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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuseelement eines Gehäuses einer elektrischen Maschine. Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Anordnung von elektrischen Komponenten auf einem Gehäuseelement für ein Gehäuse einer elektrischen Maschine. Die Erfindung betrifft überdies eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Gehäuseelement.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt. Im Rahmen dieser Erfindung wird unter einer elektrischen Maschine insbesondere ein Elektromotor verstanden, der zum Antreiben eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Derartige elektrische Maschinen weisen ein Gehäuse auf, das auch als Träger von Elektronikkomponenten zum Ansteuern der elektrischen Maschine dient. Des Weiteren weisen bekannte Gehäuse Kühlmittelkanäle auf, um die elektrische Maschine im Betrieb zu kühlen.
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US 2013/0049495 A1 offenbart ein rotierendes elektrisches Maschinensystem umfassend eine rotierende elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, welcher mit einem Spalt zum Stator angeordnet ist, ein Gehäuse, das derart konfiguriert ist, dass es den Stator hält, eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung, die von dem Gehäuse gehalten wird und derart konfiguriert ist, dass sie die rotierende elektrische Maschine antreibt, und einen ersten Kühlmittelweg, der in einem Abschnitt des Gehäuses zwischen dem Stator und der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung angeordnet ist, über welchen ein Kühlmittel fließt, um den Stator und die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung zu kühlen. Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung umfasst ferner ein Leistungsmodul, das derart konfiguriert ist, dass es ein Leistungshalbleiterelement enthält. Das Leistungsmodul umfasst des Weiteren eine Wärmestrahlungslamelle, welche derart angeordnet ist, dass diese über eine Öffnung, die zwischen dem Leistungsmodul und dem ersten Kühlmittelweg gebildet ist, in Richtung einer Kühlmittelseite vorsteht.
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Die vorstehend genannten Vorrichtungen zur Kühlung einer Leistungselektronik weisen jedoch den Nachteil auf, dass diese eine unzureichende bzw. ungleichmäßige Kühlung der Leistungselektronik bereitstellen bzw. ein hohes Bauraumerfordernis darstellen.
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Vor diesem Hintergrund besteht ein Bedarf zur Verbesserung von Kühlvorrichtungen für eine Leistungselektronik einer elektrischen Maschine.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Gehäuseelement für ein Gehäuse einer elektrischen Maschine, welches an einem axialen Endabschnitt des Gehäuses befestigbar ist, mit zumindest einem ersten Aufnahmebereich zum Aufnehmen von ersten elektrischen Komponenten auf einer Oberfläche des Gehäuseelements, mit zumindest einem zweiten Aufnahmebereich zum Aufnehmen von zweiten elektrischen Komponenten auf der Oberfläche des Gehäuseelements, mit einer Kühlmittelzufuhröffnung zum Zuführen von Kühlmittel zu dem Gehäuseelement und einer Kühlmittelabfuhröffnung zum Abführen von Kühlmittel von dem Gehäuseelement, und mit einem sich im Gehäuseelement erstreckenden Kühlmittelkanal, wobei ein erster Abschnitt des Kühlmittelkanals dazu ausgebildet ist, den ersten Aufnahmebereich zumindest abschnittsweise zu kühlen, und wobei ein zweiter Abschnitt des Kühlkanals dazu ausgebildet ist, den zweiten Aufnahmebereich zu kühlen.
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Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren eine Anordnung von elektrischen Komponenten auf einem erfindungsgemäßen Gehäuseelement für ein Gehäuse einer elektrischen Maschine, wobei erste elektrische Komponenten in einem ersten Aufnahmebereich des Gehäuseelements auf einer Oberfläche des Gehäuseelements angeordnet sind, und wobei zweite elektrische Komponenten in einem zweiten Aufnahmebereich des Gehäuseelements auf der Oberfläche des Gehäuseelements angeordnet sind.
