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Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine mit zugeordnetem Pulswechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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In einer gattungsgemäßen Elektromaschine ist deren Statorgehäuse sowie deren PWR-Gehäuse (nachfolgend PWR-Gehäuse) zu einer Gehäuseeinheit zusammengefasst, in der das PWR-Gehäuse am Außenumfang des hohlzylindrischen ausgebildeten Statorgehäuses angebaut ist. Hierzu ragen vom hohlzylindrisch ausgebildeten Statorgehäuse nach radial außen Schraubdome ab, an denen das PWR-Gehäuse angeschraubt ist. Zwischen den Schraubdomen ist das PWR-Gehäuse über einen Freiraum vom Statorgehäuse beabstandet. In den Freiraum hinein kann sich das Statorgehäuse bzw. das PWR-Gehäuse geringfügig verformen, um zum Beispiel aufgrund von Bauteil-/Fertigungstoleranzen entstehende Bauteilspannungen auszugleichen.
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Vor diesem Hintergrund ist die Gehäuseeinheit, bestehend aus Statorgehäuse und PWR-Gehäuse bauraumintensiv aufgebaut sowie mit hohem Bauteilgewicht versehen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Elektromaschine mit zugeordnetem Pulswechselrichter bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik einen reduzierten Bauraum beansprucht und/oder ein reduziertes Bauteilgewicht aufweist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung geht von einer Gehäuseeinheit, bestehend aus einem mit einem Stator bestückten Statorgehäuse und einem mit einem Pulswechselrichter bestückten PWR-Gehäuse, aufgebaut. Das PWR-Gehäuse ist seitlich am Statorgehäuse angebaut. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 wirkt das PWR-Gehäuse in Doppelfunktion zusätzlich auch als eine Statorgehäuseabdeckung, mit der eine Gehäuseöffnung des Statorgehäuses schließbar ist. Auf diese Weise kann ein separates Statorgehäuse-Deckelelement wegfallen, wodurch sich das Bauteilgewicht der Gehäuseeinheit reduziert. Aufgrund des weggefallenen Statorgehäuse-Deckelelements wird zudem ein Bauraum frei. Dieser kann entweder zur Anordnung von Elektromaschinen-Komponenten genutzt werden. Alternativ dazu können die Außenmaße der Gehäuseeinheit um den frei werdenden Bauraum reduziert werden.
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In einer technischen Umsetzung kann die Gehäuseöffnung des Statorgehäuses einen Werkzeugzugang in das Gehäuseinnere des Statorgehäuses bereitstellen. In einem Montagefall oder einem Reparaturfall kann das PWR-Gehäuse vom Statorgehäuse demontiert werden, wodurch die den Werkzeugzugang bildende Gehäuseöffnung freigelegt ist.
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Bevorzugt kann das PWR-Gehäuse zumindest aus zwei Gehäuseteilen aufgebaut sein, etwa einem PWR-Gehäuseunterteil und einem PWR-Gehäusedeckel. Die beiden Gehäuseteile dichten den Pulswechselrichter nach gehäuseaußen hermetisch ab. Im Zusammenbauzustand kann das PWR-Gehäuseunterteil an einem Öffnungsrandbereich der Statorgehäuseöffnung lösbar angebunden sein. In diesem Fall bildet speziell das PWR-Gehäuseunterteil die Statorgehäuseabdeckung. Das PWR-Gehäuseunterteil wirkt nämlich als ein Deckelelement, mit dem die Statorgehäuseöffnung schließbar ist. Im Unterschied dazu kann der PWR-Gehäusedeckel außer Kontakt mit dem Statorgehäuse bleiben und lediglich am PWR-Gehäuseunterteil angebunden sein. In diesem Fall kann beispielhaft der PWR-Gehäusedeckel vom PWR-Gehäuseunterteil gelöst werden, um zum Beispiel eine Reparaturmaßnahme am Pulswechselrichter vorzunehmen. Das Gehäuseunterteil ist dagegen nach wie vor am Statorgehäuse montiert, um seine Funktion als Statorgehäuseabdeckung wahrzunehmen.
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In einer ersten Ausführungsform kann die Gehäuseöffnung am Außenumfang des hohlzylindrisch ausgebildeten Statorgehäuses ausgebildet sein. In diesem Fall ist auch das PWR-Gehäuse am Außenumfang des Statorgehäuses angebaut, damit es die Deckelfunktion für die Statorgehäuseöffnung erfüllen kann. Alternativ dazu kann die Gehäuseöffnung auch an einer axialen Stirnseite des hohlzylindrisch ausgebildeten Statorgehäuses angeordnet sein. In diesem Fall kann das PWR-Gehäuse ebenfalls an der Statorgehäuse-Stirnseite angebaut sein.
