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Die Erfindung betrifft einerseits eine elektrische Maschine, umfassend einen Stator mit einem Statorkern und einer Statorwicklung; einen Rotor, der innerhalb des Stators und relativ zum Stator drehbar angeordnet ist; ein Gehäuse, wobei das Gehäuse den Stator und den Rotor behaust; ein erstes Lagerschild und ein zweites Lagerschild, welche parallel zu den Stirnflächen des Stators verlaufende Gehäuseflächen darstellen und eine Leistungselektronik zum Betreiben und/oder zum Steuern und/oder zum Regeln der elektrischen Maschine und/oder einer externen Nutzungseinheit; und andererseits ein Verfahren zum Betreiben der elektrischen Maschine sowie einer Verwendung der elektrischen Maschine.
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Aus dem Stand der Technik sind derartige elektrische Maschinen bekannt, die einen Stator und einen Rotor umfassen und beispielsweise als Antrieb in Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, eingesetzt werden und mechanische Energie erzeugen und/oder umwandeln. Dabei sind der Stator sowie der Rotor in ein Gehäuse eingepasst und weitere für die elektrische Maschine benötigte Komponenten, wie eine Leistungselektronik, die die elektrische Maschine und/oder andere elektrische Verbraucher betreibt, steuert und/oder regelt, werden nachträglich in einem eigenen Gehäuse am oder um das Gehäuse der elektrischen Maschine befestigt bzw. angeordnet. Dadurch erfolgt neben der Vergrößerung der Gesamtlänge der elektrischen Maschine und/oder deren radialen Außenmaßen ebenfalls eine Erhöhung des Gesamtgewichtes. Für die elektrische Maschine und die weiteren Komponenten wie die Leistungselektronik stehen vor allem in einem Fahrzeug nur ein sehr begrenzter Bauraum zur Verfügung.
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Ein Statorkern eines Stators wird bevorzugt als sogenanntes Bleckpaket mit Statorzähnen ausgebildet bzw. weist eine Laminierung auf, um unerwünschte Wirbelstromverluste und Erwärmungen des Stators zu minimieren. Die Statorwicklung wird üblicherweise mit lackisolierten Kupferdrähten hergestellt. Im Zuge von bekannten Wickel- und Einziehtechniken kommt es an den Stirnseiten des Stators bzw. des Statorkerns unvermeidbar zur Ausbildung von Wickelköpfen. Wickelköpfe sind üblicherweise aufgrund ihrer Lage nur begrenzt an der Moment- und/oder Leistungserzeugung der elektrischen Maschine beteiligt, weshalb diese bevorzugt klein gehalten werden. Aus dem Stand der Technik sind dazu Verfahren bekannt, mit denen die Höhe eines Wickelkopfes mittels eines Umformprozesses reduziert werden kann, jedoch zeigt sich häufig ein Rückstellverhalten, wodurch im Bereich der Wickelköpfe ein freier Bauraum innerhalb des Gehäuses der elektrischen Maschine erzeugt wird.
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Speziell die Anforderungen an die Leistungselektronik hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und Kompaktheit sind stark gestiegen, wodurch ebenfalls die Anforderungen an eine entsprechende Kühlung gestiegen sind. Hierbei sind passive Kühlungen in Form von Kühlrippen, Flüssigkeitskühlungen mit einem flüssigen Kühlmedium, das durch Kühlkanäle beispielsweise in Gehäusewänden geleitet wird, bekannt. Bisher wurden Leistungselektroniken als ein separates Bauteil axial oder auch radial am Gehäuse der elektrischen Maschine angebracht. Dadurch steigt nicht nur der benötigte Bauraum der elektrischen Maschine als Ganzes sowie deren Gewicht, zudem ist bei dieser Anbringung eine effiziente Kühlung schwer zu erreichen.
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Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Betreiben sowie eine Verwendung einer solchen elektrischen Maschine bereitzustellen, die durch Integration einer Leistungselektronik in freie Bauräume innerhalb des Gehäuses einen verringerten Platzbedarf sowie eine effizientere Kühlung aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß Anspruch 1, des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 11 und der Verwendung nach Anspruch 12 gelöst.
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Entsprechend umfasst die elektrische Maschine einen Stator, wobei der Stator einen Statorkern mit einer radial äußeren Oberfläche und einer radial inneren Oberfläche und eine Statorwicklung aufweist, wobei die Statorwicklung an Stirnflächen des Stators jeweils einen Wickelkopf ausbildet, einen Rotor, wobei der Rotor innerhalb des Stators und relativ zum Stator drehbar um eine Rotationsachse angeordnet ist, wobei die Rotationsachse senkrecht zu den Stirnflächen des Stators verläuft und eine Rotorwelle umfasst, ein Gehäuse, wobei das Gehäuse den Stator und den Rotor einhaust, wobei der Stator an einer Innenfläche des Gehäuses fixiert ist, und ein erstes Lagerschild und ein zweites Lagerschild, wobei das erste Lagerschild und das zweite Lagerschild als parallel zu den Stirnflächen des Stators verlaufende Gehäusewände ausgebildet sind und wobei erfindungsgemäß eine Leistungselektronik zum Betreiben und/oder zum Steuern und/oder zum Regeln der elektrischen Maschine und/oder einer externen Nutzungseinheit, vorzugsweise vollständig innerhalb des Gehäuses an dem Stator und/oder an einer der Innenflächen des Gehäuses und/oder an einem der Lagerschilde befestigt ist.
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Grundsätzlich ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche geeignete elektrische Maschine wie Gleichstrommaschinen mit oder ohne Permanentmagnet oder Drehstromasynchron- oder Drehstromsynchronmaschinen zu verstehen.
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Bevorzugt für die vorliegende Erfindung ist eine konzentrische Anordnung des Rotors und des Stators, wobei der im Wesentlichen zylinderförmige Stator den im Wesentlichen zylinderförmigen Rotor umschließt. Bei derartigen Innenläufer-Maschinen ist der Rotor mit einer Antriebswelle verbunden.