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Die vorliegende Erfindung schafft überdies eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Gehäuseelement.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, verschiedene elektrische Komponenten in verschiedenen Bereichen des Gehäuseelements anzuordnen und eine entsprechende Kühlmittelführung in dem Gehäuseelement vorzusehen, welche eine effiziente Kühlung der jeweiligen elektrischen Komponenten bereitstellen kann. Ferner kann das Gehäuseelement an eine Kühlmittelführung eines restlichen Gehäuses der elektrischen Maschine angeschlossen werden, sodass hierdurch eine kombinierte Kühlmittelführung für Leistungselektronik und elektrischer Maschine im Bereich des Lagerschilds der elektrischen Maschine vorgesehen werden kann, ohne dass ein wesentlicher Mehraufwand hinsichtlich einer Fertigung bzw. eines Teileerfordernisses entsteht.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich der erste Abschnitt des Kühlkanals von der Kühlmittelzufuhröffnung zu dem zweiten Aufnahmebereich zum Aufnehmen der zweiten elektrischen Komponenten auf der Oberfläche des Gehäuseelements erstreckt. Somit kann in vorteilhafter Weise eine effiziente Kühlung der im Bereich des ersten Aufnahmebereichs angeordneten elektrischen Komponenten bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite Abschnitt des Kühlkanals durch eine an dem zweiten Aufnahmebereich zum Aufnehmen der zweiten elektrischen Komponenten auf der Oberfläche des Gehäuseelements ausgebildete Aussparung des Gehäuseelements ausgebildet ist. Somit können in vorteilhafter Weise Bauteile, die eine eigene Wärmetauschergeometrie aufweisen, derart auf dem Gehäuseelement bzw. Lagerschild montiert werden, dass sie in eine kühlmittelführende Vertiefung hineinragen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite Abschnitt des Kühlkanals dazu ausgebildet ist, dass durch darin befülltes Kühlmittel eine Oberfläche einer Wärmesenke der zweiten elektrischen Komponenten umspülbar ist. Somit kann in vorteilhafter Weise eine effektive Kühlung der zweiten elektrischen Komponenten bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich ein dritter Abschnitt des Kühlkanals von dem zweiten Aufnahmebereich zum Aufnehmen der zweiten elektrischen Komponenten auf der Oberfläche des Gehäuseelements zu dem ersten Aufnahmebereich zum Aufnehmen von ersten elektrischen Komponenten auf einer Oberfläche des Gehäuseelements erstreckt. Durch das Vorsehen sowohl des ersten Abschnitts als auch des dritten Abschnitts des Kühlkanals kann somit eine größere Fläche des ersten Aufnahmebereichs gekühlt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der dritte Abschnitt des Kühlkanals an einem dem zweiten Aufnahmebereich entgegengesetzten axialen Endabschnitt mit einem in dem weiteren Gehäuseelement des Gehäuses angeordneten weiteren Kühlkanal fluidisch kommuniziert. Somit kann die Kühlmittelführung in dem Gehäuseelement in vorteilhafter Weise an eine Kühlmittelführung eines restlichen Gehäuses der elektrischen Maschine angeschlossen werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt des Kühlkanals in die auf der Oberfläche des Gehäuseelements ausgebildete Aussparung des Gehäuseelements an einem ersten axialen Endabschnitt der Aussparung mündet, und wobei der dritte Abschnitt des Kühlkanals an einem zweiten axialen Endabschnitt der Aussparung in die Aussparung mündet. Somit kann die Aussparung des Gehäuseelements vollständig von Kühlmittel durchflossen werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt des Kühlkanals und der dritte Abschnitt des Kühlkanals durch eine Bohrung in das Gehäuseelement eingebracht sind, und wobei die Aussparung des zweiten Abschnitts des Kühlkanals mit dem Gehäuseelement integral, insbesondere durch Druckguss des Gehäuseelements, ausgebildet ist. Somit kann eine einfache Herstellung der Kühlmittelführung des Gehäuseelements bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kühlmittelabfuhröffnung mit einem in dem weiteren Gehäuseelement des Gehäuses angeordneten weiteren Kühlkanal fluidisch kommuniziert. Die Kühlmittelabfuhröffnung ist in vorteilhafter Weise an die Kühlmittelführung des Gehäuses der elektrischen Maschine angeschlossen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuseelement eine Mehrzahl von ersten Aufnahmebereichen und eine Mehrzahl von zweiten Aufnahmebereichen aufweist, wobei die ersten Aufnahmebereiche und die zweiten Aufnahmebereiche jeweils intermittierend und im Wesentlichen entlang eines Randbereichs des Gehäuseelements angeordnet sind.
