DE102013201758A1

DE102013201758A1 - Elektromaschine mit einer Kühleinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102013201758A1
Application number: DE102013201758.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Kobes; Maria Holland; Achim Weber; Wolfgang Hill
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-08-07
Also published as: WO2014117773A2; US10020706B2; WO2014117773A3; US20150381010A1; CN105026000A; CN105026000B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine (1) und ein Verfahren zu deren Herstellung mit einem Gehäuse (2) und einem an diesem aufgenommenen Stator (3) und zumindest einem radial innerhalb des Stators (3) angeordneten Rotor (4), einem einen weichmagnetischen Körper (5) des Stators (3) zumindest radial außen umschließenden Kunststoffkörper (7) und einer Kühleinrichtung (10) zwischen Stator (3) und Gehäuse (2). Um die Kühleinrichtung (10) zu verbessern, ist zwischen Gehäuse (2) und Stator (3) zumindest eine ein Kühlmedium führende Vertiefung (11) zumindest teilweise in den Außenumfang des Kunststoffkörpers (7) eingebracht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine und ein Verfahren zu deren Herstellung mit einem Gehäuse und einem an diesem aufgenommenen Stator und zumindest einem radial innerhalb des Stators angeordneten Rotor, einem einen weichmagnetischen Kern des Stators zumindest radial außen umschließenden Kunststoffkörper und einer Kühleinrichtung zwischen Stator und Gehäuse.
Hintergrund der Erfindung
Elektromaschinen in Form von Elektromotoren und/oder Stromgeneratoren, beispielsweise in Antrieben von Kraftfahrzeugen weisen in entsprechenden Ausbildungen einen Stator mit einem weichmagnetischen Kern und in oder zwischen diesen gewickelte Wicklungen aus Kupferdraht oder Kupferstäben und einen in diesem verdrehbar angeordneten Rotor auf. Bei der Bestromung der Windungen erzeugen diese neben der Wandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie und umgekehrt thermische Energie, die als thermische Belastung zu einem Temperaturanstieg in den Bauteilen und hierdurch zu einer Schädigung der Elektromaschine und zu einer Verminderung des Wirkungsgrads dieser führen kann. Insbesondere bei hybridischen Antrieben kann dies zu einer Begrenzung der Leistungsfähigkeit der Elektromaschine führen. Es werden daher unter Anderem Kühleinrichtungen mit einer Kühlflüssigkeit vorgeschlagen, die über Konvektion beziehungsweise Konduktion und deren Kombination die am Stator erzeugte Verlustwärme abführt. Im einfachsten Fall ist die komplette Elektromaschine in einem Gehäuse gekapselt und die Kühlflüssigkeit umströmt Stator und Rotor. Hierbei treten Planschverluste des drehenden Rotors auf, so dass, wie in der DE 101 22 425 A1 gezeigt, die Kühleinrichtung mittels Kühlflüssigkeit auf den Stator begrenzt wird. Hierzu werden in dem Gehäuse nebeneinander entlang des Stators angeordnete Vertiefungen wie Rillen oder Nuten vorgesehen, die durch eine Blechhülse nach radial innen verschlossen und gegeneinander abgedichtet werden. Durch diese Rillen wird das Kühlmedium von außen zu- und abgeführt. Die Herstellung einer derartigen Kühleinrichtung ist aufwendig, da eine zusätzliche Hülse eines Kühlmantels mit Außenrillen vorgesehen werden muss beziehungsweise der Innenumfang des Gehäuses mit den entsprechenden Rillen versehen werden muss. Alternativ wird ein Kühlmantel aus Metall zwischen Statorkern und Gehäuse eingesetzt, wobei der Kühlmantel in der äußern Mantelfläche Vertiefungen aufweist, die zusammen mit dem Gehäuse Kühlkanäle bildet. Die Herstellung und Montage derartiger Kühlmäntel ist aufwendig und zwischen Kühlmantel und Stator entstehen aufgrund der Oberflächenrauhigkeit kleine Hohlräume die den Wärmeübergangswiderstand erhöhen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Elektromaschine mit einer einfachen und kostengünstigen Ausbildung einer Kühleinrichtung in vorteilhafter Weise weiterzubilden und ein Verfahren zu deren Herstellung vorzuschlagen. Weiterhin soll eine Kühleinrichtung mit verbesserter Kühlwirkung vorgeschlagen werden.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Gegenstands des Anspruchs 1 und des Verfahrens des Anspruchs 10 gelöst. Die auf diese Ansprüche rückbezogenen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.