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Allgemein wird unter dem Begriff Leistungselektronik ein Bauteil verstanden, das zum Betreiben, Steuern und/oder Regeln von elektronischen Baugruppen und/oder Aktuatoren, wie der elektrischen Maschine und/oder externen Nutzungseinheiten vorgesehen ist. Die Leistungselektronik umfasst beispielsweise Kondensatoren und Leistungshalbleiter, die beispielsweise auf einer Leiterplatte oder Platine angeordnet sind. Unter geeigneten Leistungshalbleitern werden hierbei MOSFETs, IGBTs oder ähnliches verstanden. Unter einer externen Nutzungseinheit wird beispielsweise eine Fahrzeugbeleuchtung, Kühlpumpe, Anzeigeeinrichtungen wie digitale Tachometer oder Bildschirme, Navigationssysteme, Kameras oder Sensoren, die im und/oder am Fahrzeug angeordnet sind, verstanden, wobei die externe Nutzungseinheit nicht auf diese Beispiele beschränkt sein soll.
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Unter Gehäuse wird beispielsweise eine im Wesentlichen quaderförmige oder zylinderförmige, geschlossene Einhausung des Stators und des Rotors verstanden, wobei das Gehäuse mindestens eine radiale Gehäusewand und mindestens zwei axiale Gehäusewände aufweisen kann. Die axialen Gehäusewände, die parallel zu den Stirnseiten des Stators bzw. senkrecht zu den radialen Oberflächen des Stators verlaufen, können als erstes Lagerschild und als zweites Lagerschild ausgebildet sein. Die radiale Gehäusewand weist eine Außenfläche und eine Innenfläche auf. Dabei kann im Folgenden der Begriff Gehäuse für die mindestens eine radiale Gehäusewand und die mindestens zwei axialen Gehäusewände, für die mindestens eine radiale Gehäusewand und/oder die mindestens eine radiale Gehäusewand mit den Lagerschilden verwendet werden. Unter einer Anordnung innerhalb des Gehäuses wird hiernach im Wesentlichen eine Anordnung in einem Raum verstanden, der durch die Gehäusewände und/oder die Gehäusewände und die Lagerschilde begrenzt wird. Das Gehäuse besteht bevorzugt aus einem Metall, wie Aluminium oder Stahl, und dient zum Schutz der darin angeordneten Komponenten.
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Durch die Integration der Leistungselektronik in das Gehäuse der elektrischen Maschine durch die Befestigung der Leistungselektronik, vorzugsweise vollständig innerhalb des Gehäuses an dem Stator und/oder an einer Innenfläche des Gehäuses und/oder an einem der Lagerschilde, werden die bestehenden Außenmaße der elektrischen Maschine nicht wesentlich verändert. Mit anderen Worten wird der benötigte Bauraum der elektrischen Maschine durch diese Anordnung der Leistungselektronik nicht oder nur gering vergrößert, als dies bei einer axialen oder radialen Anordnung der Leistungselektronik außerhalb an dem Gehäuse der Fall wäre. Die Befestigung der Leistungselektronik an den genannten Bauteilen der elektrischen Maschine ist dabei besonders bevorzugt, da diese im Gegensatz zum Rotor während dem Betrieb der elektrischen Maschine unbeweglich sind.
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Erfindungsgemäß ist die Leistungselektronik am Stator und/oder einer Innenfläche des Gehäuses und/oder einem der Lagerschilde befestigt. Die Befestigung erfolgt bevorzugt mittels einer Verschraubung, Verschweißung oder einer lösbaren Befestigung wie beispielsweise Halteklammern. Vorzugsweise handelt es sich hier um eine lösbare Verbindung, so dass im Schadensfall eine leichte Austauschbarkeit der Leistungselektronik gewährleistet werden kann. Bevorzugt ist die Leistungselektronik elektrisch isoliert gegenüber berührenden elektrisch leitenden Teilen, insbesondere dem Gehäuse und dem Stator, innerhalb des Gehäuses befestigt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Leistungselektronik eine erste Einheit und eine zweite Einheit, wobei die erste Einheit und die zweite Einheit entlang der Rotationsachse des Rotors voneinander getrennt sind, und beide Einheiten stehen in einem Datenaustausch miteinander. Durch die bevorzugte räumliche und strukturelle Trennung der Leistungselektronik in eine erste Einheit und eine zweite Einheit kann beispielsweise eine Aufteilung der elektronischen Bauteile der Leistungselektronik auf die erste Einheit und die zweite Einheit erfolgen, die vorteilhaft weiterhin in einem Datenaustausch miteinander stehen. Weiterhin kann vorzugsweise der innerhalb des Gehäuses zur Verfügung stehende Bauraum effizient ausgenutzt werden, da zwei kleinere Einheiten einfach im zur Verfügung stehenden Bauraum angeordnet bzw. angepasst werden können. Ferner können die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik bevorzugt separat gekühlt werden. Ebenfalls wird die Wärmeentwicklung der Leistungselektronik innerhalb des Gehäuses räumlich verteilt. Die erste Einheit und die zweite Einheit sind vorteilhaft jeweils auf einer separaten Leiterplatte oder Platine innerhalb des Gehäuses angeordnet.