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Diese Konfiguration der Kühlmittelführung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Anordnung bzw. effektive Kühlung einer Mehrzahl von ersten und zweiten elektrischen Komponenten, welche entsprechend jeweiliger baulicher bzw. systemischer Anforderungen intermittierend angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die ersten elektrischen Komponenten durch Kondensatoren und die zweiten elektrischen Komponenten durch Leistungshalbleiter ausgebildet sind. Da jede dieser Komponenten unterschiedliche Kühlanforderungen aufweist, ist es daher von Vorteil, diese in unterschiedlichen Aufnahmebereichen des Gehäuseelements anzuordnen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuseelement durch ein Lagerschild der elektrischen Maschine ausgebildet ist. Somit kann in vorteilhafter Weise eine platzsparende Anordnung der elektrischen Komponenten auf dem Lagerschild bzw. eine effektive Kühlung der Komponenten durch die in das Lagerschild eingebrachte Kühlmittelführung gewährleistet werden.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine mit einer Anordnung eines Gehäuseelements eines Gehäuses der elektrischen Maschine und elektrischen Komponenten der elektrischen Maschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung von auf einer Leiterplatte angeordneten elektrischen Komponenten der elektrischen Maschine gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung des an der elektrischen Maschine angebrachten Gehäuseelements gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung des an der elektrischen Maschine befestigten Gehäuseelements mit den darauf angeordneten elektrischen Komponenten gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine mit einer Anordnung eines Gehäuseelements eines Gehäuses der elektrischen Maschine und elektrischen Komponenten der elektrischen Maschine gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 6 eine schematische Darstellung von auf einer Leiterplatte angeordneten elektrischen Komponenten der elektrischen Maschine gemäß der weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 7 eine schematische Darstellung des an der elektrischen Maschine angebrachten Gehäuseelements gemäß der weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine mit einer Anordnung eines Gehäuseelements eines Gehäuses der elektrischen Maschine und elektrischen Komponenten der elektrischen Maschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Gehäuseelement 10 des Gehäuses 2 der elektrischen Maschine 1 ist an einem axialen Endabschnitt 2a des Gehäuses 2 befestigt. Die (in 1 nicht dargestellte) elektrischen Komponenten sind an einer Rückseite einer Leiterplatte 11 angeordnet bzw. befestigt und bilden mit einer Oberfläche 10a des Gehäuseelements 10 Kontakt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung von auf einer Leiterplatte angeordneten elektrischen Komponenten der elektrischen Maschine gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In 2 ist die (in 1 nicht dargestellte) Rückseite der Leiterplatte 11 gezeigt. Auf der Leiterplatte 11 sind erste elektrische Komponenten 14, welche durch Kondensatoren ausgebildet sind und zweite elektrische Komponenten 18, welche durch die Leistungshalbleiterelemente ausgebildet sind, angeordnet.
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Die zweiten elektrischen Komponenten 18 sind in 2 nicht direkt gezeigt, sondern eine an deren Rückseite angeordnete Wärmesenke 28, welche eine Oberfläche 28a mit einer Vielzahl von Pin-Elementen aufweist. Die Oberfläche der Wärmesenke 28 kann alternativ beispielsweise rippenförmig oder wenn es für die Wärmeabgabeleistung an ein Kühlmittel ausreicht, plan ausgebildet sein oder eine zweckmäßig raue Oberflächenstruktur aufweisen.
