DE112012003598T5

DE112012003598T5 - System und Verfahren zur Kühlung eines elektrischen Maschinenmoduls

Info

Publication number: DE112012003598T5
Application number: DE112012003598.4T
Authority: DE
Inventors: James J. Ramey; Bradley D. Chamberlin; Alex S. Creviston
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2014-08-14
Also published as: CN103765736A; WO2013033065A1; US9048710B2; KR20140057560A; US20130049496A1

Abstract

Ausführungsformen der Erfindung stellen ein elektrisches Maschinenmodul bereit. Das Modul kann ein Gehäuse beinhalten, das einen Maschinenhohlraum begrenzen kann. Bei einigen Ausführungsformen kann eine elektrische Maschine im Maschinenhohlraum positioniert sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine eine Statorbaugruppe beinhalten, die gekapselte Statorwicklungskopf-Windungen beinhaltet. Ein Wicklungskopfelement kann im Maschinenhohlraum positioniert sein und kann einen radial inneren Flansch und einen radial äußeren Flansch beinhalten, die sich in axialer Richtung von einem mittleren Gebiet erstrecken. Das Wicklungskopfelement ist so konfiguriert und angeordnet, dass sich die Flansche im Wesentlichen benachbart zu Statorwicklungskopf-Windungen befinden. Das Wicklungskopfelement kann mindestens eine zweite Elementöffnung beinhalten, die durch einen Teil des mittleren Gebietes hindurch angeordnet ist.

Description

HINTERGRUND
Elektrische Maschinen, die häufig in einem Maschinenhohlraum eines Gehäuses enthalten sind, beinhalten generell einen Stator und einen Rotor. Bei einigen elektrischen Maschinen kann der Stator am Gehäuse unter Verwendung unterschiedlicher Verbindungsverfahren fest angebracht sein, um generell die elektrische Maschine im Gehäuse zu befestigen. Während eines Betriebs elektrischer Maschinen kann eine beträchtliche Menge an Wärmeenergie erzeugt werden, und zwar sowohl durch den Stator als auch den Rotor, sowie weitere Bauteile der elektrischen Maschine. Bei einigen elektrischen Maschinen kann die Zunahme an Wärmeenergie zumindest teilweise in Konflikt mit der Verbindung des Gehäuses mit dem Stator kommen.
INHALT
Einige Ausführungsformen der Erfindung stellen ein elektrisches Maschinenmodul bereit. Das Modul kann ein Gehäuse beinhalten, das einen Maschinenhohlraum begrenzen kann. Bei einigen Ausführungsformen kann eine elektrische Maschine im Maschinenhohlraum positioniert sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine eine Statorbaugruppe beinhalten, die Statorwicklungskopf-Windungen beinhalten kann. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Wicklungskopfelement im Maschinenhohlraum positioniert sein und kann einen radial inneren Flansch und einen radial äußeren Flansch beinhalten, die sich axial von einem mittleren Gebiet erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement so konfiguriert und angeordnet sein, dass die Flansche im Wesentlichen benachbart zu zumindest einem Teil der Statorwicklungskopf-Windungen sein können. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement mindestens eine zweite Elementöffnung beinhalten, die durch einen Teil des zentralen Gebietes hindurch angeordnet ist.
Einige Ausführungsformen der Erfindung stellen ein elektrisches Maschinenmodul bereit, das ein Gehäuse beinhaltet. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse zumindest teilweise einen Maschinenhohlraum begrenzen und kann einen Kühlmittelmantel und mindestens eine Kühlmittelöffnung beinhalten, die durch einen Teil des Gehäuses hindurch angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Wicklungskopfelement im Maschinenhohlraum so positioniert sein, dass zumindest ein Teil des Wicklungskopfelementes mit dem Gehäuse in Kontakt sein kann. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement einen radial inneren Flansch und einen radial äußeren Flansch beinhalten, die sich axial von einem mittleren Gebiet erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen kann mindestens eine erste Elementöffnung durch einen Teil des radial äußeren Flansches hindurch angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement im Maschinenhohlraum so positioniert sein, dass die erste Elementöffnung im Wesentlichen unmittelbar benachbart zur Kühlmittelöffnung und in Fluidkommunikation mit dieser angeordnet sein kann.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht eines elektrischen Maschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine partielle Querschnittansicht von Teilen eines elektrischen Maschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 ist eine isometrische Ansicht eines Wicklungskopfelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine partielle Querschnittansicht eines Wicklungskopfelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
5 ist eine isometrische Ansicht einer Statorbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bevor irgendeine detaillierte Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung gegeben wird, sei darauf verwiesen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung von Bauteilen eingeschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den folgenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung kann weitere Ausführungsformen aufweisen und kann auf verschiedene Weisen genutzt oder ausgeführt werden. Auch versteht es sich, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie dem Zweck einer Beschreibung dient und nicht als einschränkend zu betrachten ist. Die Verwendung von „beinhalten”, „aufweisen” oder „haben” und Variationen von diesen soll hier die nachfolgend aufgelisteten Punkte und Äquivalente zu diesen, sowie zusätzliche Punkte umfassen. Wenn nicht anders angegeben oder eingeschränkt, werden die Begriffe „montiert”, „verbunden”, „getragen” und „befestigt” und Variationen von diesen breit gefasst verwendet und umfassen sowohl direktes als auch indirektes Montieren, Verbinden, Tragen und Befestigen. Weiter ist „verbunden” und „befestigt” nicht auf physische oder mechanische Verbindungen oder Befestigungen eingeschränkt.
Die folgende Erläuterung erfolgt, um einem Fachmann zu ermöglichen, Ausführungsformen der Erfindung zu erstellen und zu verwenden. Verschiedene Modifikationen der dargestellten Ausführungsformen gehen für Fachleute klar hervor, und die hier dargelegten gattungsgemäßen Prinzipien können auf weitere Ausführungsformen und Anwendungen angewendet werden, ohne von den Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen. Somit versteht es sich, dass Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen eingeschränkt sind, sondern ihnen der weiteste Schutzumfang zuzugestehen ist, der mit den hier offenbarten Prinzipien und Merkmalen vereinbar ist. Die folgende detaillierte Beschreibung ist mit Bezug auf die Figuren zu lesen, in denen gleiche Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Figuren, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, zeigen ausgewählte Ausführungsformen und sollen den Schutzumfang der Ausführungsformen der Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist es klar, dass die hier gegebenen Beispiele viele zweckdienliche Alternativen haben und innerhalb des Schutzumfangs von Ausführungsformen der Erfindung liegen.