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Die Merkmale, die für die erste Einheit und/oder die zweite Einheit offenbart sind, sind in entsprechender Weise ebenso für die Leistungselektronik selbst offenbart. Die Leistungselektronik kann eine erste Einheit und eine zweite Einheit umfassen, jedoch auch als eine Einheit ausgebildet sein, wobei die eine Einheit die erste Einheit, die zweite Einheit oder die nicht getrennte erste Einheit und zweite Einheit sein kann. Die Merkmale zur Leistungselektronik sind entsprechend auch für die erste Einheit und/oder die zweite Einheit offenbart.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik innerhalb des Gehäuses jeweils zwischen einem der Lagerschilde und einer der Stirnflächen des Stators angeordnet. Eine Anordnung in diesem Bereich innerhalb des Gehäuses ist besonders vorteilhaft, da hierfür gewöhnlich ungenutzter Bauraum zur Verfügung steht und eine räumliche Nähe zum Stator bzw. Rotor gewährleistet ist, wodurch nur kurze elektrische Verbindungen für eine mögliche Kontaktierung nötig wären.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik in axialer Richtung des Stators jeweils vollständig oder teilweise ringförmig von einem der Wickelköpfe umgeben. Der im Wesentlichen zylinderförmige Bereich, der durch einen Wickelkopf ausgebildet wird, lässt sich zwar durch die Reduzierung der Höhe der Wickelköpfe reduzieren, jedoch kann er nicht vollständig vermieden werden. Somit ist dieser Bauraum an den Stirnseiten des Stators bevorzugt zur Anordnung der ersten Einheit und der zweiten Einheit der Leistungselektronik geeignet und führt zu einer besonders effektiven Bauraumausnutzung. Die erste und zweite Einheit können je nach Höhe der Wickelköpfe jeweils vollständig und nur teilweise ringförmig von den Wickelköpfen umgeben sein, bzw. in dem im Wesentlichen zylinderförmigen Bereich, der von den Wickelköpfen ausgebildet wird, angeordnet sein. Dabei sind die erste Einheit und die zweite Einheit jeweils an einer Stirnseite des Stators von jeweils einem der Wickelköpfe ringförmig umgeben.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik mittels einer Kühleinrichtung der Lagerschilde und/oder des Gehäuses gekühlt. Eine Kühleinrichtung der Lagerschilde bzw. des Gehäuses kann eine Passivkühlung, beispielsweise in Form von Kühlrippen, eine Luftkühlung, beispielsweise mittels eines Ventilators, oder eine Flüssigkeitskühlung, durch ein flüssiges Kühlmedium umfassen, wobei die Kühleinrichtung nicht auf diese Beispiele beschränkt sein soll. Es können bevorzugt Lüftungsschlitze im und/oder am Gehäuse vorgesehen sein. Weiterhin ist bevorzugt, dass in den Gehäusewänden und/oder den Lagerschilden Kühlkanäle ausgebildet sind, welche von einem flüssigen Kühlmedium durchflossen werden und zur Kühlung der elektrischen Maschine und/oder der Leistungselektronik vorgesehen sind. Ferner ist es denkbar, dass die Leistungselektronik bzw. die erste Einheit und die zweite Einheit je nach Befestigung durch eine vorhandene Kühlung der elektrischen Maschine mitgekühlt werden oder durch eine eigens für die Leistungselektronik vorgesehene Kühleinrichtung gekühlt werden. Aufgrund der räumlichen Trennung der ersten und der zweiten Einheit der Leistungselektronik kann eine separate Kühlung, beispielsweise jeweils über eine Kühleinrichtung, wie den genannten Kühlkanälen, in den Lagerschilden erfolgen. Es ist aufgrund der Trennung bzw. Aufteilung der Leistungselektronik in eine erste Einheit und eine zweiten Einheit möglich, die Art bzw. die Kühlleistung der Kühleinrichtung der ersten Einheit bzw. der zweiten Einheit an eine abgegebene Wärme und/oder Leistung und/oder Komponenten der Leistungselektronik die auf der jeweiligen Einheit angeordnet sind, anzupassen. Somit kann beispielsweise für die erste Einheit eine Kühleinrichtung in Form von Kühlkanälen (Flüssigkeitskühlung) im ersten Lagerschild und für die zweite Einheit Kühlrippen (Passivkühlung) am zweiten Lagerschild vorgesehen sein. Die erzeugte Wärme der Leistungselektronik kann umso besser abtransportiert werden, je größer die Fläche des Kontaktbereiches ist. Vorzugsweise ist die gesamte Fläche der Leistungselektronik, bzw. der Leiterplatte/Platine, auf der die Leistungselektronik aufgebracht ist, die zum Kühlkörper gerichtet ist, mit dem Kühlkörper in Wirkkontakt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet, wobei ein Hohlraum des Hohlzylinders parallel zur Rotationsachse des Rotors angeordnet und dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, die Rotorwelle aufzunehmen. Durch diese im Wesentlichen ringförmige Anordnung um die Rotorachse bzw. -welle können die Einheiten der Leistungselektronik besonders effizient angeordnet werden und der entsprechende Bauraum optimal genutzt werden. Beispielsweise kann eine Grundfläche des Hohlzylinders auch rechteckig oder trapezförmig oder als regelmäßiges n-Eck ausgeführt sein.
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Es ist ebenfalls denkbar, dass die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik die Rotorwelle nicht vollständig ringförmig umschließen. Die erste Einheit und die zweite Einheit können demnach bogenförmig bzw. kreisbogenförmig ausgebildet sein, wobei die Rotorwelle je nach Platzbedarf der elektronischen Bauteile der Leistungselektronik teilweise ringförmig umgeben ist.
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Ferner können die erste Einheit und die zweite Einheit auch quader-, trapez-, zylinderförmig oder in einer beliebigen Form ausgebildet sein, wobei eine Größe der Einheiten entsprechend dem vorhandenen Bauraum innerhalb des Gehäuses ausgewählt ist bzw. durch den Bauraum zwischen den Stirnseiten des Stators und der Lagerschilde und/oder dem Wickelkopf beschränkt ist.
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Außerdem ist es denkbar, dass die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik bezüglich ihrer Form identisch ausgebildet sind. Es ist jedoch auch denkbar, dass die erste Einheit und die zweite Einheit eine unterschiedliche Form und/oder Größe aufweisen. Die Form der ersten Einheit und der zweiten Einheit kann entsprechend dem freien Bauraum und der Befestigung am Stator und/oder einer Innenfläche des Gehäuses und/oder einem der Lagerschilde gewählt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Leistungselektronik mindestens einen Mehrphasen-Umrichter auf, wobei der mindestens eine Mehrphasen-Umrichter einen ersten Teilumrichter und einen zweiten Teilumrichter umfasst und wobei der erste Teilumrichter an der ersten Einheit und der zweite Teilumrichter an der zweiten Einheit der Leistungselektronik angeordnet ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der mindestens eine Mehrphasen-Umrichter eine Vielzahl von Phasenschaltungen auf, die auf den ersten Teilumrichter und auf den zweiten Teilumrichter aufgeteilt sind. Durch diese bevorzugte Aufteilung ist vorteilhaft eine höhere Anzahl an Phasenschaltungen bzw. Phasen (Phasenzahl) möglich.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Einheit und die zweite Einheit der Leistungselektronik jeweils mit einem Wickelkopf elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung der ersten Einheit mit dem ersten Wickelkopf erfolgt über einen ersten Konnektor und die zweite Einheit ist über einen zweiten Konnektor mit dem zweiten Wickelkopf verbunden. Die elektrische Verbindung der ersten Einheit und der zweiten Einheit mit jeweils einem benachbarten Wickelkopf gewährleistet aufgrund der räumlichen Nähe kurze Verbindungen, die kosten- und gewichtssparend sind sowie wenig Bauraum benötigen. Weiterhin ist dadurch vorteilhaft eine einfachere und platzsparendere Verbindung bzw. Kontaktierung der Einheiten bzw. der Leistungselektronik mit den Wickelköpfen möglich, da die elektrischen Verbindungen bzw. Konnektoren auf die beiden Wickelköpfe aufgeteilt sind und nicht gebündelt als einzelner Strang ausgehend von der Leistungselektronik bzw. von einer einzelnen Einheit zu einem der Wickelköpfe geführt werden müssen. Ferner ist es dadurch möglich, eine höhere Anzahl an Phasenschaltungen bzw. Phasen (Phasenzahl) zu gewährleisten.
