge des Zwischenraumes zum Gehäuseteil aus Metall offene Kühlkanäle ausbilden.
Die Erfindung ermöglicht eine besonders einfache Herstellung des Gehäuses, da die Stege der Kühlkanalstruktur aus Kunststoff einfach an das Gehäuseteil aus Metall angespritzt werden, so dass kein Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren erforderlich ist. Dabei kann das Gehäuseteil aus Metall das innere Gehäuseteil sein, in diesem Fall werden die Stege der Kühlkanalstruktur außenseitig ange spritzt, oder das Gehäuseteil aus Metall kann das äußere Gehäuseteil sein, in die sem Fall werden die Stege innenseitig angespritzt. Das Gehäuseteil aus Metall dient zusätzlich zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV- Schutz). Das Kühlmedium ist aufgrund der zum Gehäuseteil aus Metall offenen Kühlkanäle in direktem Kontakt mit dem Gehäuseteil, so dass eine besonders gute Wärmeabfuhr gewährleistet ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kühlkanalstruktur aus einem Duroplast be steht. Alternativ können aber auch Thermoplaste oder Elastomere verwendet werden. Die Kühlkanalstruktur kann z.B. spiralring- oder mäanderförmig ausge bildet sein oder axial verlaufende Stege aufweisen. Sie kann auch voneinander getrennte Kammern aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kühlkanalstruktur und/oder das Gehäuseteil aus Kunststoff wenigstens bereichsweise aus geschäumtem Kunststoff besteht. Das oder die Bauteile dient bzw. dienen dann gleichzeitig zur Schallabsorption.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Gehäuseteil aus Metall durch Um formen hergestellt ist, was eine besonders einfache und kostengünstige Herstel lung ermöglicht.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Gehäuseteil aus Metall topfförmig ausgebildet ist, wobei der Topfboden ein Lagerschild für den Rotor der elektrischen Maschine bildet. Der Topfboden kann geschlossen sein oder eine Durchtrittsöffnung für den Rotor aufweisen.
Dabei ist dann weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass an der dem Topfboden ab gewandten Seite des Gehäuseteils aus Metall ein Deckel vorgesehen ist, der ebenfalls ein Lagerschild für den Rotor bildet. Der Deckel kann geschlossen sein oder eine Durchtrittsöffnung für den Rotor aufweisen. Alternativ kann das Gehäu seteil aus Metall auch rohrförmig ausgebildet sein und beidseitig jeweils mit ei nem ein Lagerschild bildenden Deckel ausgerüstet sein, wobei dann zumindest ein Deckel eine Durchtrittsöffnung für den Rotor aufweist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das innere Gehäuseteil aus Metall besteht und dementsprechend das äußere Gehäuseteil aus Kunststoff.
Das Gehäuseteil aus Kunststoff besteht bevorzugt ebenfalls aus einem Duroplast, in bestimmten Anwendungsfällen kann aber auch ein Thermoplast oder Elastomer verwendet werden. Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse für eine elektrische Maschine mit angedeutetem Stator und
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Fig. 1.
Ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, ist in den Zeichnungen allgemein mit 1 bezeichnet. Von der elektrischen Maschine selbst ist nur ein rohrförmiger Stator angedeutet und mit 2 bezeichnet. Innerhalb des rohrförmigen Stators 2, der z.B. mit Blechpaketen bestückt ist, ist eine nicht dargestellte Rotorwelle der elektrischen Maschine angeordnet.
Das Gehäuse 1 ist zweiteilig ausgebildet und weist ein inneres Gehäuseteil 3 und ein äußeres Gehäuseteil 4 auf, wobei zwischen den beiden Gehäuseteilen 3 und 4 ein Zwischenraum 5 besteht, der in nachfolgend näher beschriebener Weise einen Kühlkanal bildet.
Beim Ausführungsbeispiel besteht das innere Gehäuseteil 3 aus Metall und das äußere Gehäuseteil 4 aus Kunststoff, vorzugsweise aus Duroplast.
Der Zwischenraum 5 zwischen dem inneren Gehäuseteil 3 und dem äußeren Ge häuseteil 4 ist mit einer Kühlkanalstruktur versehen, die beim Ausführungsbei spiel Stege 6 aufweist. Diese Stege 6 können spiralring- oder mäanderförmig aus gebildet sein und dadurch entlang der Länge des Zwischenraumes 5 Kühlkanäle ausbilden, in welche ein Kühlmedium, z.B. Wasser, ein- bzw. ausgeleitet wird, um den Stator 2 von außen zu kühlen.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die aus Kunststoff, vorzugsweise aus Duroplast, bestehende Kühlkanalstruktur (Stege 6) an das innere Gehäuseteil 3 aus Metall angespritzt ist. Dadurch ist die Herstellung der Kühlkanalstruktur sehr einfach, denn es ist lediglich erforderlich, das innere Gehäuseteil 3 in die Spritz gussform einzulegen und die Kühlkanalstruktur (Stege 6) an das innere Gehäuse teil 3 aus Metall anzuspritzen.
Das innere Gehäuseteil 3 aus Metall ist vorzugsweise durch Steckdrücken herge stellt und topfförmig ausgebildet, wobei der Topfboden mit 3a bezeichnet ist. Die ser Topfboden 3a weist eine Öffnung 7 für den Durchtritt der Rotorwelle der elektrischen Maschine auf und kann als Lagerschild für die Rotorwelle ausgebildet sein.
Das innere Gehäuseteil 3 aus Metall mit der Kühlkanalstruktur wird bei der Mon tage einfach auf den Stator 2 aufgeschoben und kann mit diesem verbunden werden (z. B. durch Presssitz oder Schrumpfen).
Das äußere Gehäuseteil 4 aus Kunststoff, vorzugsweise aus Duroplast, kann eben falls topfförmig ausgebildet sein, der ringförmige Bereich des Topfbodens ist mit 4a bezeichnet. Das äußere Gehäuseteil 4 wird nach dem Aufstecken des inneren Gehäuseteiles 3 auf den Stator 2 von außen auf die Kühlkanalstruktur (Stege 6) des inneren Gehäuseteils 3 aufgesteckt, und zwar beim dargestellten Ausfüh rungsbeispiel derart, dass der Topfboden 4a am Topfboden 3a anliegt. Dadurch ist das insoweit beschriebene Gehäuse 1 auf der den Topfböden 3a, 4a abgewandten Seite offen und wird nachfolgend bevorzugt mit einem Deckel 8 verschlossen, der ebenfalls aus Kunststoff bestehen kann und geeignet mit dem äußeren Gehäuse teil 4 verbunden wird, wozu das äußere Gehäuseteil 4 einen umlaufenden Bund 9 aufweist. Der Deckel 8 weist innenseitig eine Öffnung 10 zum Durchtritt der Rotor welle auf und kann ebenfalls als Lagerschild für die Rotorwelle ausgebildet sein.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel be schränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann auch das innere Gehäuseteil 3 aus Kunststoff bestehen und das äußere Gehäuseteil 4 aus Metall. In diesem Fall ist die Kühlkanalstruktur dann an das äußere Gehäuseteil 4 innenseitig angespritzt. Bezuaszeichenliste:
1 Gehäuse
2 Stator
3 inneres Gehäuseteil 3a Topfboden
4 äußeres Gehäuseteil 4a Topfboden
5 Zwischenraum
6 Steg
7 Öffnung
8 Deckel
9 Bund
10 Öffnung