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Die Wärmesenke 28 wird im montierten Zustand der elektrischen Komponenten in eine hierfür vorgesehene Aussparung des Gehäuseelements eingefügt, sodass die Oberfläche 28a der Wärmesenke 28 mit Kühlmittel umspülbar ist. 3 zeigt eine schematische Darstellung des an der elektrischen Maschine angebrachten Gehäuseelements gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Gehäuseelement 10 weist einen ersten Aufnahmebereich 12 zum Aufnehmen der ersten elektrischen Komponenten auf der (in 3 nicht dargestellten) Oberfläche des Gehäuseelements 10 auf. Das Gehäuseelement 10 weist ferner einen zweiten Aufnahmebereich 16 zum Aufnehmen der zweiten elektrischen Komponenten auf der Oberfläche des Gehäuseelements 10 auf.
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Des Weiteren weist das Gehäuseelement 10 eine Kühlmittelzufuhröffnung 20 zum Zuführen von Kühlmittel zu dem Gehäuseelement 10 und eine Kühlmittelabfuhröffnung 22 zum Abführen von Kühlmittel von dem Gehäuseelement 10 auf. Darüber hinaus weist das Gehäuseelement 10 einen sich in dem Gehäuseelement 10 erstreckenden Kühlkanal 24 auf. Ein erster Abschnitt 24a des Kühlkanals 24 ist dazu ausgebildet, den ersten Aufnahmebereich 12 zumindest abschnittsweise zu kühlen.
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Ein zweiter Abschnitt 24b des Kühlkanals 24 ist dazu ausgebildet, den zweiten Aufnahmebereich 16 zu kühlen. Der erste Abschnitt 24a des Kühlkanals 24 erstreckt sich von der Kühlmittelzufuhröffnung 20 zu dem zweiten Aufnahmebereich 16 zum Aufnehmen der zweiten elektrischen Komponenten 18 auf der Oberfläche des Gehäuseelements 10.
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Der zweite Abschnitt 24b des Kühlkanals 24 ist durch eine an dem zweiten Aufnahmebereich 16 zum Aufnehmen der zweiten elektrischen Komponenten 18 auf der Oberfläche des Gehäuseelements 10 ausgebildete Aussparung 26 des Gehäuseelements 10 ausgebildet.
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Ein dritter Abschnitt 24c des Kühlkanals 24 erstreckt sich von dem zweiten Aufnahmebereich 16 zum Aufnehmen der (in 3 nicht dargestellten) zweiten elektrischen Komponenten 18 zu dem ersten Aufnahmebereich 12 zum Aufnehmen von (in 3 nicht dargestellten) ersten elektrischen Komponenten 14.
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Der dritte Abschnitt 24c des Kühlkanals 24 kommuniziert ferner an einem dem zweiten Aufnahmebereich 16 entgegengesetzt angeordneten axialen Endabschnitt 32 mit einem in dem weiteren Gehäuseelement des Gehäuses 2 angeordneten weiteren Kühlkanal 24 fluidisch.
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Der erste Abschnitt 24a des Kühlkanals 24 mündet in die auf der (in 3 nicht dargestellten) Oberfläche des Gehäuseelements 10 ausgebildete Aussparung 26 des Gehäuseelements 10 an einem ersten axialen Endabschnitt 26a der Aussparung 26. Der dritte Abschnitt 24c des Kühlkanals 24 mündet an einem zweiten axialen Endabschnitt 26b der Aussparung 26 in die Aussparung 26.