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Es ist ebenso denkbar, dass durch die Aufteilung der Leistungselektronik in zwei getrennte Einheiten und/oder die Aufteilung der elektrischen Verbindungen mit den Wickelköpfen, eine elektromagnetische Abschirmung (EMV-Abschirmung), insbesondere der elektrischen Verbindungen bzw. Konnektoren selbst, verbessert wird bzw. die Anbringung entsprechender Elemente, wie beispielsweise Metallbleche, leitfähige Folien oder Schichten zur Abschirmung zu erleichtern.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein erster ringförmiger Zwischenkreiskondensator zusammen mit der ersten Einheit der Leistungselektronik und/oder ein zweiter ringförmiger Zwischenkreiskondensator zusammen mit der zweiten Einheit der Leistungselektronik angeordnet, wobei der erste und der zweite ringförmige Zwischenkreiskondensator jeweils konzentrisch um die Rotorwelle angeordnet sind. Bevorzugt sind die ringförmigen Zwischenkreiskondensatoren als Folien-, Elektrolyt- oder Keramikkondensatoren ausgeführt. Dies gewährleistet auf besonders einfache Weise die Anordnung als ringförmigen Kondensator. Ferner sind die ringförmigen Zwischenkreiskondensatoren konzentrisch mit dem Rotor und dem Stator angeordnet. Ein Radius des ringförmigen Zwischenkreiskondensators kann bevorzugt so gewählt sein, dass der Zwischenkreiskondensator vollständig oder teilweise von dem Wickelkopf umgeben ist oder der Radius des Zwischenkreiskondensators kann entsprechend groß gewählt sein, dass der Zwischenkreiskondensator in axialer Richtung nicht von dem Wickelkopf umgeben ist, sondern axial neben dem Wickelkopf angeordnet ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform können die Leistungselektronik bzw. die erste Einheit und die zweite Einheit auf einer Bodenplatte, welche eine Unterseite sowie eine Oberseite aufweist, wobei an beiden Seiten jeweils eine Unterfläche und eine Oberfläche ausgebildet ist, und weiter wobei beide Flächen mittels zumindest einer Seitenfläche miteinander verbunden sind, angeordnet sein.
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Dazu sind die Leistungselektronik bzw. die erste Einheit und die zweite Einheit bevorzugt auf und/oder an der Bodenplatte, insbesondere an der Oberseite der Bodenplatte, angeordnet, wobei erzeugte Abwärme der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit an die Bodenplatte weitergegeben wird, um die Leistungselektronik bzw. die erste Einheit und die zweite Einheit zu kühlen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bodenplatte selbst als ein Wärmetauscher ausgebildet und/oder weist einen solchen Wärmetauscher auf, wobei die Bodenplatte aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist.
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Mit anderen Worten ist auf eine separate Anordnung von Bodenplatte und Wärmetauscher verzichtet. Vorzugsweise handelt es sich bei der Bodenplatte um ein einstückig gefertigtes Element. Ein solches Element kann daher frei von Klebstellen und/oder sonstigen Verbindungen und Unterbrechungen sein.
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Es können daher, in zumindest einer Ausführungsform, solche Anordnungen ausgeschlossen werden, welche eine Bodenplatte sowie ein weiteres Element, insbesondere einen weiteren Wärmetauscher, aufweisen, der in einem separaten Montageschritt auf die Bodenplatte angeordnet ist. Vorzugsweise bildet daher die Bodenplatte nicht nur eine Montageplatte aus, sondern ist selbst der Wärmetauscher.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bodenplatte frei von Kühlrippen. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Variante dar, da Kühlrippen oftmals aufwendig zu fertigen sowie aufwendig zu montieren sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist innerhalb der Bodenplatte zumindest ein Kühlkanal ausgebildet, welcher dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, die Bodenplatte während des Betriebs der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit zu kühlen. Ein solcher Kühlkanal ist daher eine tunnelförmige Ausformung innerhalb der Bodenplatte und allseits durch die Bodenplatte begrenzt. Die Bodenplatte kann daher in einem Schichtverfahren aus noch nicht gebrannten Keramikschichten abgebaut sein, wodurch sich der Kühlkanal, zum Beispiel in einem 3D Druckverfahren, erzeugen lässt. Durch den Kühlkanal hindurch kann ein Kühlmedium, zum Beispiel eine Kühlflüssigkeit oder auch ein Kühlgas geleitet werden. Bei der Kühlflüssigkeit kann es sich um Wasser oder um eine sonstige Flüssigkeit, vorzugsweise um eine ölfreie Flüssigkeit handeln.
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Hierzu weist der Kühlkanal zumindest zwei Enden auf, welche aus der Bodenplatte herausführen. An diesen beiden Enden kann jeweils ein Anschluss vorgesehen sein, mittels dessen ein Kühlkreislauf erzeugt werden kann, nämlich durch eine von außen erzeugte Einpumpung des Kühlmittels durch den Kühlkanal.
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Der Kühlkörper kann durch ein 3D-Druckverfahren gefertigt sein.
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Wie nun nicht abschließend unten gezeigt, kommen folgende 3D-Printtechnologien zur Herstellung des Kühlkörpers in Frage:
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Das FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling)
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Alternativbezeichnungen: Fused Filament Fabrication (FFF), Fused Layer Modeling (FLM)
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Das Verfahren bezeichnet schichtweises Auftragen (Extrusion) eines Materials durch eine heiße Düse. Das Verbrauchsmaterial befindet sich in Form eines langen Drahts (sog. Filament) auf einer Rolle und wird durch die Fördereinheit in einen Druckkopf geschoben, dort eingeschmolzen und auf einem Druckbett aufgebracht. Druckkopf und/oder Druckbett sind dabei in 3 Richtungen beweglich. So können Kunststoffschichten schrittweise aufeinander aufgebracht werden.
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Das SLS-Verfahren (Selektives Lasersintern)
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Im Unterschied zum Sinterverfahren, bei dem Stoffe in Pulverform unter Hitzeeinwirkung miteinander verbunden werden, geschieht dies beim SLS-Verfahren selektiv durch einen Laser (alternativ auch Elektronenstrahl oder Infrarotstrahl). Es wird also nur ein bestimmter Teil des Pulvers miteinander verschmolzen.