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In einer konkreten Ausführungsform kann die Elektromaschine eine nasslaufende Elektromaschine sein, in der Statorgehäuse-Innenraum in einem Kühlmittelkreislauf eingebunden ist, um den Stator aktiv zu kühlen. In diesem Fall kann das PWR-Gehäuseunterteil den als Nassraum ausgebildeten Statorgehäuse-Innenraum von dem als Trockenraum ausgebildeten PWR-Gehäuseinnenraum betriebssicher abtrennen.
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Wie oben erwähnt, besteht ein Kerngedanke der Erfindung darin, den Bauraum der Gehäuseeinheit aus Statorgehäuse und PWR-Gehäuse zu reduzieren. Zur Bauraumreduzierung können das Statorgehäuse und das PWR-Gehäuse zueinander verschachtelt angeordnet sein. In diesem Fall kann das PWR-Gehäuseunterteil einen Wandabschnitt aufweisen, der mit einem bevorzugt axialen Überstand in die an der axialen Statorgehäuse-Stirnseite angeordnete Gehäuseöffnung einragt. Auf diese Weise kann die Axiallänge der Gehäuseeinheit um den axialen Überstand reduziert werden.
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Der Stator wirkt mit einem Rotor zusammen, dessen zumindest ein Rotorwellenende in einer Lageranordnung einer Statorgehäusewand drehgelagert ist. Speziell bei einer nasslaufenden Elektromaschine ist die Lageranordnung nach axial außen von einem deckelförmigen Dichtelement abgedichtet. Bevorzugt kann das Dichtelement unmittelbarer Bestandteil des PWR-Gehäuses sein. Konkret kann das deckelförmige Dichtelement Bestandteil des mit dem Überstand in die Statorgehäuseöffnung einragenden Wandabschnittes des PWR-Gehäuseunterteils sein.
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In der oben erwähnten Lageranordnung kann das Rotorwellenende durch einen Nabenabschnitt der Statorgehäusewand geführt sein, und zwar unter Zwischenordnung eines Drehlagers. Eine vom Nabenabschnitt begrenzte Lageröffnung, in der das Drehlager sitzt, wird vom deckelförmigen Dichtelement nach außen abgedichtet.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 bis 8 jeweils unterschiedliche schematische Darstellungen einer Gehäuseeinheit aus Statorgehäuse und PWR-Gehäuse.
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Für ein einfacheres Verständnis der Erfindung wird zunächst Bezug auf die in der 8 gezeigte Gehäuseeinheit 2, bestehend aus Statorgehäuse 1 und PWR-Gehäuse 3, genommen. Demnach ist an der Statorgehäuse-Innenwand ein Stator 5 ortsfest verpresst, der mit einem radial inneren Rotor 7 zusammenwirkt. Dessen Rotorwelle ist mit seinen beiden Wellenenden in Lageranordnungen 10 axial gegenüberliegender Lagerwände 9, 11 drehgelagert. In jeder der Lageranordnungen 10 ist das Rotorwellenende durch einen Nabenabschnitt der jeweiligen Lagerwand 9, 11 geführt, und zwar unter Zwischenordnung eines Drehlagers.
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Der Stator 5 weist in der 8 ein durch eine Aussparung 12 der rechten Lagerwand 11 geführtes elektrisches Anschlusselement 13 auf. Dieses ist an einer elektrischen Schnittstelle 15 mit einem ein weiteren elektrischen Anschlusselement 17 eines Pulswechselrichter 19 verbunden, der in dem PWR-Gehäuse 3 angeordnet ist. Das weitere Anschlusselement 17 ist durch eine Aussparung 23 im Außenumfang des Statorgehäuses 1 sowie durch eine Aussparung 25 im PWR-Gehäuse 21 geführt. Sämtliche Aussparungen 12, 23, 25 sind über Abdichtungen 27 abgedichtet.