Die vorgeschlagene Elektromaschine enthält ein Gehäuse und einen an diesem aufgenommenen Stator sowie einen radial innerhalb des Stators angeordneten Rotor. In dem Stator sind ein weichmagnetischer Kern und Wicklungen zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes vorgesehen. Die Wicklungen können aus Drähten oder endseitig miteinander verbundenen Stäben bevorzugt aus Kupfer gebildet sein und weisen endseitig Wickelköpfe auf. Zumindest der weichmagnetische Kern und vorteilhaft auch die Wickelköpfe sind nach radial außen gegenüber dem Gehäuse mittels zumindest eines Kunststoffkörpers abgedichtet. Der zumindest eine Kunststoffkörper kann mehrteilig aus einer oder mehreren Kunststoffsorten ausgebildet sein. Weiterhin kann der Kunststoffkörper einteilig aus mehreren Kunststoffen hergestellt sein. Der Kunststoffkörper kann mittels eines Spritzgießverfahrens, eines Halbzeugs materialabtragend oder aus einer Vergussmasse gebildet sein. Mischformen dieser Herstellverfahren sind möglich. In besonders vorteilhafter Weise kann ein spritzgegossener Kunststoffkörper direkt an den Stator angespritzt sein, beispielsweise indem der Stator als Einlegeteil in einem Spritzgießwerkzeug dient und der Kunststoffkörper in einem Spritzgießverfahren mit diesem verbunden wird. Die Kühleinrichtung ist zwischen dem Kunststoffkörper und dem Gehäuse gebildet und weist zumindest einen Kühlkanal auf, durch den eine Kühlflüssigkeit, bevorzugt Wasser, fließt. Der zumindest eine Kühlkanal ist zumindest teilweise in dem Kunststoffkörper ausgebildet. Bevorzugt erfolgt die Darstellung des Kühlkanals werkzeugfallend während eines Spritzgießverfahrens oder bei einem Aushärten der Vergussmasse. Hierbei werden vorteilhafterweise geringe Wandstärken zwischen dem Kühlmittel und dem Statorkern sowie vorvorzugsweise auch mindestens einem Wickelkopf realisiert. Beim Um- oder Anspritzen des Kunststoffkörpers werden kleine Hohlräume zwischen Stator und Kühleinrichtung weitgehend vermieden. Zusammen mit dem Einsatz durch Füllstoffe gut wärmeleidender Kunststoffe lassen sich niedrige Wärmewiderstände zwischen den wärmeerzeugenden Statorbauteilen und dem Kühlmittel realisieren. Zusätzlich zu der flüssig kühlenden Kühleinrichtung für den Stator kann eine zusätzliche Luft- oder Flüssigkeitskühlung für den Rotor vorgesehen sein.
Zur Bildung des zumindest einen Kühlkanals kann am Außenumfang des Kunststoffkörpers eine nach radial außen offene Vertiefung wie Nut, Rille oder dergleichen vorgesehen sein, die mittels einer glatten Innenumfangsfläche des Gehäuses geschlossen ist. Auf diese Weise kann die Innenumfangsfläche des Gehäuses im Wesentlichen plan ausgebildet werden, während der formgebende Teil der Vertiefung in einfacher Weise am Außenumfang des Kunststoffkörpers vorgesehen ist, so dass weitere Bauteile zur Bildung der Kühleinrichtung zwischen Gehäuse und Kunststoffkörper wie beispielsweise Vergussmasse entfallen können. Besonders vorteilhaft ist hierzu die Herstellung der Vertiefung und deren Formgebung während des Vergießens mit dem Stator beziehungsweise einem weichmagnetischen Kern und Wickelköpfen. Insbesondere zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit der Kühleinrichtung kann ein vorgefertigter, aufgrund von Zumischungen mit hoher Leitfähigkeit und der Vertiefung versehener Kunststoffkörper zusammen mit der Vergussmasse vergossen werden. Ein derart separat vorgefertigter Kunststoffkörper wird vorzugsweise nahe an den Wickelköpfen angeordnet und verbessert den Wärmefluss zum Kühlmittel. Der Querschnitt der Vertiefung kann ohne Hinterschnitte, beispielsweise halbrund, nach außen erweitert konisch oder in ähnlicher Weise vorgesehen sein. Vorteilhaft wird beim Spritzen der Kühlkanalform mit geringem Mehraufwand im Spritzgusswerkzeug ein welliger Kühlkanalboden hergestellt. Die Kontaktfläche Kühlmantel – Kühlmittel kann somit auf einfache Weise vergrößert werden. Damit kann auch dieser Übergangswiderstand zwischen dem wärmeleitenden Kunststoff und dem Kühlmittel verringert werden.