1 zeigt ein elektrisches Maschinenmodul 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Modul 10 kann ein Gehäuse 12 beinhalten, das ein Hülsenelement 14, einen ersten Enddeckel 16 und einen zweiten Enddeckel 18 aufweist. Eine elektrische Maschine 20 kann in einem Maschinenhohlraum 22 zumindest teilweise durch das Hülsenelement 14 und die Enddeckel 16, 18 begrenzt sein. Beispielsweise können das Hülsenelement 14 und die Enddeckel 16, 18 mittels (nicht dargestellten) herkömmlichen Befestigungseinrichtungen oder einem anderen geeigneten Verbindungsverfahren verbunden sein, um zumindest einen Teil der elektrischen Maschine 20 im Maschinenhohlraum 22 zu umschließen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 einen im Wesentlichen zylindrischen Behälter und einen einzelnen Enddeckel (nicht dargestellt) aufweisen. Weiter kann bei einigen Ausführungsformen das Modulgehäuse 12, welches das Hülsenelement 14 und die Enddeckel 16, 18 beinhaltet, Materialien aufweisen, die generell günstige Wärmeleitungseigenschaften aufweisen, beispielsweise, jedoch nicht eingeschränkt auf, Aluminium oder andere Metalle und Materialien, die fähig sind, Betriebstemperaturen der elektrischen Maschine generell zu widerstehen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 unter Verwendung unterschiedlicher Verfahren gefertigt sein, einschließlich Gießen, Formgießen, Extrudieren und weiteren ähnlichen Fertigungsverfahren.
Die elektrische Maschine 20 kann eine Rotorbaugruppe 24, eine Statorbaugruppe 26, die Statorwicklungskopf-Windungen 28 beinhaltet, und Lager 30 beinhalten, und kann um eine Welle 34 herum angeordnet sein. Wie in 1 dargestellt, kann die Statorbaugruppe 26 im Wesentlichen zumindest einen Teil der Rotorbaugruppe 24 umschreiben. Bei einigen Ausführungsformen kann die Rotorbaugruppe 24 auch eine Rotornabe 32 beinhalten oder kann eine „nabenlose” Gestaltung aufweisen (nicht dargestellt).
Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 20 funktionsmäßig mit dem Modulgehäuse 12 verbunden sein. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 20 in das Gehäuse 12 eingepasst sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 20 in das Gehäuse 12 unter Verwendung einer Presspassung, eines Schrumpf-Presssitz oder einer anderen ähnlichen reibungsbasierten Passung in das Gehäuse 12 eingepasst sein, welche die Maschine 20 und das Gehäuse 12 zumindest teilweise funktionsmäßig verbinden kann. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Statorbaugruppe 26 mittels eines Schrumpf-Presssitzes im Modulgehäuse 12 angebracht sein. Weiter kann bei einigen Ausführungsformen die Passung zumindest teilweise die Statorbaugruppe 26 befestigen, und als Ergebnis die elektrische Maschine 20 sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung befestigen. Bei einigen Ausführungsformen kann während eines Betriebs der elektrischen Maschine 20 die Passung zwischen der Statorbaugruppe 26 und dem Modulgehäuse 12 zumindest teilweise dazu dienen, ein Drehmoment von der Statorbaugruppe 26 auf das Modulgehäuse 12 zu übertragen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Passung dazu führen, dass generell ein größeres Drehmoment durch das Modul 10 zurückgehalten werden kann.
Die elektrische Maschine 20 kann ohne Einschränkung ein Elektromotor wie beispielsweise ein Hybrid-Elektromotor, ein elektrischer Generator oder ein Fahrzeug-Wechselstromgenerator sein. Bei einer Ausführungsform kann die elektrische Maschine 20 ein HVH-Elektromotor (High-Voltage-Hairpin-Elektromotor) oder ein Elektromotor mit innenliegendem Permanentmagneten für Hybridfahrzeug-Anwendungen sein.
Bauteile der elektrischen Maschine 20, beispielsweise, jedoch nicht eingeschränkt auf, die Rotorbaugruppe 24, die Statorbaugruppe 26 und die Statorwicklungskopf-Windungen 28 können während eines Betriebs der elektrischen Maschine 20 Wärme erzeugen. Diese Bauteile können gekühlt werden, um die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer der elektrischen Maschine 20 zu vergrößern.
Wie in 1 und 2 dargestellt, kann bei einigen Ausführungsformen das Gehäuse 12 einen Kühlmittelmantel 36 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 eine Innenwand 38 und eine Außenwand 40 beinhalten, und der Kühlmittelmantel 36 kann im Wesentlichen zwischen zumindest einem Teil der Wände 38, 40 positioniert sein. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der Maschinenhohlraum 22 zumindest teilweise durch die Innenwand 38 begrenzt sein (z. B. kann jedes der Elemente des Gehäuses 12 einen Teil der Innenwand 38 aufweisen). Bei einigen Ausführungsformen kann der Kühlmittelmantel 36 im Wesentlichen zumindest einen Teil der elektrischen Maschine 20 umschreiben. Spezieller kann bei einigen Ausführungsformen der Kühlmittelmantel 36 im Wesentlichen zumindest einen Teil eines Außendurchmessers der Statorbaugruppe 26, einschließlich der Statorwicklungskopf-Windungen 28, umschreiben.
Weiter kann bei einigen Ausführungsformen der Kühlmittelmantel 36 ein Kühlmittel enthalten, das ein Getriebefluid, Ethylenglycol, ein Ethylenglycol/Wasser-Gemisch, Wasser, Öl, Motoröl, ein Gas, ein Aerosol oder eine ähnliche Substanz beinhalten kann. Der Kühlmittelmantel 36 kann in Fluidkommunikation mit einer (nicht dargestellten) Kühlmittelquelle stehen, die das Kühlmittel druckbeaufschlagen kann, bevor oder während es im Kühlmittelmantel 36 verteilt wird, so dass das druckbeaufschlagte Kühlmittel durch den Kühlmittelmantel 36 zirkulieren kann.
Auch kann bei einigen Ausführungsformen die Innenwand 38 Kühlmittelöffnungen 42 beinhalten, so dass der Kühlmittelmantel 36 im Fluidkommunikation mit dem Maschinenhohlraum 22 sein kann. Bei einigen Ausführungsformen können die Kühlmittelöffnungen 42 im Wesentlichen benachbart zu den Statorwicklungskopf-Windungen 28 positioniert sein. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen, wenn das druckbeaufschlagte Kühlmittel durch den Kühlmittelmantel 36 zirkuliert, zumindest ein Teil des Kühlmittels aus dem Kühlmittelmantel 36 durch die Kühlmittelöffnungen 42 austreten und in den Maschinenhohlraum 22 eintreten. Auch kann bei einigen Ausführungsformen das Kühlmittel mit den Statorwicklungskopf-Windungen 28 in Kontakt kommen, was zumindest zu einem teilweisen Kühlen führen kann. Nach Austreten aus den Kühlmittelöffnungen 42 kann zumindest ein Teil des Kühlmittels durch den Maschinenhohlraum 22 strömen und mit verschiedenen Elementen von Modul 10 in Kontakt kommen, was bei einigen Ausführungsformen zu zumindest einem teilweisen Kühlen des Moduls 10 führen kann.