Claims

Patentansprüche:
1. Gehäuse für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, mit einem inneren Gehäuseteil (3) und einem das innere Gehäuseteil (3) umgeben den äußeren Gehäuseteil (4), wobei zwischen den beiden Gehäuseteilen (3,4) ein einen Kühlkanal bildender Zwischenraum (5) besteht, wobei ein Gehäuseteil auf der dem Zwischenraum (5) zugewandten Seite mit einer aus Kunststoff beste henden Kühlkanalstruktur versehen ist und wobei ein Gehäuseteil aus Metall und das andere Gehäuseteil aus Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanalstruktur Stege (3) aufweist, die an das Gehäuseteil (3,4) aus Metall angespritzt sind, wobei die Stege (3) entlang der Länge des Zwischenrau mes (5) zum Gehäuseteil (3,4) aus Metall offene Kühlkanäle ausbilden.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanalstruktur aus einem Duroplast besteht.
3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanalstruktur und/oder das Gehäuseteil aus Kunststoff wenigstens bereichsweise aus geschäumtem Kunststoff besteht.
4. Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (3,4) aus Metall durch Umformen hergestellt ist.
5. Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (3,4) aus Metall topfförmig ausgebildet ist, wobei der Topf boden (3a) ein Lagerschild bildet.
6. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Topfboden (3a) abgewandten Seite des Gehäuseteils (3,4) aus Metall ein Deckel (8) vorgesehen ist, der ebenfalls ein Lagerschild bildet.
7. Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Gehäuseteil (3) aus Metall besteht.
8. Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (3,4) aus Kunststoff aus einem Duroplast besteht.
PCT/EP2021/055275 2020-03-06 2021-03-03 Gehäuse für einen elektromotor WO2021175896A1 (de)

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