Die Vertiefung kann um eine Drehachse des Rotors spiralförmig auf dem Außenumfang des Kunststoffkörpers ausgebildet sein, wobei der Abstand benachbarter Vertiefungsabschnitte so groß gewählt wird, dass ein Flüssigkeitsaustausch an den Zwischenräumen zwischen Innenumfangsflächen und Zwischenflächen der Vertiefungsabschnitte vernachlässigbar bleibt. Insbesondere bei hohen Drücken des Kühlmittels kann zwischen Kontaktflächen zwischen Kunststoffkörper und Gehäuse eine dichtende Zwischenschicht vorgesehen sein. Eine derartige Zwischenschicht besteht in vorteilhafter Weise aus elastischem Material, das sich bezüglich seinen Eigenschaften vom Material des Kunststoffmaterials unterscheidet, beispielsweise elastischer ausgebildet ist, und vorzugsweise in einem 2-Komponenten-Spritzgussverfahren mit dem Kunststoffkörper verbunden wird, so dass eine feste und dichte Verbindung zwischen Kunststoffkörper und Gehäuse erzielt wird.
Die Drehmomentabstützung des Stators gegenüber dem Gehäuse erfolgt vorteilhaft nicht über den Kunststoffkörper sondern durch „Drehmomentabstützelemente“, beispielsweise mittels Formschluss. Hierdurch kann der Kunststoffkörper in einem kleinen Bauraum dünnwandig und mit elastischen Schichten realisiert werden.
Sind mehrere, beispielsweise bezogen auf die Drehachse des Rotors nebeneinander angeordnete Kühlkanäle vorgesehen, sind entsprechend mehrzügige Gewindegänge, beispielsweise zwei beziehungsweise mehrere spiralförmig angeordnete Vertiefungen nebeneinander vorgesehen. Desweiteren kann zur gemeinsamen Zu- und Abfuhr des Kühlmittels am geometrisch gleichen Ort Ausgang und Eingang der Vertiefung an demselben stirnseitigen Ende des Stators angeordnet sein. Hierbei weist die Vertiefung bevorzugt in einem Bereich des entgegengesetzten stirnseitigen Endes einen Umkehrpunkt auf. Weiterhin kann ein axial in zwei Halbschalen ausgebildeter Kühlkanal vorgesehen werden. In der einen Halbschale kann hierbei das Kühlmedium in eine Richtung und in der anderen Halbschale das Kühlmittel in die entgegengesetzte Richtung zurück befördert werden. Es versteht sich, dass weitere vorteilhafte Führungen des Kühlkanals, insbesondere zur Ausbildung der Anschlüsse, an derselben Seite des Gehäuses von der Erfindung umfasst sind.
Es kann weiterhin von Vorteil sein, die zumindest eine Vertiefung stirnseitig, beispielsweise mittels einer Ringdichtung gegen das Gehäuse abzudichten. Hierzu kann der Kunststoffkörper mit einem ausreichenden Abstand zwischen Vertiefung und einer Stirnfläche des Gehäuses versehen sein und/oder mit einer beispielsweise ringförmigen Blindnut mit einer Ringdichtung zwischen Gehäuse und Vertiefung versehen sein, um ein Austreten von Kühlflüssigkeit in einen Rotorraum zu verhindern. Alternativ kann die Kühlwirkung insbesondere bei kurz bauenden Elektromaschinen erhöht werden, indem der Kühlkanal auf zumindest eine Stirnseite erweitert wird. Zur Abdichtung der Kühleinrichtung nach radial innen kann eine Ringdichtung wie O-Ring radial innerhalb des Kühlkanals zwischen Kunststoffkörper und Gehäuse oder Stator und Gehäuse vorgesehen sein.