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Kühlmittelmantel 36 eine Vielfalt von Konfigurationen beinhalten. Bei einigen Ausführungsformen kann sich zumindest ein Teil des Kühlmittelmantels 36 durch das Hülsenelement 14 auf einer Strecke erstrecken, die im Wesentlichen ähnlich einer Axiallänge der Statorbaugruppe 26 ist. Beispielsweise kann sich eine Axiallänge eines Teils des Kühlmittelmantels 36 zumindest auf die gleiche Strecke erstrecken wie die Axiallänge der Statorbaugruppe 26 einschließlich der Statorwicklungskopf-Windungen 28. Bei einigen Ausführungsformen können sich Teile des Kühlmittelmantels 36 auf einer größeren oder geringeren Axialstrecke erstrecken, wie von Herstellern und/oder Endabnehmern zur Kühlung gewünscht.
Bei einigen Ausführungsformen kann ein Teil des Kühlmittelmantels 36 mindestens einen radial nach innen verlaufenden Fortsatz 44 aufweisen. Beispielsweise kann, wie in 2 dargestellt, ein Gebiet der Innenwand 38 im Wesentlichen in radialer Richtung vertieft sein, so dass der radial nach innen verlaufende Fortsatz 44 des Kühlmittelmantels 38 im Wesentlichen benachbart zu mindestens einer der Statorwicklungskopf-Windungen 28 sein kann. Weiter kann bei einigen Ausführungsformen der Kühlmittelmantel 36 radial nach innen verlaufende Fortsätze 44 aufweisen, die im Wesentlichen durchgehend um zumindest einen Teil eines Außendurchmessers mindestens einer der Statorwicklungskopf-Windungen 28 herum angeordnet ist (d. h. einen durchgehenden radial nach innen verlaufenden Fortsatz um einen Teil von mindestens einer der Statorwicklungskopf-Windungen 28 herum). Bei weiteren Ausführungsformen kann der Kühlmittelmantel 36 im Wesentlichen separate radial nach innen verlaufende Fortsätze 44 aufweisen, die um zumindest einen Teil eines Außendurchmessers 27 herum von mindestens einem Satz von Statorwicklungskopf-Windungen 28 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 mindestens zwei radial nach innen verlaufende Fortsätze 44 aufweisen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das Gehäuse 12 zwei Hälften aufweisen, die miteinander an einem im Wesentlichen axial mittigen Ort verbunden sind, so dass jede Hälfte des Gehäuses 12 einen radial nach innen verlaufenden Fortsatz 33 aufweisen kann und die elektrische Maschine 20 im Wesentlichen zwischen den zwei Hälften positioniert sein kann.
Bei einigen Ausführungsformen können die Statorwicklungskopf-Windungen 28 generell einen geringeren Außendurchmesser verglichen mit der Statorbaugruppe 26 aufweisen, und als Ergebnis kann ein größerer Abstand zwischen den Statorwicklungskopf-Windungen 28 und dem Kühlmittelmantel 36 vorhanden sein. Bei einigen Ausführungsformen können die radial nach innen verlaufenden Fortsätze 44 des Kühlmittelmantels 38 ein Kühlen von Modul 10 verbessern, da ein Teil des Kühlmittels relativ näher an den Statorwicklungskopf-Windungen 28 zirkulieren kann, im Vergleich zu Ausführungsformen, bei denen der radial nach innen verlaufende Fortsatz 44 im Wesentlichen fehlt. Als Ergebnis kann bei einigen Ausführungsformen ein Abstand zwischen dem Kühlmittel und einem Wärmeenergie abgebenden Gebiet (d. h. den Statorwicklungskopf-Windungen) generell minimiert werden, was zu einer generell größeren Wärmeenergieübertragung führen kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann ein Wicklungskopfelement 46 zumindest teilweise die Operationen von Modul 10 verbessern. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 im Wesentlichen kranz- oder ringförmig sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 weitere Formen aufweisen, beispielsweise eine quadratische Form, eine rechteckige Form, die Form eines regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Vielecks, und weitere ähnliche Formen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 eine Form aufweisen, die im Wesentlichen ähnlich der allgemeinen Form der Statorbaugruppe 26, einschließlich der Statorwicklungskopf-Windungen 28 ist. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen, wie in 3 dargestellt, das Wicklungskopfelement 46 eine einzelne Struktur aufweisen, jedoch kann bei weiteren Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 mehrere Untereinheiten aufweisen, die miteinander verbunden sind. Weiter kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 Materialien aufweisen, die generell günstige Wärmeleitungseigenschaften aufweisen, beispielsweise, jedoch nicht eingeschränkt auf, Aluminium oder andere Metalle und Materialien, die fähig sind, generell Betriebstemperaturen der elektrischen Maschine zu widerstehen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 unter Verwendung unterschiedlicher Verfahren hergestellt sein, einschließlich Gießen, Formgießen, Extrudieren und anderen ähnlichen Fertigungsverfahren.
Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Innenwand 38 des Gehäuses 12 das Wicklungskopfelement 46 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 mit der Innenwand 38 von einem der Enddeckel 16, 18 und/oder dem Hülsenelement 14 verbunden sein. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 mittels einer Übergangspassung (z. B. einer Presspassung), durch Schweißen, Hartlöten oder anderweitig mit der Innenwand 38 verbunden sein, unter Verwendung von Verbindungsverfahren wie beispielsweise, jedoch nicht eingeschränkt auf, herkömmliche Befestigungseinrichtungen, Klebstoffe etc.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 mindestens ein Merkmal 45 aufweisen, das konfiguriert und angeordnet ist, um die Interaktion des Wicklungskopfelementes 46 und des Gehäuses 12 zumindest teilweise zu verbessern. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen, wie in 3 dargestellt, die Merkmale 45 Öffnungen, Ausnehmungen, Nuten, Flansche, Fortsätze und beliebige andere ähnliche Strukturen aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können die Merkmale 45 eine Kombination von Konfigurationen aufweisen, die um Teile eines Umfangs des Wicklungskopfelementes 46 positioniert sind. Außerdem können bei einigen Ausführungsformen die Merkmale 45 mehrere Orientierungen aufweisen, beispielsweise eine radiale, axiale, in Umfangsrichtung ausgerichtete Orientierung, oder eine beliebige Kombination aus diesen. Bei einigen Ausführungsformen kann, ungeachtet der Struktur der Merkmale 45, die Innenwand 38 des Gehäuses 12 entsprechende Merkmale (nicht dargestellt) aufweisen, die konfiguriert und angeordnet sind, um mit den Merkmalen 45 des Wicklungskopfelementes 46 in Eingriff zu kommen (z. B. können die Merkmale 45 einen Teil der Merkmale des Gehäuses 12 aufnehmen, und/oder umgekehrt), um unterstützend dabei zu wirken, zumindest dieser zwei Elemente miteinander zu verbinden. Zusätzlich können bei einigen Ausführungsformen die Merkmale 45 im Wesentlichen als Drehmoment-Rückhalteelemente fungieren, um unterstützend beim Rückhalten eines Drehmomentes zu wirken, das während des Betriebs durch die elektrische Maschine 20 erzeugt wird. Außerdem können die Merkmale 45 auch als Ausrichtungselemente fungieren, um unterstützend beim Führen und/oder Ausrichten des Wicklungskopfelementes 46 während eines Verbindens mit dem Gehäuse 12 zu wirken.
Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Wicklungskopfelement 46 im Wesentlichen integral mit dem Gehäuse 12 sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 so gefertigt sein, dass sich das Wicklungskopfelement 46 von der Innenwand 38 des Gehäuses 12 erstreckt. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 als ein Teil des Gehäuses 12 gefertigt sein (z. B. durch Gießen, Formgießen, Extrudieren etc.), so dass die Elemente im Wesentlichen gleichzeitig ausgebildet werden und sie im Wesentlichen ein einziges Element sind. Als zusätzliches Beispiel kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 im Wesentlichen integral mit mindestens einem der Enddeckel 16, 18 und/oder dem Hülsenelement 14 sein, so dass, wenn die Enddeckel 16, 18 und das Hülsenelement 14 miteinander verbunden werden, wie zuvor erwähnt, das Wicklungskopfelement 46 im Wesentlichen benachbart zur Statorbaugruppe 26 positioniert werden kann. Obschon spätere Verweise ein nicht-integrales Wicklungskopfelement 46 nahelegen können, ist in keiner Weise beabsichtigt, dass durch diese Verweise Ausführungsformen ausgeschlossen werden, die ein im Wesentlichen integrales Wicklungskopfelement 46 und Elemente eines im Wesentlichen integralen Wicklungskopfelementes 46 aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 dazu fungieren, eine Kühlung zu verbessern. Beispielsweise kann, wie zuvor erwähnt, bei einigen Ausführungsformen der Kühlmittelmantel 36 mindestens einen sich radial nach innen erstreckenden Fortsatz 44 aufweisen. Jedoch kann ein Installieren der Statorbaugruppe 26 im Hülsenelement 14 kompliziert sein, aufgrund der relativen Abmessungen der Statorbaugruppe 26 und der Statorwicklungskopf-Windungen 28. Beispielsweise kann es bei einigen Ausführungsformen schwierig sein, die Statorbaugruppe 26 mit zwei sich radial nach innen erstreckenden Fortsätzen 44 über beiden axialen Seiten der Statorbaugruppe 26 zu positionieren, da der Außendurchmesser der Wicklungskopf-Windungen 28 geringer als derjenige der Statorbaugruppe 26 ist. Als Ergebnis kann bei einigen Ausführungsformen das Modul 10 einen sich radial nach innen erstreckenden Vorsprung 44 benachbart zu dem einen axialen Ende der Statorbaugruppe 26 aufweisen, und im Wesentlichen benachbart zu dem anderen axialen Ende der Statorbaugruppe 26 das Wicklungskopfelement 46 aufweisen. Demgemäß kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement unterstützend bei einer Kühlung zumindest eines Teils der Statorbaugruppe 26 wirken.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 konfiguriert und angeordnet sein, um einen Teil des Kühlmittels zu lenken. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 mindestens eine erste Elementöffnung 48 aufweisen, die so konfiguriert und angeordnet sein kann, dass sie im Wesentlichen mit mindestens einer der Kühlmittelöffnungen 42 fluchtet, und zwar bei einem Positionieren des Wicklungskopfelementes 46 benachbart zur elektrischen Maschine 20. Außerdem können bei einigen Ausführungsformen die ersten Elementöffnungen 48 eine im Wesentlichen radiale Orientierung aufweisen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 im Wesentlichen die gleiche Anzahl von ersten Elementöffnungen 48 wie Kühlmittelöffnungen 42 aufweisen, so dass, wenn das Wicklungskopfelement 46 im Maschinenhohlraum 22 positioniert ist, zumindest ein Teil des aus den Kühlmittelöffnungen 42 austretenden Kühlmittels auch durch die ersten Elementöffnungen 48 strömen kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 einen radial äußeren Flansch 50, einen radial inneren Flansch 52 und ein mittleres Gebiet 54 aufweisen. Wie in 2 bis 4 dargestellt, kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 so ausgebildet sein, dass sich die Flansche 50, 52 aus dem mittleren Gebiet 54 in axialer Richtung in den Maschinenhohlraum 22 erstrecken (z. B. kann das Wicklungskopfelement 46 eine seitlich orientierte U-Form aufweisen). Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 (z. B. durch Gießen, Formgießen, spanende Bearbeitung etc.) so ausgebildet sein, dass der radial äußere Flansch 50 und der radial innere Flansch 52 sich aus dem mittleren Gebiet 54 in axialer Richtung so erstrecken, dass zumindest ein Teil der Statorwicklungskopf-Windungen 28 im Wicklungskopfelement 46 aufgenommen werden kann. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen, wenn das Wicklungskopfelement 46 im Wesentlichen benachbart zur Statorbaugruppe 26 positioniert ist, der radial äußere Flansch 50 im Wesentlichen benachbart zum Außendurchmesser 27 der Statorwicklungskopf-Windungen 28 sein. Außerdem können bei einigen Ausführungsformen die Statorwicklungskopf-Windungen einen Innendurchmesser 29 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann der radial innere Flansch 52 im Wesentlichen benachbart zum Innendurchmesser 29 der Statorwicklungskopf-Windungen sein, wie in 2 und 5 dargestellt. Demgemäß kann bei einigen Ausführungsformen das mittlere Gebiet 54 im Wesentlichen benachbart zu einem axial ganz außen befindlichen Teil zumindest eines Teils der Statorwicklungskopf-Windungen 28 sein.
Als Ergebnis der im Wesentlichen benachbarten räumlichen Beziehung des Wicklungskopfelementes 46 und der Statorwicklungskopf-Windungen 28 kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 zumindest teilweise eine Wärmeenergieübertragung verbessern. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 ein im Wesentlichen thermisch leitendes Material (z. B. Aluminium) aufweisen, wie zuvor erwähnt. Als Ergebnis kann, da Teile des Wicklungskopfelementes 46 im Wesentlichen benachbart zu Teilen der Wicklungskopf-Windungen 28 und in Wärmekommunikation mit zumindest einem Teil der Wicklungskopf-Windungen sein kann, das Wicklungskopfelement 46 zumindest einen Teil der Wärmeenergie aufnehmen, die durch die Wicklungskopf-Windungen 28 während des Betriebs der elektrischen Maschine 20 erzeugt wird. Außerdem kann, wie zuvor erwähnt, bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 im Wesentlichen benachbart zur Innenwand 38 des Gehäuse 12 angeordnet sein (z. B. mittels einer Reibungspassung, einer Übergangspassung, dadurch dass es im Wesentlichen integral ist etc.), was dazu führen kann, eine Wärmeenergieübertragung von den Wicklungskopf-Windungen 28 auf das Gehäuse 12 zu verbessern, und zwar dadurch, dass das Wicklungskopfelement 46 thermisch leitende Materialien aufweist.