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Wie aus der 8 weiter hervorgeht, ist die linke Lagerwand 9 als ein Lagerschild gestaltet, der den Statorgehäuse-Innenraum axial nach außen abtrennt. Die in der 1 gezeigte rechte Lagerwand 11 ist eine gehäuseinnere Wand, die den Statorgehäuse-Innenraum von einem seitlichen Anschlussraum 29 abtrennt, in dem die elektrische Schnittstelle 15 positioniert ist. Der seitliche Anschlussraum 29 ist axial nach gehäuseaußen von einer rechten stirnseitigen Außenwand 31 begrenzt. In der 8 ist das PWR-Gehäuse 3 aus einem PWR-Gehäuseunterteil 33 und einem PWR-Gehäusedeckel 34 aufgebaut, die das PWR-Gehäuseinnere nach außen hermetisch abdichten. Das PWR-Gehäuseunterteil 33 ist über Schraubstellen 32 an Schraubdomen 35 am Außenumfang des Statorgehäuses 1 verschraubt. Zwischen den Schraubdomen 35 sind das PWR Gehäuse 3 und das Statorgehäuse 1 über einen Freiraum f voneinander beabstandet. In den Freiraum f hinein kann sich sowohl das Statorgehäuse 1 als auch das PWR-Gehäuse 3 störkonturfrei durchbiegen, um beispielhaft Fertigungs-/Bauteiltoleranzen auszugleichen. Durch den anhand der 8 beschriebenen Aufbau ergibt sich insgesamt eine bauraumaufwendige Gehäuseeinheit 2 mit hohem Bauteilgewicht.
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In Abkehr davon wird nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der 1 beschrieben. Dessen Aufbau sowie Funktionsweise ist im Wesentlichen identisch wie anhand der 8 erläutert. Von daher wird auf die Vorbeschreibung verwiesen. Im Unterschied zur 8 ist in der 1 der Außenumfang des Statorgehäuses 1 nicht geschlossen, sondern ist darin eine Gehäuseöffnung 37 ausgebildet. Diese ist mit dem PWR-Gehäuseunterteil 33 des PWR-Gehäuses 3 nach gehäuseaußen verschlossen. Das PWR-Gehäuseunterteil 33 ist daher nicht nur Bestandteil des PWR-Gehäuses 3, sondern wirkt in Doppelfunktion auch als eine Statorgehäuseabdeckung. Hierzu ist das Gehäuseunterteil 33 an einem, die Statorgehäuseöffnung 37 begrenzenden Öffnungsrand über eine umlaufende Füge-/Dichtzone 39 am Außenumfang des Statorgehäuses 1 angebunden. In der 1 weist die umlaufende Füge-/Dichtzone 39 zum Beispiel eine Ringdichtung 41 auf.
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Durch den Entfall von Statorgehäuse-Material im Bereich der Gehäuseöffnung 37 wird Bauteilgewicht eingespart. Zudem kann die Gehäuseöffnung 37 des Statorgehäuses 1 in einem Montagefall einen Werkzeugzugang in das Statorgehäuseinnere bereitstellen, sofern das PWR-Gehäuseunterteil 33 des PWR-Gehäuses 3 vom Statorgehäuse 1 demontiert ist.
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In den 2 und 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Aufbau sowie Funktionsweise im Wesentlichen dem Aufbau sowie der Funktionsweise der in der 1 gezeigten Elektromaschine entspricht. Von daher wird auf die Vorbeschreibung verwiesen. Im Unterschied zur 1 ist in der 2 oder 3 das PWR-Gehäuse 3 nicht am Außenumfang des Statorgehäuses 1 angebaut, sondern vielmehr an der rechten axialen Stirnseite des hohlzylindrisch ausgebildeten Statorgehäuses 1. Entsprechend überdeckt das PWR-Gehäuse 3 eine Gehäuseöffnung 37 an der axialen Statorgehäuse-Stirnseite. Dabei wirkt speziell das PWR-Gehäuseunterteil 33 als ein Deckelelement, das über die Schraubverbindungen 32 axial an einen umlaufenden Randflansch 43 des Statorgehäuses 1 angeflanscht ist. wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel ragt auch in den 2 und 3 das elektrische Anschlusselement 17 durch die Aussparung 25 im Boden des Gehäuseunterteils 33, wobei die Aussparung 25 mittels eines Abdichtung 27 abgedichtet ist.
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Der PWR-Gehäusedeckel 34 ist gemäß den 2 und 3 außer Kontakt mit dem Statorgehäuse 1 und lediglich über nicht dargestellte Schraubverbindungen am PWR-Gehäuseunterteil 33 angebunden. Wie in der 3 gezeigt ist, kann somit der PWR-Gehäusedeckel 34 vom PWR-Gehäuseunterteil 33 gelöst werden, um dem Pulswechselrichter 19 zum Beispiel zu reparieren oder auszutauschen. Das PWR-Gehäuseunterteil 33 bleibt dagegen nach wie vor in dichter Anbindung mit dem Statorgehäuse-Randflansch 43, so dass das Statorgehäuseinnere betriebssicher nach außen abgedichtet bleibt.