Die Elektromaschine kann direkt in einem hybridischen oder rein elektromotorisch angetriebenen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs als Antriebsmotor und/oder als Stromgenerator vorgesehen sein.
In dem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung einer zuvor beschriebenen Elektromaschine wird der zumindest eine Kühlkanal aus einer in den Kunststoffkörper eingebrachten Vertiefung und eine glatte, die Vertiefung nach radial außen verschließende Innenumfangsfläche des Gehäuses hergestellt. Das Gehäuse kann beispielsweise aus Aluminium oder Leichtmetalllegierungen im Strang- oder Druckgussverfahren hergestellt werden und zur Ausbildung der Innenumfangsfläche spanend überarbeitet werden. Hierdurch ist durch die Ausbildung der Innenumfangsfläche als glatte Oberfläche eine besonders einfache Fertigung möglich. In besonderen Fällen kann ein Gehäuse oder Teilgehäuse mit werkzeugfallender Innenumfangsfläche hergestellt sein. Beispielsweise kann eine Blechhülse mit werkzeugfallender Innenumfangsfläche in eine im Wesentlichen nach dem Herstellvorgang unbearbeitete Öffnung des Gehäuses fest eingebracht werden. Zur Drehmomentabstützung können an der Mantelfläche des weichmagnetischen Körpers axial verlaufende Rillen ausgebildet sein in die Drehmomentabstützelemente in Form von Stiften eingefügt werden. Die Drehmomentabstützelemente sind wiederum beispielsweise mittels einen Formschluss bildender Teile des Gehäuses, beispielsweise mittels eines Gehäuseschilds verankert.
Die Vertiefung kann in einem entsprechenden Verfahren zur Herstellung der Elektromaschine materialabtragend in den beispielsweise mittels eines Spritzgießverfahrens oder spanend aus Halbzeug hergestellten Kunststoffkörper eingebracht werden. In besonders vorteilhafter Weise kann die Vertiefung während einer Herstellung mittels eines formbestimmenden Werkzeugs des Kunststoffkörpers, beispielsweise während eines Spritzgieß- oder Vergussverfahrens bevorzugt werkzeugfallend ausgebildet werden.
Der Vorteil einer einfachen Ausgestaltung und einer verbesserten Kühlleistung wird erfindungsgemäß insbesondere erzielt, indem durch eine Koppelung von Verguss und Kühleinrichtung ein aufwendig herzustellendes Bauteil entfallen kann und Vertiefungen der Kühleinrichtung teilweise in einem (Spritz-)Gießverfahren hergestellt werden. Eine eingesetzte Vergussmasse ist hierbei hochwärmeleitfähig ausgebildet. Diese formt direkt im Formgebungsprozess eine Struktur von Vertiefungen mit zwischenliegenden Kühlrippen, welche dann im direkten Kontakt zum Kühlmedium die thermischen Verluste abführen. Eine weitere Verbesserung der Wärmeabfuhr bei gleichzeitig hoher Kosteneffizienz kann durch Kombination zweier oder mehrerer thermisch leitfähiger Kunststoffe in einem mehrstufigen Formgebungsprozess erreicht werden. Dies kann beispielsweise in Form einer Tränkung der Spulenwicklung des Stators mit einem nachgeschalteten Umspritzen oder einem Umspritzen im Mehr-Komponenten-Spritzguss erfolgen. Dabei wird die direkte elektrische Isolation und mechanische Fixierung der elektrischen Leiter der Spulenwicklung mittels eines thermisch gut leitfähigen und elektrisch isolierenden Kunststoffs gewährleistet. Hierzu können aufgrund der erforderlichen hohen Fließfähigkeit bevorzugt duroplastische Werkstoffe mit hohen Füllgraden von Metalloxiden oder Nitriden, beispielsweise jeweils einzeln oder in Kombination zwischen 10 % bis 80% wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Bornitrid vorgesehen werden. Die thermische Anbindung an das Kühlmedium sowie eine Ausbildung der Vertiefungen und/oder Kühlrippen erfolgt in einem zweiten Schritt mittels eines weiteren Werkstoffs. Dieser kann mittels kostengünstiger, thermisch hochleitfähiger jedoch nicht mehr zwangsweise elektrisch isolierender Füllstoffe modifiziert werden. Dieser Werkstoff kann dabei sowohl eine duroplastische als auch thermoplastische Matrix aufweisen und enthält bevorzugt hohe Füllgrade thermisch und elektrisch leitfähiger Zuschlagstoffe, beispielsweise Metallpulver wie Aluminiumpulver oder Graphitpulver in einem Anteil von 10 % bis 80 %.