Außerdem können bei einigen Ausführungsformen die Flansche 50, 52 weiter unterstützend bei der Kühlung wirken. Bei einigen Ausführungsformen kann der radial äußere Flansch 50 die ersten Elementöffnungen 48 aufweisen, so dass zumindest ein Teil des Kühlmittels sowohl durch die Kühlmittelöffnungen 42 als auch die ersten Elementöffnungen 48 strömen kann und in Kontakt mit den Statorwicklungskopf-Windungen 28 kommen kann. Bei einigen Ausführungsformen kann, bevor und/oder nachdem zumindest ein Teil des Kühlmittels in Kontakt mit den Statorwicklungskopf-Windungen 28 kommt, das Wicklungskopfelement 46 eine Kühlung dadurch verbessern, dass zumindest ein Teil des Kühlmittels benachbart den Wicklungskopf-Windungen 28 zurückgehalten wird.
Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen, nach einem Eintreten in den Maschinenhohlraum 22, zumindest ein Teil des Kühlmittels mittels Schwerkraft hin zu einem Boden des Moduls 10 strömen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Modul 10 ein (nicht dargestelltes) herkömmliches Ablaufsystem aufweisen, das generell am Boden des Moduls 10 positioniert ist, so dass zumindest ein Teil des Kühlmittels aus dem Maschinenhohlraum 22 in das Ablaufsystem strömen kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Ablaufsystem den Maschinenhohlraum 22 fluidmäßig mit einem herkömmlichen Wärmetauscherelement (z. B. einem Radiator, einem Wärmetauscher etc.) verbinden, das integral mit, benachbart zu und/oder entfernt vom Modul 10 angeordnet sein kann (nicht dargestellt). Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil des Kühlmittels durch das Wärmetauscherelement zirkulieren, indem zumindest ein Teil der Wärmeenergie abgeführt werden kann, und das Kühlmittel kann für einen weiteren Kühlvorgang rezirkuliert werden.
Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen, da die Flansche 50, 52 und das mittlere Gebiet 54 im Wesentlichen benachbart zu Teilen der Wicklungskopf-Windungen 28 sein können, bevor und/oder nachdem das Kühlmittel mit den Wicklungskopf-Windungen 28 in Kontakt kommt, das Kühlmittel mit dem Wicklungskopfelement 46 in Kontakt kommen. Als Ergebnis kann sich das Kühlmittel zumindest teilweise unmittelbar benachbart den Wicklungskopf-Windungen 28 ansammeln und/oder vom Wicklungskopfelement 46 zu den Wicklungskopf-Windungen 28 zurückgeworfen werden. Bei einigen Ausführungsformen kann, ungeachtet dieses Mechanismus, das Wicklungskopfelement 46 ein Kühlen zumindest teilweise verbessern, da es dazu fungieren kann, zumindest ein Teil des Kühlmittels in unmittelbarer Nähe zu den Statorwicklungskopf-Windungen 28 zurückzuhalten, so dass eine größere Menge an Wärmeenergie an das Kühlmittel abgegeben werden kann.
Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 zumindest einen Teil der von den Statorwicklungskopf-Windungen 28 aufgenommenen Wärmeenergie an das Gehäuse 12 ableiten. Beispielsweise kann, da zumindest ein Teil des Kühlmittels zum Wicklungskopfelement 46 strömt, nachdem es mit den Wicklungskopf-Windungen 28 in Kontakt gekommen ist und einen Teil von deren Wärmeenergie aufgenommen hat, das Kühlmittel einen Teil der Wärmeenergie an das Wicklungskopfelement 46 ableiten. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen, da das Wicklungskopfelement 46 integral mit dem Gehäuse 12 sein kann und/oder mit diesem verbunden sein kann, das Wicklungskopfelement 46 zumindest einen Teil der Wärmeenergie an das Gehäuse 12 übertragen, welches die Wärmeenergie mittels Konvektion an die Umgebung übertragen kann. Zusätzlich können bei einigen Ausführungsformen das Gehäuse 12 und/oder das Wicklungskopfelement 46 zumindest einen Teil der Wärmeenergie in das Kühlmittel ableiten, das durch den Kühlmittelmantel 36 zirkuliert.
Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 dazu fungieren, Operationen des Moduls 10 zu verbessern. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 unterschiedliche Geometrien aufweisen, die für Betrieb und Kühlung von Modul 10 relevant sein könnten. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 eine Vielzahl von Ringen, zusätzlichen Öffnungen, Schlitzen, weiteren Geometrien, oder eine Kombination aus diesen, aufweisen, um beim Betrieb unterstützend zu wirken. Als Ergebnis können bei einigen Ausführungsformen einige dieser Geometrien zumindest teilweise dazu dienen, eine Kühlung zu verbessern, und zwar dadurch, dass ein Ansammeln von Kühlmittel im Wesentlichen benachbart zu den Wicklungskopf-Windungen 28 verbessert wird.
Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 einen Fertigungsaufwand verringern. Beispielsweise kann es bei einigen Ausführungsformen erforderlich sein, dass ein Modul 10 einige der zuvor erwähnten Geometrien und/oder Konfigurationen für Operationen aufweist (z. B. zusätzlicher Raum in der Nähe der Wicklungskopf-Windungen 28 oder weitere Raumanforderungen). Bei einigen Ausführungsformen können beim Integrieren dieser Merkmale in das Gehäuse 12 zusätzliche Kosten auftreten, um den Fertigungsprozess des Gehäuses 12 zu verändern. Durch Integrieren einige dieser Merkmale in das Wicklungskopfelement 46 kann eine Fertigung von Gehäuse 12 im Wesentlichen unverändert bleiben, und die Geometrien können im Wesentlichen mit dem Wicklungskopfelement 46 integriert werden. Lediglich beispielhaft kann bei einigen Ausführungsformen, um einige spezielle Merkmale der elektrischen Maschine 20 zu bewerkstelligen (z. B. spezielle Wicklungskopfabschnitte, elektrische Verbindungspunkte etc.), das Wicklungskopfelement 46 zumindest einige der zuvor erwähnten Geometrien aufweisen, um ein Positionieren der elektrischen Maschine 20 im Gehäuse 12 zu ermöglichen. Demgemäß können Kosten und eine Fertigungskomplexität minimiert werden, da eine einfache spanende Bearbeitung beim Gehäuse 12 durchgeführt werden kann, und eine komplexere spanende Bearbeitung beim Wicklungskopfelement 46 durchgeführt werden kann.