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In den 4, 5, 6 wird eine nicht von der Erfindung umfasste Gehäuseeinheit 2 (4) mit zwei erfindungsgemäßen Gehäuseeinheiten 2 (5, 6) verglichen. Demnach ist in der 4 das PWR-Gehäuse 3 über Schraubdome 35 sowie unter Bildung eines Freiraums f an eine axial seitliche Gehäusewand 45 des Statorgehäuses 1 angebaut, wodurch sich eine Gesamt-Axiallänge agesamt der Gehäuseeinheit 2 ergibt. Die seitliche Gehäusewand 45 bildet daher eine stirnseitige Statorgehäuseabdeckung.
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In Abkehr dazu wird in der 5 das PWR-Gehäuseunterteil 33 des PWR-Gehäuses 3 als eine stirnseitige Statorgehäuseabdeckung verwendet, so dass die Statorgehäusewand 45 (4) wegfallen kann. Durch den Wegfall der Statorgehäusewand 45 wird Bauteilgewicht eingespart und wird Bauraum frei. In den frei gewordenen Bauraum ragt ein Wandabschnitt 47 des PWR-Gehäuseunterteils 33 mit einem axialen Überstand Δa ein. Auf diese Weise vergrößert sich in der 5 der verfügbare PWR-Gehäuseinnenraum um den frei werdenden Bauraum.
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Alternativ und/oder zusätzlich dazu kann in der 6 die Axiallänge aSG des Statorgehäuses 1 - im Vergleich zur 4 - um den frei werdenden Bauraum Δb verkürzt werden. Dadurch reduziert sich entsprechend auch die Gesamt-Axiallänge agesamt der Gehäuseeinheit 2 um den frei werdenden Bauraum Δb, wie es in der 6 gezeigt ist.
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In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem analog zu den 2, 5 und 6 das PWR-Gehäuse 3 an eine axiale Stirnseite des Statorgehäuses 3 verbaut ist. Zwischen der Lagerwand 11 und dem PWR-Gehäuseunterteil 33 befindet sich ein Anschlussraum 29, in dem die elektrische Schnittstelle 15, die die beiden Anschlusselemente 13, 17 miteinander verbindet, angeordnet ist. Beispielhaft kann die Elektromaschine als eine nasslaufende Elektromaschine realisiert sein, in der der Statorgehäuse-Innenraum in einem nicht dargestellten Kühlmittelkreislauf eingebunden ist, um den Stator 5 zu kühlen. Für eine öldichte Abdichtung des Anschlussraums 29 gegenüber dem Statorgehäuse-Innenraum wird in der 7 ein Dichtelement 49 bereitgestellt, das die Lageranordnung 10 der Lagerwand 11 in Richtung Anschlussraum 29 abdichtet. In der 7 ist das Dichtelement 49 Bestandteil des mit dem Überstand Δa in die seitliche Statorgehäuseöffnung 37 einragenden Wandabschnittes 47 des PWR-Gehäuseunterteils 33. Zwischen dem Wandabschnitt 47 und der Lageranordnung 10 befindet sich eine umlaufende O-Ringdichtung 51.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Statorgehäuse
- 3
- PWR-Gehäuse
- 5
- Stator
- 7
- Rotor
- 9
- Statorgehäusewand
- 10
- Lageranordnung
- 11
- Statorgehäusewand
- 12
- Aussparung
- 13
- elektrisches Anschlusselement
- 15
- elektrische Schnittstelle
- 17
- elektrisches Anschlusselement
- 19
- Pulswechselrichter
- 23, 25
- Aussparungen
- 27
- Abdichtungen
- 29
- Anschlussraum
- 31
- Außenwand
- 32
- Schraubverbindung
- 33
- Gehäuseunterteil
- 35
- Schraubdome
- 37
- Gehäuseöffnung
- 39
- Füge-/Dichtzone
- 41
- O-Ringdichtung
- 43
- Randflansch
- 45
- axial seitliche Gehäusewand
- 47
- Wandabschnitt
- 49
- Dichtelement
- 51
- O-Ringdichtung
- f
- Freiraum
- Δa
- Überstand
- Δb
- frei werdender Bauraum
- agesamt
- Gesamtlänge der Gehäuseeinheit
- aSG
- Länge des Statorgehäuses
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018204297 A1 [0004]
- DE 102017120040 A1 [0004]
- DE 102012016208 A1 [0004]
- DE 102010048131 A1 [0004]