Die aus dem weichmagnetischen Kern, beispielsweise einem Blechpaket herausragenden Wickelköpfe werden bevorzugt bereits vor dem Umspritzen mit der thermisch hochleitfähigen Endvergussmasse geformt und erhalten so definierte Abmessungen. Vorzugsweise erfolgt eine Wickelkopfformung unmittelbar nach dem Einbringen des isolierenden Kunststoffes, wobei dessen Aushärtung zur Stabilisierung der Wickelkopfform beiträgt. Auf die derart gestalteten Wickelköpfe und den weichmagnetischen Kern kann in vorteilhafter Weise eine anschließend mechanische Spannungen ausgleichende Zwischenschicht dünn aufgetragen werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch Eintauchen in ein elektrostatisch aufgeladenes Pulverbad oder durch Aufspritzen. Der Stator wird hierbei durch einen elastischen Zylinder an der Luftspaltfläche fixiert, so dass die Luftspaltfläche frei von Kontaminationen, insbesondere Kunststoff bleibt. Die spannungsausgleichende Zwischenschicht ist vorzugsweise sehr dünn, beispielsweise zwischen 0,1 mm und 0,3 mm und enthält vorzugsweise ebenfalls wärmeleitende Füllstoffe. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird die Oberfläche der Vertiefungen in dem zumindest einen Kunststoffkörper zur Ausbildung der Kühleinrichtung direkt im Vergussprozess erzeugt oder mittels spanabhebender Fertigungsverfahren direkt in den Vergusswerkstoff eingebracht. Der Vergusswerkstoff weist dabei verbesserte thermische Leitfähigkeiten sowie entsprechende Temperatur- und Medienbeständigkeiten auf. Um einen dauerhaften Verbund von Vergusswerkstoff und Spulenkörper mit Wicklungen, weichmagnetischem Kern und gegebenenfalls weiteren Bestandteilen zu gewährleisten, werden angepasste Längen-Temperatur-Koeffizienten sowie eventuelle spannungsausgleichende Zwischenschichten vorgesehen. Der Verguss kann weiterhin nur einen Teil eines Querschnitts der Vertiefungen darstellen, so dass in vorteilhafter Weise eine für das Kühlmedium dichte Verbindung gegenüber einem den Querschnitt der Vertiefungen abschließenden Gehäuseteil ausgebildet ist. Zur Gewährleistung einer zuverlässigen Abdichtung werden bevorzugt Werkstoffe ausgewählt, die bezüglich ihrer die Abmessungen und Toleranzen vorgebender Einflüsse wie Quellung und Temperaturänderungen aufeinander abgestimmt sind. Alternativ kann eine Dichtung zwischen Gehäuse und Kunststoffkörper mittels zusätzlicher Dichtringe vorgesehen werden. Eine Abstützung der Kräfte kann entweder über eine Presspassung des Vergussmantels im Gehäuse oder speziell angeformte / vorgesehene separate Befestigungselemente erfolgen.