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Der erste Abschnitt 24a des Kühlkanals 24 und der dritte Abschnitt 24c des Kühlkanals 24 sind jeweils durch eine Bohrung in das Gehäuseelement 10 eingebracht. Die Aussparung 26 des zweiten Abschnitts 24b des Kühlkanals 24 ist mit dem Gehäuseelement 10 integral, insbesondere durch Druckguss des Gehäuseelements 10, ausgebildet. Die Kühlmittelabfuhröffnung 22 kommuniziert mit einem in dem weiteren Gehäuseelement des Gehäuses 2 angeordneten weiteren Kühlkanal fluidisch.
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4 zeigt eine schematische Darstellung des an der elektrischen Maschine befestigten Gehäuseelements mit den darauf angeordneten elektrischen Komponenten gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Auf der Oberfläche 10a des Gehäuseelements 10 sind die in eine Fassung 30 eingebetteten zweiten elektrischen Komponenten 18 in die Aussparung des Gehäuseelements 10 eingefügt. Des Weiteren sind eine Mehrzahl erster elektrischer Komponenten 14 auf der Oberfläche 10a des Gehäuseelements 10 in dem ersten Aufnahmebereich 12 angeordnet.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine mit einer Anordnung eines Gehäuseelements eines Gehäuses der elektrischen Maschine und elektrischen Komponenten der elektrischen Maschine gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In der in 5 dargestellten weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die ersten elektrischen Komponenten 14 und die zweiten elektrischen Komponenten 18 in einer anderen Anordnung als in der in 2 gezeigten Anordnung auf dem Gehäuseelement 10 befestigt.
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Die ersten elektrischen Komponenten 14 und die zweiten elektrischen Komponenten 18 sind wie bereits in Bezug auf die Ausführungsform der 1 bis 4 an einer Rückseite der Leiterplatte 11 angeordnet. Die Leiterplatte 11 weist vorzugsweise eine der Form des Gehäuseelements 10 angepasste Form auf.
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6 zeigt eine schematische Darstellung von auf einer Leiterplatte angeordneten elektrischen Komponenten der elektrischen Maschine gemäß der weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die ersten elektrischen Komponenten 14 und die zweiten elektrischen Komponenten 18 sind auf der Leiterplatte 11 jeweils intermittierend und im Wesentlichen entlang eines Randbereichs 11a der Leiterplatte 11 angeordnet.
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7 zeigt eine schematische Darstellung des an der elektrischen Maschine angebrachten Gehäuseelements gemäß der weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Gehäuseelement 10 weist einen ersten Aufnahmebereich 12 auf der (in 7 nicht dargestellten) Oberfläche des Gehäuseelements 10 auf, welcher dazu ausgebildet ist, die ersten elektrischen Komponenten aufzunehmen.
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Des Weiteren weist das Gehäuseelement 10 einen zweiten Aufnahmebereich 16 auf der Oberfläche des Gehäuseelements 10 auf, welcher dazu ausgebildet ist, die zweiten elektrischen Komponenten aufzunehmen. Insbesondere sind eine Mehrzahl erster Aufnahmebereiche 12 und eine Mehrzahl zweiter Aufnahmebereiche 16 vorgesehen, in der vorliegenden Ausführungsform jeweils drei erste Aufnahmebereiche 12 und drei zweite Aufnahmebereiche 16.
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Der Kühlkanal 24 erstreckt sich von der Kühlmittelzufuhröffnung 20 und durchströmt sequenziell die intermittierend angeordneten ersten und zweiten Aufnahmebereiche 12, 16. Der Kühlkanal 24 ist im Bereich der ersten Aufnahmebereiche jeweils durch eine Bohrung in das Gehäuseelement 10 eingebracht und im Bereich der zweiten Aufnahmebereiche ist eine Aussparung analog der mit Bezug auf 1 bis 4 beschriebenen Aussparung 26 vorgesehen.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Beispielsweise kann eine Form, Abmessung oder Beschaffenheit des Gehäuseelements entsprechend angepasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2013/0049495 A1 [0003]