Gemäß einiger Ausführungsformen der Erfindung kann das Wicklungskopfelement 46 eine Kühlung bei mehreren Konfigurationen von Modul 10 verbessern. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der Kühlmittelmantel 36 eine im Wesentlichen dicht abgeschlossene Konfiguration aufweisen. Als Ergebnis kann ein Kühlmittel durch den Mantel 36 zirkulieren, tritt jedoch nicht in den Maschinenhohlraum 22 über die Öffnungen 44 ein. Demgemäß kommt das Kühlmittel nicht in Kontakt mit den Statorwicklungskopf-Windungen 28, was bei einigen Ausführungsformen einen Einfluss auf die Kühlung von Modul 10 hat.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 zumindest teilweise unterstützend bei einer Kühlung der Statorwicklungskopf-Windungen 28 wirken, bei denen der Kühlmittelmantel 36 eine im Wesentlichen dicht abgeschlossene Konfiguration aufweist. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 ein im Wesentlichen nichtleitendes Material aufweisen, so dass die Flansche 50, 52 und das mittlere Gebiet 54 im Wesentlichen benachbart zu Teilen der Wicklungskopf-Windungen 28 sein können, wie zuvor erwähnt. Als Ergebnis kann bei einigen Ausführungsformen zumindest ein Teil der durch die Statorwicklungskopf-Windungen 28 erzeugten Wärmeenergie mittels Konvektion zum Wicklungskopfelement 46 übertragen werden. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen, da das Wicklungskopfelement 46 integral mit dem Gehäuse 12 sein kann und/oder mit diesem verbunden sein kann, das Wicklungskopfelement 46 zumindest einen Teil der Wärmeenergie auf das Gehäuse 12 übertragen, welches die Wärmeenergie mittels Konvektion oder dem durch den Kühlmittelmantel 36 zirkulierenden Kühlmittel auf die Umgebung übertragen kann.
Bei einigen Ausführungsformen können die Statorwicklungskopf-Windungen 28 eine im Wesentlichen gekapselte Konfiguration aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Statorwicklungskopf-Windungen umhüllt, ummantelt oder anderweitig in eine Vergussmaterialzusammensetzung eingehüllt sein, die zumindest teilweise eine Wärmeableitung von den Wicklungskopf-Windungen 28 verbessern kann. Bei einigen Ausführungsformen kann die Vergussmaterialzusammensetzung ein Harz aufweisen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Vergussmaterialzusammensetzung ein Epoxidharz aufweisen, jedoch kann die Vergussmaterialzusammensetzung andere Harze aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können Harze eine generell geeignete dielektrische Konstante, Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnung, chemische Beständigkeit zur Verwendung bei Anwendungen bieten, welche die Betriebstemperaturen von Modul 10 und einen Stromfluss einschließen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Vergussmaterialzusammensetzung in im Wesentlichen flüssigen Zustand umgewandelt werden (z. B. durch Erwärmen) und mittels Schwerkraft die Wicklungskopf-Windungen 28 in diese vergossen werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Wicklungskopf-Windungen 28, bevor ein Vergießen mittels Schwerkraft und/oder ein Spritzgießvorgang erfolgt, in eine Gussform eingebracht werden, so dass eine Vergussmaterialzusammensetzung zumindest einen Teil der Statorwicklungskopf-Windungen 28 bedecken kann und eine Gestalt aufweist, die zumindest teilweise der Gestalt der Gussform entspricht. Als Ergebnis können die gekapselten Statorwicklungskopf-Windungen 28 eine Gestalt und/oder Konfiguration aufweisen, die vom Hersteller und/oder dem Endabnehmer gewünscht wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die Vergussmaterialzusammensetzung ein zweiteiliges Gemisch aufweisen, so dass ein erster Teil der Vergussmaterialzusammensetzung und ein zweiter Teil der Vergussmaterialzusammensetzung vermischt werden kann, um die Vergussmaterialzusammensetzung zu aktivieren, bevor diese auf die Wicklungskopf-Windungen 28 aufgebracht wird.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 unterstützend bei einer Kühlung der Statorwicklungskopf-Windungen 28 wirken, die eine gekapselte Konfiguration aufweisen. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen die gekapselten Wicklungskopf-Windungen 28 so konfiguriert und angeordnet sein, dass die Vergussmaterialzusammensetzung nach dem Verfestigen unmittelbar benachbart zu den Flanschen 50, 52 und dem mittleren Gebiet 54, und/oder mit diesen in Kontakt sein kann. Als Ergebnis können bei einigen Ausführungsformen die gekapselten Statorwicklungskopf-Windungen 28 zumindest einen Teil der von den Statorwicklungskopf-Windungen 28 erzeugte Wärmeenergie über das Wicklungskopfelement 46 auf das Gehäuse 12 ableiten. Beispielsweise kann, wie zuvor erwähnt, bei einigen Ausführungsformen die Vergussmaterialzusammensetzung generell wärmeleitend sein, so dass zumindest ein Teil der durch die Statorwicklungskopf-Windungen 28 erzeugten Wärmeenergie im Wesentlichen über die Vergussmaterialzusammensetzung von den Wicklungskopf-Windungen 28 auf das Wicklungskopfelement 46 abgeleitet werden kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 beim Verkapseln zumindest eines Teils der Statorwicklungskopf-Windungen 28 genutzt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 als Gussform fungieren, die zur Ausbildung der gekapselten Statorwicklungskopf-Windungen 28 verwendet werden kann. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Statorbaugruppe 26 bezüglich des Wicklungskopfelementes 46 so positioniert werden, dass zumindest ein Teil der Statorwicklungskopf-Windungen 28 innerhalb des Wicklungskopfelementes 46 positioniert ist (z. B. im Wesentlichen benachbart den Flanschen 50, 52 und dem mittleren Gebiet 54), wie zuvor erwähnt. Bei einigen Ausführungsformen kann, nachdem ein Positionieren des Wicklungskopfelementes 46 bezüglich der Statorwicklungskopf-Windungen 28 erfolgt ist, die Vergussmaterialzusammensetzung mittels Schwerkraft oder durch Spritzgießen zugeführt werden, und zwar um zumindest einen Teil der Statorwicklungskopf-Windungen 28 herum und durch diese hindurch, so dass die Statorwicklungskopf-Windungen 28 durch die Vergussmaterialzusammensetzung im Wesentlichen umhüllt werden kann, wie zuvor erwähnt. Als Ergebnis kann bei einigen Ausführungsformen das Wicklungskopfelement 46 über die Vergussmaterialzusammensetzung in Kontakt mit den Statorwicklungskopf-Windungen 28 sein, so dass nach dem Aushärten der Vergussmaterialzusammensetzung Wärmeenergie ohne Weiteres abgeleitet werden kann. Das Wicklungskopfelement 46 kann vor, während und/oder nach der Montage von Modul 10 beim Kapselungsprozess verwendet werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 mindestens eine zweite Elementöffnung 56 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wicklungskopfelement 46 eine Mehrzahl von zweiten Elementöffnungen 56 aufweisen, wie in 3 dargestellt. Bei einigen Ausführungsformen können die zweiten Elementöffnungen 56 in einer generell axialen Richtung durch einen Teil des mittleren Gebietes 54 hindurch angeordnet sein, wie in 2 bis 4 dargestellt. Bei einigen Ausführungsformen können die zweiten Elementöffnungen 56 zumindest teilweise in Umfangsrichtung bezüglich des Wicklungskopfelementes 46 angeordnet sein. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen die zweiten Elementöffnungen 56 in einem regelmäßigen Umfangsmuster angeordnet sein (z. B. wird eine Öffnung 56 in jeweils 30° Abstand positioniert) oder können in unregelmäßigem Umfangsmuster angeordnet sein. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen die Innenwand 38 des Gehäuses 12 zumindest einige zweite Elementöffnungen 56 aufweisen, so dass zumindest einige Ausführungsformen, die ohne das Wicklungskopfelement 46 arbeiten, wie nachfolgend beschrieben betrieben werden können.
Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der zweiten Elementöffnungen 56 als Dehnungsfugen fungieren. Bei einigen Ausführungsformen, die zumindest einige gekapselte Statorwicklungskopf-Windungen 28 aufweisen, können die zweiten Elementöffnungen 56 dazu fungieren, eine Ausdehnung der Vergussmaterialzusammensetzung zu bewerkstelligen. Beispielsweise kann während des Betriebs der elektrischen Maschine 20 die Erzeugung von Wärmeenergie durch zumindest einen Teil der Statorwicklungskopf-Windungen 28 eine Wärmeausdehnung des Vergussmaterials bewirken. Als Ergebnis der Wärmeausdehnung der Vergussmaterialzusammensetzung kann bei einigen Ausführungsformen eine Kraft und/oder ein Druck auf zumindest einen Teil der Statorwicklungskopf-Windungen 28, die Flansche 50, 52 und/oder das mittlere Gebiet 54 ausgeübt werden, was zu einer Beschädigung des Wicklungskopfelementes 46 und/oder der Statorwicklungskopf-Windungen 28 führen kann.
Bei einigen Ausführungsformen können die zweiten Elementöffnungen 56 dazu fungieren, zumindest teilweise den Druck zu mindern, der mit der Wärmeausdehnung der Vergussmaterialzusammensetzung in Zusammenhang steht. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen, wenn sich die Vergussmaterialzusammensetzung ausdehnt, zumindest ein Teil der Vergussmaterialzusammensetzung in und/oder durch die zweite Elementöffnung 56 expandieren. Als Ergebnis kann bei einigen Ausführungsformen die Kraft und/oder der Druck, die/der auf zumindest einen Teil der Statorwicklungskopf-Windungen 28 ausgeübt wird, zumindest teilweise durch die zweiten Elementöffnungen 56 abgesenkt werden, was zumindest teilweise das Risiko einer Beschädigung der Statorwicklungskopf-Windungen 28 und/oder des Wicklungskopfelementes 56, die von einer Wärmeausdehnung der Vergussmaterialzusammensetzung herrührt, verringert werden kann.
Bei einigen Ausführungsformen können die zweiten Elementöffnungen 56 beim Kapselungsprozess verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen können zumindest einige der zweiten Elementöffnungen 56 als Einlass für die Vergussmaterialzusammensetzung während des Kapselungsprozesses fungieren. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Vergussmaterialzusammensetzung durch Schwerkraft oder Spritzgießen um zumindest einige Teile der Statorwicklungskopf-Windungen 28 zugeführt werden, wie zuvor erwähnt. Bei einigen Ausführungsformen kann jedoch eine weitere Menge an Vergussmaterialzusammensetzung über zumindest einige der zweiten Elementöffnungen 56 um Teile der Statorwicklungskopf-Windungen 28 herum zugeführt werden.
Außerdem können bei einigen Ausführungsformen während des Vergußprozesses zumindest einige der zweiten Elementöffnungen 56 im Wesentlichen dicht abgeschlossen (z. B. „versiegelt”) sein, mit einer (nicht dargestellten) Abdichtungsstruktur, so dass die Vergussmaterialzusammensetzung während des Vergussprozesses nicht durch die zweiten Elementöffnungen 56 fließt. Dann kann, sobald die Vergussmaterialzusammensetzung sich im Wesentlichen verfestigt hat (z. B. ausgehärtet ist), die Abdichtungsstruktur entfernt werden, und die zweiten Elementöffnungen 56 können während des Betriebs von Modul 10 als Dehnungsfugen fungieren, wie zuvor erwähnt. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen am Wicklungskopfelement 46 im Wesentlichen zumindest ein Teil der zweiten Elementöffnungen 56 nicht vorhanden sein, bevor dieses beim Vergussprozess genutzt wird. Nachdem ein Einkapseln der Wicklungskopf-Windungen 28 in die Vergussmaterialzusammensetzung erfolgt ist, kann zumindest ein Teil der zweiten Elementöffnungen 56 ausgebildet werden (z. B. durch spanende Bearbeitung, Bohren, Stanzen, Prägen etc.), für eine Verwendung wie zuvor erwähnt.