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Dazu wird stets eine dünne Pulverschicht von der Beschichtungseinheit auf dem Druckbett ausgebracht. Der Laser (oder eine andere Energiequelle) wird nun punktgenau auf einzelne Stellen der Pulverschicht ausgerichtet, um die erste Schicht der Druckdaten auszubilden. Hierbei wird das Pulver an- oder aufgeschmolzen und verfestigt sich anschließend wieder durch geringfügiges Abkühlen. Das nicht aufgeschmolzene Pulver bleibt um die gesinterten Bereiche herum liegen und dient als Stützmaterial. Nachdem eine Schicht verfestigt ist, senkt sich das Druckbett um den Bruchteil eines Millimeters ab. Die Beschichtungseinheit fährt nun über das Druckbett und bringt die nächste Pulverschicht aus. Anschließend wird die zweite Schicht der Druckdaten durch den Laser (oder eine andere Energiequelle) gesintert. So entsteht schichtweise ein dreidimensionales Objekt.
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Three-Dimensional Printing (3DP)
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Das 3DP-Verfahren funktioniert sehr ähnlich wie das selektive Lasersintern, doch anstelle einer gerichteten Energiequelle verfährt ein Druckkopf über das Pulver. Dieser gibt winzige Tröpfchen von Bindemittel auf die zugrunde liegenden Pulverschichten ab, die so miteinander verbunden werden. Ansonsten ist dieses Verfahren dem SLS-Verfahren gleich.
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Stereolithographie (SLA)
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Anstelle eines Kunststoffdrahts oder Druckmaterials in Pulverform kommen beim Stereolithographie-Verfahren flüssige Harze, sog. Photopolymere, zum Einsatz. Sie werden schichtweise durch UV-Strahlung verhärtet und erzeugen so dreidimensionale Objekte. Dafür wird die Bauplattform im Harzbecken schrittweise abgesenkt. Es gibt auch Varianten (sog. Polyjet-Verfahren) ohne ein ganzes Becken mit flüssigem Harz. Dafür wird ein Epoxidharz tröpfchenweise aus einer Düse aufgebracht und durch einen UV-Laser sofort ausgehärtet.
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Laminated Object Manufacturing (LOM)
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Alternativbezeichnung: Layer Laminated Manufacturing (LLM)
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Das Verfahren basiert weder auf chemischen Reaktionen, noch auf einem thermischen Prozess. Es wird dabei mit einem trennenden Werkzeug (z.B. einem Messer oder Kohlendioxidlaser) eine Folie oder Platte (z.B. Papier) an der Kontur geschnitten und schichtweise aufeinander geklebt. So entsteht durch Absenken der Bauplattform ein Schichtobjekt aus geklebten, übereinanderliegenden Folien.
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Bevorzugt ist es ebenso möglich, den Kühlkörper mittels eines Druckgussverfahrens herzustellen. Bekannte Druckgussverfahren umfassen beispielsweise Sandgussverfahren oder Vakuumdruckgussverfahren.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich der Kühlkanal entlang einer Haupterstreckungsebene der Bodenplatte innerhalb der Bodenplatte. Der Kühlkanal kann durch die stapelförmige Aufeinanderreihung der Keramikschichten des Kühlkörpers in einem Aufschichtverfahren, zum Beispiel einem wie dargestellten 3D Druckverfahren erzeugt sein.
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Zum Beispiel ist denkbar, dass in der Bodenplatte sich der Kühlkanal in der Haupterstreckungsrichtung der Bodenplatte in einzelne Teilkühlkanäle verzweigt oder die Bodenplatte mehrere Anschlüsse für mehrere Kühlkanäle aufweist, die in der Bodenplatte separat ausgebildet sind und sich nicht treffen. Andererseits ist auch denkbar, dass diese mehreren Kühlkanäle in einer alternativen Ausführungsform an zumindest einem Punkt ineinander münden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform erreicht der Kühlkanal in seinem Querschnitt ausgehend von einem Anschlussquerschnitt unterhalb der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit einen maximalen Querschnitt.
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Der obig genannte Anschlussquerschnitt ist daher derjenige Querschnitt, welcher unmittelbar aus der Bodenplatte herausführt und für den Anschluss des Kühlmediums zur Bildung eines Kühlkreislaufs vorgesehen ist. Durch eine derartige Querschnittsausformung ist daher gewährleistet, dass in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Bodenplatte unterhalb der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit ein Maximum an Kühlflüssigkeit durchgeführt wird, um eine möglichst effiziente Wärmekühlung gewährleisten zu können.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bodenplatte mit einer Keramik, vorzugsweise vollständig, gebildet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in einer zur Haupterstreckungsebene der Bodenplatte senkrechten Richtung zwischen der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit und der Bodenplatte zumindest ein Substrat und insbesondere ein DCB-Substrat angeordnet.
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Bei einem DCB-Substrat handelt es sich um ein „Direct Bonded Copper“ Substrat und ist in der Aufbau- und Verbindungstechnik eine Struktur, in der eine enge elektrische und/oder thermische Verbindung elektronischer Bauteilchips über Kupfer ermöglicht. Dies ist insbesondere von Vorteil, da hierdurch eine sehr effiziente und bessere Wärmeableitung gewährleistet wird. Auch werden solche DCB-Substrate aus bzw. auf der Kupferschichtleiterbahn, Strukturen und Kontaktfläche hergestellt, um Bauteile aufzulöten, die so besonders gut gekühlt werden, was bei konventionellen Leiterplatten aufgrund einer verschlechterten Wärmeleitfähigkeit des Substrats nicht so effizient erreicht werden kann.
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Zum Beispiel beträgt eine Dicke des DCB-Substrats in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Bodenplatte vorzugsweise nicht mehr als 20 % einer entsprechenden maximalen Dicke der Bodenplatte. Eine solche Dicke des DCB-Substrats sorgt für eine hervorragende Wärmeleitung von der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit hin zur Bodenplatte.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist die Leistungselektronik bzw. die erste Einheit und die zweite Einheit mit einer Lötverbindung auf einem DCB-Substrat aufgelötet. Das DCB-Substrat selbst ist wiederrum zum Beispiel auf elektrische Leiterbahnen der Bodenplatte, insbesondere lötverbindungsfrei, angeordnet. Zum Beispiel stehen das DCB-Substrat und die Bodenplatte so in unmittelbarem Kontakt miteinander. Zum Beispiel ist die Bodenplatte mit dem DCB-Substrat bedruckt und/oder galvanisiert.