Eine im Nutraum innerhalb der Wickelköpfe befindliche Erstkunststoffmasse weist bevorzugt elektrisch isolierende und wärmeleitende Füllstoffe auf. Um eine äußere Statorkernfläche und um die Wickelköpfe kann eine Zweitkunststoffmasse mit elektrisch und wärmeleitenden Füllstoffen vorgesehen sein. Der Vorteil elektrisch und wärmeleitfähig modifizierter Kunststoffe ist deren im Vergleich zu elektrisch isolierenden Werkstoffen höhere thermische Leitfähigkeit bei geringeren Füllstoffkosten. Ein vorteilhaft ausgebildetes Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Kühleinrichtung ermöglicht zusammenfassend zugleich eine Verbesserung der Kühlleistung und eine Kostenoptimierung. Hierzu können alternativ oder zusätzlich folgende Ausgestaltungsmerkmale vorteilhaft sein:
Der Abstand zwischen Kühlmedium und weichmagnetischem Körper beziehungsweise den Wickelköpfen kann wesentlich kleiner ausgeführt werden als bei konventionellen Kühlmänteln wie oben als Stand der Technik ausgeführt. In Spritzgießverfahren können deutlich geringere Wandstärken als bei einem metallischen, separat spanend ausgeführten Kühlkanal vorgesehen werden. Diese geringeren Wandstärken vermindern einerseits den thermischen Wiederstand und benötigen andererseits weniger Bauraum des Kunststoffkörpers oder der Stator kann bei vorgegebenem Bauraum größer und damit leistungsfähiger ausgebildet werden. Bei einem direkten Anspritzen des Kunststoffkörpers wie Kunststoffkühlmantel kann ein vollflächiger Kontakt mit der rauen Mantelfläche des weichmagnetischen Körpers erzielt werden, so dass der Wärmewiderstand zwischen Stator und Kunststoffkörper gering gehalten werden kann. Bei einem Pressverband nach Stand der Technik können dagegen kleine Hohlräume zwischen Kühlmantel und Statorkern diesen Wärmewiderstand erhöhen. Bei Ausbildung einer vorteilhaften Kühlkanalform mittels eines Spritzgießverfahrens kann mit geringem Mehraufwand im Spritzgusswerkzeug eine komplexe Struktur hoher Oberfläche, beispielsweise eine wellige Ausführung hergestellt werden. Eine Kontaktfläche Kühlmantel – Kühlmittel kann somit auf einfache Weise vergrößert werden. Damit kann auch dieser Übergangswiderstand zwischen dem wärmeleitenden Kunststoff und dem Kühlmittel verringert werden.
Kurze Beschreibung der Figur
Die Erfindung wird anhand einer einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Elektromaschine im Längsschnitt um eine Drehachse eines Rotors der Elektromaschine. Hierbei ist lediglich der bezüglich der Drehachse obere Teil der Elektromaschine dargestellt.
Ausführliche Beschreibung der Figur
Die einzige Figur zeigt die Elektromaschine 1 mit dem Gehäuse 2 und dem darin fest aufgenommenen Stator 3 und dem um die Drehachse x verdrehbaren Rotor 4 im Teilschnitt. Der Stator ist aus dem weichmagnetischen Kern 5 und in diesem aufgenommenen Wicklungen mit Wickelköpfen 6 gebildet. Der Kunststoffkörper 7 dichtet den Stator 3 in Richtung des Gehäuses 2 ab. Zwischen der Antriebswelle 8 und dem Rotor 4 ist die radial axial innerhalb des Rotors 4 angeordnete Reibungskupplung 9 angeordnet.
Zwischen dem Gehäuse 2 und dem Stator 3 ist die Kühleinrichtung 10 vorgesehen. Diese wird durch den als Vertiefung 11 in dem Kunststoffkörper eingebrachten Kühlkanal 12 gebildet, in den ein Kühlmittel geführt wird, welches die thermische Verlustwärme des Stators abführt. Die Vertiefung 11 ist entlang der Drehachse x auf dem Außenumfang des Kunststoffkörpers 7 spiralförmig angeordnet und deckt im Wesentlichen die gesamte axiale Breite des Stators 3 ab. Zur vereinfachten Darstellung der Vertiefung 11 in dem Kunststoffkörper 7 beispielsweise materialabtragend, in einem Spritzgießverfahren oder während eines Vergusses des Stators 3 wird diese radial außen offen ausgebildet und anschließend beim Fügen des Stators 3 in dem Gehäuse 2 mittels der Innenumfangsfläche 13 der für die Einbringung des Stators 3 im Gehäuse 2 vorgesehenen Öffnung 14 verschlossen. Die Innenumfangsfläche 13 ist zur Bildung einer ausreichenden Abdichtung der Kontaktfläche 21 des Kunststoffkörpers 7 zwischen zwei Abschnitten der Vertiefung 11 entsprechend glatt, das heißt mit einer geringen Rauhtiefe ausgebildet. An den Kontaktflächen 21 und/oder an der Innenumfangsfläche 13 kann eine Zwischenschicht zur Verbesserung der Abdichtung vorgesehen sein.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Anschlüsse 15, 16 zur Zu- und Ableitung des Kühlmediums nebeneinander im Bereich des stirnseitigen Endes 17 des Kunststoffkörpers 7 angeordnet, so dass die Vertiefung 11 an dem gegenüberliegenden stirnseitigen Ende 18 den Umkehrpunkt 19 aufweist. Das stirnseitige Ende 18 des Kunststoffkörpers 7 dichtet die Kühleinrichtung 10 gegen den Anschlag 20 des Gehäuses 2 ab. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Elektromaschine 1 eines hybridischen Antriebs und ist zum Einbau zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe vorgesehen, so dass das offene stirnseitige Ende 17 gegen ein Gehäuse der Brennkraftmaschine oder des Getriebes abgedichtet wird.