Für Fachleute versteht es sich, dass die Erfindung zwar in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen und Beispielen im Vorhergehenden beschrieben wurde, die Erfindung jedoch nicht notwendigerweise darauf eingeschränkt ist, und dass zahlreiche weitere Ausführungsformen, Beispiele, Verwendungen, Modifikationen sowie Abweichungen von den Ausführungsformen, Beispielen und Verwendungen durch die hier angefügten Ansprüche abgedeckt sein sollen. Die Offenbarung von jedem Patent und jeder Publikation, die hier zitiert sind, wird hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in das vorliegende Dokument aufgenommen, so als wenn dies für jedes Patent oder Publikation separat vorgenommen würde. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Elektrisches Maschinenmodul, aufweisend: ein Gehäuse mit einer Innenwand und einer Außenwand, wobei das Gehäuse zumindest teilweise einen Maschinenhohlraum definiert; einen Kühlmittelmantel, der im Wesentlichen zwischen einem Teil der Innenwand und einem Teil der Außenwand positioniert ist; mindestens eine Kühlmittelöffnung, die durch einen Teil der Innenwand hindurch angeordnet ist, wobei die mindestens eine Kühlmittelöffnung konfiguriert und angeordnet ist, um den Kühlmittelmantel und den Maschinenhohlraum über eine Fließverbindung zu verbinden; und ein Wicklungskopfelement, das im Maschinenhohlraum so positioniert ist, dass zumindest ein Teil des Wicklungskopfelementes mit der Innenwand in Kontakt ist, wobei das Wicklungskopfelement aufweist einen radial inneren Flansch und einen radial äußeren Flansch, die sich in axialer Richtung von einem mittleren Gebiet erstrecken, und mindestens eine erste Elementöffnung, die durch einen Teil des radial äußeren Flansches hindurch angeordnet ist, wobei das Wicklungskopfelement im Maschinenhohlraum so positioniert ist, dass die mindestens eine erste Elementöffnung unmittelbar benachbart zu der mindestens einen Kühlmittelöffnung und in Fluidkommunikation mit dieser angeordnet ist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 1, wobei das Wicklungskopfelement Gussmetall aufweist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 1, das weiter eine elektrische Maschine aufweist, die zumindest teilweise im Gehäuse eingeschlossen ist, wobei die elektrische Maschine eine Statorbaugruppe beinhaltet, und die Statorbaugruppe Statorwicklungskopf-Windungen aufweist und so positioniert ist, dass der Kühlmittelmantel im Wesentlichen einen Teil der Statorbaugruppe umschreibt.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 3, wobei das Wicklungskopfelement im Maschinenhohlraum so positioniert ist, dass der radial äußere Flansch im Wesentlichen benachbart zu einem Außendurchmesser der Statorwicklungskopf-Windungen angeordnet ist und der radial innere Flansch im Wesentlichen benachbart zu einem Innendurchmesser der Statorwicklungskopf-Windungen angeordnet ist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 3, wobei eine Axiallänge eines Teils des Kühlmittelmantels zumindest gleich groß wie eine Axiallänge der Statorbaugruppe ist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 3, wobei der Kühlmittelmantel mindestens einen radial nach innen verlaufenden Fortsatz aufweist, der sich benachbart zu mindestens einer der Statorwicklungskopf-Windungen befindet.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 3, wobei zumindest ein Teil der Statorwicklungskopf-Windungen in eine Vergussmaterialzusammensetzung gekapselt ist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 1, wobei das Wicklungskopfelement mindestens ein Merkmal aufweist, das aus einer Liste gewählt ist, die aus einer Öffnung, einer Vertiefung, einer Nut, einem Flansch und einem Fortsatz besteht.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 1, wobei die Innenwand eine Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen aufweist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 9, wobei das Wicklungskopfelement eine Mehrzahl von ersten Elementöffnungen aufweist, wobei das Wicklungskopfelement so positioniert ist, dass zumindest ein Teil der Mehrzahl von ersten Elementöffnungen unmittelbar benachbart zu zumindest einem Teil der Kühlmittelöffnungen angeordnet und in Fluidkommunikation mit diesen ist.
Elektrisches Maschinenmodul, aufweisend: ein Gehäuse, das zumindest teilweise einen Maschinenhohlraum begrenzt; eine elektrische Maschine, die im Maschinenhohlraum positioniert ist und zumindest teilweise in das Gehäuse eingeschlossen ist, wobei die elektrische Maschine eine Statorbaugruppe beinhaltet, die zumindest einen Teil einer Rotorbaugruppe umschreibt, wobei die Statorbaugruppe Statorwicklungskopf-Windungen beinhaltet, und die Statorwicklungskopf-Windungen zumindest teilweise in einer Vergussmaterialzusammensetzung gekapselt sind; und ein Wicklungskopfelement, das im Maschinenhohlraum positioniert ist und sich in Wärmekommunikation mit zumindest einem Teil der Statorwicklungskopf-Windungen und einem Teil des Gehäuses befindet, wobei das Wicklungskopfelement einen radial inneren Flansch und einen radial äußeren Flansch beinhaltet, die sich in axialer Richtung von einem mittleren Gebiet erstrecken, wobei das Wicklungskopfelement so konfiguriert und angeordnet ist, dass der radial äußere Flansch im Wesentlichen benachbart zu einem Außendurchmesser der Statorwicklungskopf-Windungen angeordnet ist und der radial innere Flansch im Wesentlichen benachbart zu einem inneren Durchmesser der Statorwicklungskopf-Windungen angeordnet ist, und wobei mindestens eine zweite Elementöffnung durch einen Teil des mittleren Gebietes hindurch angeordnet ist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 11, wobei das Gehäuse eine Innenwand, eine Außenwand und einen Kühlmittelmantel aufweist, der zwischen einem Teil der Innenwand und einem Teil der Außenwand positioniert ist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 12, wobei die elektrische Maschine im Gehäuse so positioniert ist, dass der Kühlmittelmantel zumindest einen Teil der Statorbaugruppe im Wesentlichen umschreibt.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 13, wobei der Kühlmittelmantel mindestens einen sich radial nach innen erstreckenden Fortsatz aufweist, der sich benachbart zu mindestens einigen der Statorwicklungskopf-Windungen befindet.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 11, wobei das Wicklungskopfelement eine Mehrzahl von zweiten Elementöffnungen aufweist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 15, wobei die Mehrzahl von zweiten Elementöffnungen konfiguriert und angeordnet sind, um während des Betriebs der elektrischen Maschine einen Teil des Vergussmaterials aufzunehmen.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 15, wobei die Mehrzahl von zweiten Elementöffnungen in Umfangsrichtung um das Wicklungskopfelement herum angeordnet sind.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 11, wobei das Wicklungskopfelement im Wesentlichen integral mit zumindest einem Teil des Gehäuses ist.
Verfahren zur Fertigung eines elektrischen Maschinenmoduls, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Gehäuses, wobei das Gehäuse ein Hülsenelement und mindestens einen Enddeckel aufweist, wobei das Hülsenelement einen Kühlmittelmantel aufweist; Bereitstellen einer elektrischen Maschine, die eine Statorbaugruppe aufweist, wobei die Statorbaugruppe Statorwicklungskopf-Windungen beinhaltet; Installieren zumindest eines Teils der elektrischen Maschine im Gehäuse, so dass die Statorbaugruppe zumindest teilweise durch den Kühlmittelmantel umschrieben wird; Bereitstellen eines Wicklungskopfelementes, das einen radial äußeren Flansch, einen radial inneren Flansch und ein mittleres Gebiet aufweist; Anordnen mindestens einer zweiten Elementöffnung durch einen Teil des mittleren Gebietes hindurch; Positionieren des Wicklungskopfelementes im Gehäuse, so dass sich der radial äußere Flansch im Wesentlichen benachbart zu einem Außendurchmesser zumindest eines Teils der Statorwicklungskopf-Windungen befindet und der radial innere Flansch sich im Wesentlichen benachbart zu einem Innendurchmesser zumindest eines Teils der Statorwicklungskopf-Windungen befindet.
Verfahren nach Anspruch 19, das weiter umfasst, dass zumindest ein Teil der Statorwicklungskopf-Windungen in einer Vergussmaterialzusammensetzung gekapselt wird.