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Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen dem DCB-Substrat und der Bodenplatte frei von einer Lötverbindung. Dies kann insbesondere durch die obig genannte Bedruckung und/oder Galvanisierung erreicht werden.
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Somit ist ein sehr kleiner thermischer Übergangswiderstand realisiert. Durch die thermisch isolierende Eigenschaft der Keramik der Bodenplatte kann die Bodenplatte mit der Leistungselektronik „floatend“, d.h. nicht „GND“-bezogen, ohne weitere Maßnahmen innerhalb des Gehäuses befestigt werden, wodurch sich Vorteile bei einer Stromfilterung ergeben.
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Durch die Anordnung der Leistungselektronik bzw. der ersten Einheit und der zweiten Einheit auf der Bodenplatte gemäß einer beschriebenen Ausführungsform kann auf weitere Kühleinrichtungen für die Leistungselektronik bzw. die erste Einheit und die zweite Einheit in den Lagerschilden und/oder im Gehäuse verzichtet werden. Somit ergeben sich für die Bodenplatte bzw. die Leistungselektronik vorteilhaft eine einfachere Anordnung innerhalb des Gehäuses, da ein flächiger Kontakt mit einer Innenfläche des Gehäuses bzw. den Lagerschilden aus Gründen der Kühlung verzichtet werden kann. Es ist aber ebenso denkbar, die Bodenplatte zusammen mit oben beschriebenen Kühleinrichtungen zu verwenden.
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Des Weiteren ist in der vorliegenden Anmeldung ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 gezeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen ersten Schritt, innerhalb dessen ein Bereitstellen der elektrischen Maschine erfolgt. Im zweiten Schritt erfolgt ein Betreiben, Steuern und/oder Regeln der elektrischen Maschine mittels einer Leistungselektronik, wobei in einem weiteren Schritt ein Umwandeln einer elektrischen Energie in mechanische Energie durch die elektrische Maschine stattfindet.
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Somit sind alle für die elektrische Maschine offenbarten Merkmale auch für das beschriebene Verfahren offenbart und umgekehrt.
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In besonderer Weise kann die erfindungsgemäße elektrische Maschine für den Antrieb eines Fahrzeuges verwendet werden. Hierbei ist der Rotor bevorzugt mit einer Antriebswelle des Fahrzeuges verbunden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Weitere Ziele, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden Erfindung sind der nachfolgenden von der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
- 1 eine Querschnittsansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- 2 eine Querschnittsansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
- 3 eine Querschnittsansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
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Die 1 zeigt einen Schnitt entlang einer Rotationsachse 8 bzw. Rotorwelle 9 in axialer Richtung A einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1, umfassend ein Gehäuse 2, einen Stator 3 und einen Rotor 7, wobei der Stator 3 und der Rotor 7 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sind und von diesem behaust werden. Eine radiale Richtung R der elektrischen Maschine 1 verläuft senkrecht zur axialen Richtung A.
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Das Gehäuse 2 umfasst eine radiale Gehäusewand 10 mit einer Außenfläche 10a und einer Innenfläche 10b. Ein erstes Lagerschild 11a und ein zweites Lagerschild 11b bilden axiale Gehäusewände des Gehäuses 2 aus.
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Der gezeigte Stator 3 weist einen Statorkern 4, umfassend eine radial äußere Oberfläche 4a, eine radial innere Oberfläche 4b, eine erste Stirnfläche 5a und zweite Stirnfläche 5b, und eine Statorwicklung (hier nicht gezeigt) auf. Die Statorwicklung bildet an der ersten Stirnfläche 5a einen ersten Wickelkopf 6a und an der zweiten Stirnseite 5b einen zweiten Wickelkopf 5b aus. Ein Abstand jeweils zwischen dem ersten Wickelkopf 6a und dem ersten Lagerschild 11a sowie zwischen dem zweiten Wickelkopf 6b und dem zweiten Lagerschild 11b ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform sehr gering ausgebildet, wobei der Abstand zwischen Wickelkopf 6a, 6b und Lagerschild 11a, 11b entsprechend dem benötigten Bauraum auch größer ausgebildet sein kann. Der erste Wickelkopf 6a verläuft bevorzugt radial an einem äußeren Rand der ersten Stirnseite 5a und der zweite Wickelkopf 6b verläuft bevorzugt radial an einem äußeren Rand der zweiten Stirnseite 5b, wobei jeweils ein im Wesentlichen zylinderförmiger Bereich durch die Wickelköpfe 6a, 6b an den Stirnseiten 5a, 5b um die Rotorwelle ausgebildet ist.
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Der Stator 3 bzw. der Statorkern 4 ist bevorzugt fest mit der Innenfläche 10b der radialen Gehäusewand 10 des Gehäuses 2 verbunden und daran befestigt. Es wäre ebenfalls denkbar, dass die radial äußere Oberfläche 4a des Statorkerns 4 die radiale Gehäusewand 10 des Gehäuses 2 ausbildet.
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Der Rotor 7 ist vorliegend mittels eines Rotoradapters 15 an einer Rotorwelle 9 befestigt. Der Rotor 7 ist bevorzugt innerhalb des Stators 3 bzw. des Statorkerns 4 drehbar um eine Rotationsachse 8, welche die Rotorwelle 9 umfasst, angeordnet. Der Stator 3 und der Rotor 7 sind bevorzugt im Wesentlichen kreis- bzw. zylinderförmig ausgebildet und konzentrisch angeordnet. Die Rotorwelle 9 ist am ersten Lagerschild 11a durch ein erstes Lager 14a und im zweiten Lagerschild 11b durch ein zweites Lager 14b drehbar gelagert. Die Lager 14a, 14b sind dabei mittig im jeweiligen Lagerschild 11a, 11b angeordnet.