Bezugszeichenliste

1: Elektromaschine
2: Gehäuse
3: Stator
4: Rotor
5: weichmagnetischer Kern
6: Wickelköpfe
7: Kunststoffkörper
8: Antriebswelle
9: Reibungskupplung
10: Kühleinrichtung
11: Vertiefung
12: Kühlkanal
13: Innenumfangsfläche
14: Öffnung
15: Anschluss
16: Anschluss
17: stirnseitiges Ende
18: stirnseitiges Ende
19: Umkehrpunkt
20: Anschlag
21: Kontaktfläche
x: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10122425 A1 [0002]

Claims

Elektromaschine (1) mit einem Gehäuse (2) und einem an diesem aufgenommenen Stator (3), einem radial innerhalb des Stators (3) angeordneten Rotor (4) und einer Kühleinrichtung (10) zwischen Stator (3) und Gehäuse (2), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kunststoffkörper (7) einen weichmagnetischen Kern (5) des Stators (3) radial außen umschließt, wobei zumindest eine ein Kühlmedium führende Vertiefung (11) der Kühleinrichtung (10) zumindest teilweise in der äußeren Mantelfläche des zumindest einen Kunststoffkörpers (7) eingebracht ist.
Elektromaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kunststoffkörper (7) aus Vergussmaterial zum Vergießen des weichmagnetischen Kerns (5) und Wickelköpfen (6) und/oder aus spanend bearbeitetem und/oder spritzgegossenem Material hergestellt ist.
Elektromaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass um einen aus Wicklungen und weichmagnetischem Kern (5) gebildeten Statorkörper ein elektrisch isolierender und mit wärmeleitfähigen Füllstoffen versehener Erstkunststoff angeordnet und die zumindest eine Vertiefung innerhalb eines Körpers aus elektrisch leitfähigem und wärmeleitenden Zweitkunststoff gebildet ist.
Elektromaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an Kontaktflächen zwischen dem weichmagnetischen Kern (5) und dem zumindest einen Kunststoffkörper (7) eine Zwischenschicht vorgesehen ist.
Elektromaschine (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Erstkunststoff enthaltene Füllstoffe Metalloxide und/oder Nitride sind.
Elektromaschine (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zweitkunststoff enthaltene Füllstoffe Metallund/oder Graphitpulver sind.
Elektromaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vertiefung (11) um eine Drehachse (x) des Rotors (4) in Spiralform umlaufend in dem Kunststoffkörper (7) vorgesehen ist.
Elektromaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgang und Eingang der zumindest einen Vertiefung (11) an demselben stirnseitigen Ende (17) des Kunststoffkörpers (7) angeordnet sind und die zumindest eine Vertiefung (11) an dem entgegengesetzten stirnseitigen Ende (18) einen Umkehrpunkt (19) aufweist.
Elektromaschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vertiefung (11) auf zumindest eine Stirnseite erweitert ist.
Verfahren zur Herstellung einer Elektromaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung aus zumindest einer zumindest in den Außenumfang des zumindest einen Kunststoffkörpers (7) eingebrachten Vertiefung (11) und einer glatten, die zumindest eine Vertiefung (11) nach radial außen verschließende Innenumfangsfläche (13) des Gehäuses (2) hergestellt wird.