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Eine Leistungselektronik umfasst, wie in der in 1 gezeigten Ausführungsform, eine erste Einheit 12a und zweite Einheit 12b. Dabei ist die erste Einheit 12a in axialer Richtung A im Wesentlichen vollständig ringförmig von dem ersten Wickelkopf 6a und die zweite Einheit 12b ist in axialer Richtung A im Wesentlichen vollständig ringförmig von dem zweiten Wickelkopf 6b umgeben. Die erste Einheit 12a und die zweiten Einheit 12b sind im Wesentlichen vollständig in dem zylinderförmigen Bereich, welcher jeweils durch den ersten 6a bzw. zweiten Wickelkopf 6b ausgebildet werden, angeordnet. Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist die erste Einheit 12a zwischen dem ersten Lagerschild 11a und der ersten Stirnseite 5a des Stators 3 bzw. des Statorkerns 4 angeordnet und die zweite Einheit 12b ist entsprechend zwischen dem zweiten Lagerschild 11b und der zweiten Stirnseite 5b des Stators 3 bzw. des Statorkerns 4 angeordnet. Es ist ebenfalls denkbar, dass die zweite Einheit 12b zwischen dem ersten Lagerschild 11a und der ersten Stirnseite 5a und die erste Einheit 12a zwischen dem zweiten Lagerschild 11b und der zweiten Stirnseite 5b angeordnet ist. Weiterhin ist denkbar, dass die Leistungselektronik nur eine der Einheiten 12a, 12b umfasst, wobei die eine vorhandene Einheit 12a, 12b entweder zwischen dem ersten Lagerschild 11a und der ersten Stirnseite 5a oder zwischen dem zweiten Lagerschild 11b und der zweiten Stirnseite 5b angeordnet werden kann. Die erste Einheit 12a ist an dem ersten Lagerschild 11a und die zweite Einheit 12b an dem zweiten Lagerschild 11b innerhalb des Gehäuses befestigt. Dabei ist es auch möglich, dass die erste Einheit 12a an der ersten Stirnseite 5a und die zweite Einheit 12b an der zweiten Stirnseite 5b des Stators 3 bzw. Statorkerns 4 befestigt ist. Weiterhin könnten die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b an der Innenfläche 10b des Gehäuses befestigt sein. Genauso wäre jedmögliche Kombination der Befestigung innerhalb des Gehäuses am ersten 11a und zweiten Lagerschild 11b und/oder der ersten 5a und zweiten Stirnseite 5b und/oder der Innenfläche 5b des Gehäuses 2 denkbar, wobei die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b unterschiedlich innerhalb des Gehäuses, entsprechend dem freien Bauraum, befestigt werden können.
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Gemäß der gezeigten Ausführungsform sind die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b als Hohlzylinder ausgebildet, wobei der Hohlraum parallel zur Rotationsachse 8 des Rotors 7 verläuft. Die Rotorwelle 9 erstreckt sich durch den Hohlraum des Hohlzylinders hindurch, wodurch die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b ringförmig um die Rotorwelle angeordnet sind.
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Wie in 1 dargestellt sind eine erste Kühleinrichtung 13a im ersten Lagerschild 11a und zweite Kühleinrichtung 13b im zweiten Lagerschild 11b vorgesehen. In dieser Ausführungsform der Erfindung sind die erste 13a und die zweite Kühleinrichtung 13b in Form von Kühlkanälen im ersten 11a und zweiten Lagerschild 11b ausgebildet. Die Kühleinrichtungen 13a, 13b sind dazu eingerichtet und dafür vorgesehen, die daran angeordnete erste Einheit 12a bzw. die zweite Einheit 12b zu kühlen. Es ist denkbar, dass die erste 13a und die zweite Kühleinrichtung 13b mittels eines gemeinsamen Kühlkreislaufes gekühlt werden oder die beiden Kühleinrichtungen 13a, 13b jeweils einen separaten Kühlkreislauf verfügen. Weiterhin ist es denkbar, dass am ersten Lagerschild 11a und am zweiten Lagerschild 11b außerhalb des Gehäuses Kühlrippen angebracht sind, die eine passive Kühleinrichtung 13a, 13b darstellen. Ebenfalls ist es möglich, dass die erste 13a und die zweite Kühleinrichtung 13b eine Kombination aus Kühlkanälen (aktiver) und Kühlrippen (passiver) Kühlung darstellen. Die Kühleinrichtung 13a, 13b kann je nach benötigter Kühlleistung bzw. Wärmeentwicklung der ersten Einheit 12a und der zweiten Einheit 12b ausgewählt bzw. ausgebildet werden. Es kann für die beiden Einheiten 12a, 12b jeweils eine unterschiedliche Kühleinrichtung 13a, 13b vorgesehen sein.
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Die erste Einheit 12a ist durch einen ersten Konnektor 16a elektrisch mit dem ersten Wickelkopf 6a verbunden. Entsprechend ist die zweite Einheit 12b durch einen zweiten Konnektor 16a mit dem zweiten Wickelkopf 6b elektrisch verbunden. Die Anordnung des ersten 16a und zweiten Konnektors 16b und damit die elektrische Verbindung kann an einer beliebigen Stelle am Innenumfang des ringförmigen Wickelkopfes 6a, 6b erfolgen.
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Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein erster ringförmiger Zwischenkreiskondensator 17a ringförmig um die Rotorwelle 9 bzw. die Rotationsachse 8 und konzentrisch mit dem Stator 3 und dem Rotor 7 angeordnet und im Wesentlichen vollständig von dem ersten Wickelkopf 6a umgeben bzw. im Wesentlichen vollständig innerhalb des im Wesentlichen zylinderförmigen Bereichs, der durch den Wickelkopf 6a gebildet wird, angeordnet. Der ringförmige Zwischenkreiskondensator 17a kann an/auf der ersten Einheit 12a der Leistungselektronik oder dem ersten Lagerschild 11a befestigt sein. Die Anordnung des ersten ringförmigen Zwischenkreiskondensators 17a trifft analog für eine Anordnung eines zweiten ringförmigen Zwischenkreiskondensators 17b und der zweiten Einheit 12b, dem zweiten Wickelkopf 6b und dem zweiten Lagerschild 11b zu. Der erste ringförmige Zwischenkreiskondensator 17a und der zweite ringförmige Zwischenkreiskondensator 17b werden durch die Kühleinrichtung 13a, 13b am/im ersten 11a bzw. zweiten Lagerschild 13b gekühlt.
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Weiterhin ist denkbar, dass eine Wärmeabschirmung zur Verminderung des Wärmeeintrags von den Wickelköpfen 6a, 6b zu den Zwischenkreiskondensatoren 17a, 17b vorgesehen ist. Dabei kann die Wärmeabschirmung als Hitzeschild bzw. Abschirmteil, beispielsweise aus einem Metallen, mit und ohne Isolierlagen, in Kombination mit Kunststoff und/oder Glasfasergewebe, ausgebildet sein, welches jeweils zwischen den Wickelköpfen 6a, 6b und den Zwischenkreiskondensatoren 17a, 17b angeordnet ist.
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In der 2 ist eine Querschnittsansicht mit einem Schnitt entlang der Rotationsachse 8 bzw. der Rotorwelle 9 in axialer Richtung einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Gleiche Bauteile haben dabei die gleichen Bezugszeichen entsprechend 1.
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Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b der Leistungselektronik in axialer Richtung A teilweise ringförmig von dem ersten Wickelkopf 6a bzw. dem zweiten Wickelkopf 6b umgeben.
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Der erste ringförmige Zwischenkreiskondensator 17a und der zweite ringförmige Zwischenkreiskondensator 17b sind gemäß der dargestellten Ausführungsform in axialer Richtung A zwischen dem ersten Wickelkopf 6a bzw. dem zweiten Wickelkopf 6b und dem ersten Lagerschild 11a bzw. dem zweiten Lagerschild 11b angeordnet. Dabei sind der erste ringförmige Zwischenkreiskondensator 17a und der zweite ringförmige Zwischenkreiskondensator 17b am ersten Lagerschild 11a bzw. am zweiten Lagerschild 11b und der Innenfläche 10b des Gehäuses 2 befestigt. Es ist ebenso denkbar, dass der Zwischenkreiskondensator 17a, 17b nur am Lagerschild 11a, 11b oder der Innenfläche 10b des Gehäuses befestigt ist.
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Eine Kühlung des Zwischenkreiskondensators 17a, 17b kann über eine Kühleinrichtung 13a, 13b erfolgen, wobei es ebenso möglich ist, den Zwischenkreiskondensator 17a, 17b alternativ oder kumulativ über eine dritte Kühleinrichtung 18 zu kühlen, welche innerhalb der radialen Gehäusewand angeordnet ist. Die dritte Kühleinrichtung 18 kann beispielsweise in Form von Kühlkanälen in der radialen Gehäusewand 10 oder als Kühlrippen an der Außenfläche 10a der radialen Gehäusewand 10 ausgeführt sein. Bevorzugt verlaufen die Kühlkanäle in radialer Richtung in der radialen Gehäusewand 10 bzw. spiralförmig in axialer Richtung innerhalb der radialen Gehäusewand 10. Es ist denkbar, dass die erste 13a die zweite 13b und die dritte Kühleinrichtung 18 über einen gemeinsamen Kühlkreislauf gespeist werden oder jeweils über einen eigenen Kühlkreislauf verfügen.
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Die obigen Ausführungen zu den übrigen Bauteilen zu der Ausführungsform aus 1 gelten entsprechend für die in 2 gezeigte Ausführungsform.
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Die 3 zeigt einen Schnitt entlang der Rotationsachse 8 bzw. der Rotorwelle 9 des Rotors entlang einer axialen Richtung A einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß dieser in 3 dargestellten Ausführungsform weist die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b im Wesentlichen die Form eines unregelmäßigen/konkaven Achtecks auf, wobei ein in radialer Richtung R schmalerer Teil der Einheiten 12a, 12b jeweils in axialer Richtung A teilweise ringförmig von dem ersten Wickelkopf 6a bzw. dem zweiten Wickelkopf 6b umgeben sind und ein in radialer Richtung R breiterer Teil der Einheiten 12a, 12b jeweils zwischen dem ersten 6a bzw. zweiten Wickelkopf 6b und dem ersten 11a bzw. zweiten Lagerschild 11b angeordnet ist. Somit sind die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b in axialer Richtung A teilweise ringförmig von dem ersten 6a bzw. zweiten Wickelkopf 6b und teilweise im Wesentlichen ringförmig von der radialen Gehäusewand 10 umgeben. Bevorzugt steht der in radialer Richtung R breitere Teil der Einheiten 12a, 12b in Kontakt mit der Innenfläche 10b der radialen Gehäusewand 10. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die erste Einheit 12a und die zweite Einheit 12b jeweils an dem ersten 11a bzw. zweiten Lagerschild 11b und der Innenfläche 10b der radialen Gehäusewand 10 befestigt.
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Diese Anordnung bzw. Form der ersten Einheit 12a und der zweiten Einheit 12b gewährleistet eine Kühlung der ersten Einheit 12a mittels der ersten Kühleinrichtung 13a des ersten Lagerschildes 11a und der dritten Kühleinrichtung 18 der radialen Gehäusewand 10 des Gehäuses 2. Entsprechend ist eine Kühlung der zweiten Einheit 12b mittels der zweiten Kühleinrichtung 13b des zweiten Lagerschildes 11b und der dritten Kühleinrichtung 18 der radialen Gehäusewand 10 möglich.
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Der erste ringförmige Zwischenkreiskondensator 17a und der zweite ringförmige Zwischenkreiskondensator 17b sind hierbei ringförmig und konzentrisch um die Rotorwelle 9 angeordnet.
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Die Ausführungen zu den übrigen Bauteilen zu der Ausführungsform aus 1 gelten in passender Weise ebenso für die in 3 gezeigte Ausführungsform.
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Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Gehäuse
- 3
- Stator
- 4
- Statorkern
- 4a
- radial äußere Oberfläche des Stators
- 4b
- radial innere Oberfläche des Stators
- 5a
- erste Stirnseite
- 5b
- zweite Stirnseite
- 6a
- erster Wickel kopf
- 6b
- zweiter Wickelkopf
- 7
- Rotor
- 8
- Rotationsachse
- 9
- Rotorwelle
- 10
- radiale Gehäusewand
- 10a
- Außenfläche der radialen Gehäusewand
- 10b
- Innenfläche der radialen Gehäusewand
- 11a
- erstes Lagerschild
- 11b
- zweites Lagerschild
- 12a
- erste Einheit der Leistungselektronik
- 12b
- zweite Einheit der Leistungselektronik
- 13a
- erste Kühleinrichtung
- 13b
- zweite Kühleinrichtung
- 14a
- erstes Lager
- 14b
- zweites Lager
- 15
- Rotoradapter
- 16a
- erster Konnektor
- 16b
- zweiter Konnektor
- 17a
- erster ringförmiger Zwischenkreiskondensator
- 17b
- zweiter ringförmiger Zwischenkreiskondensator
- 18
- dritte Kühleinrichtung
- R
- radiale Richtung
- A
- axiale Richtung
