WO2017021053A1 - Elektrischer verdichter - Google Patents

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WO2017021053A1
WO2017021053A1 PCT/EP2016/064338 EP2016064338W WO2017021053A1 WO 2017021053 A1 WO2017021053 A1 WO 2017021053A1 EP 2016064338 W EP2016064338 W EP 2016064338W WO 2017021053 A1 WO2017021053 A1 WO 2017021053A1
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WO
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electric motor
compressor
control unit
electric
connecting element
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PCT/EP2016/064338
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Bäck
Michael Hofer
Nicolai Schmölzer
Gerd Schlager
Original Assignee
Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
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Publication date
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B33/40—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of non-positive-displacement type
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    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
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    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the present invention relates to an electric compressor for compressing a gas, in particular for a motor vehicle.
  • compressors in the automotive sector are to be mentioned in particular in connection with the desire to increase the output and efficiency of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the exhaust gas turbocharger serves to ensure a sufficient amount of combustion air in the cylinders of the internal combustion engine by compressing ambient air or an ambient air / exhaust gas mixture and thus supplying the cylinders with excess pressure with this combustion air ,
  • the exhaust gas turbocharger consists of an exhaust gas turbine and a compressor wheel, wherein the exhaust gas turbine and the compressor wheel are arranged on a common shaft.
  • the exhaust gas turbine converts the heat and the kinetic energy of the exhaust gas of the internal combustion engine into rotational energy. This rotational energy is transmitted to the compressor wheel via the common shaft.
  • the compressor wheel By means of the compressor wheel, ambient air or a mixture of ambient air and exhaust gas is sucked in and compressed Working pressure can be achieved at the same temperature in the cylinder of the internal combustion engine.
  • turbo lag As long as sufficient exhaust gas flows from the internal combustion engine and drives the exhaust gas turbine, the speed is sufficient to cause an overpressure on the intake side. For example, when accelerating the motor vehicle, however, the turbo may (also) be delayed at higher speeds - this condition is commonly known as a "turbo lag.” There are many approaches to counteract the "emergence" of a turbo lag. For example, the inertia of the exhaust gas turbine can be reduced by this is dimensioned smaller. Although this reduces the efficiency of the turbo, the exhaust gas turbine can already be driven by a weak exhaust gas flow.
  • an electric compressor for compressing a gas in particular for a motor vehicle, comprising a compressor wheel, an electric motor, wherein the compressor wheel can be driven by means of the electric motor, and a control unit, wherein the control unit electrically via at least one connecting element with the electric motor is connected so that the electric motor is controllable by means of the control unit, wherein the connecting element between the electric motor and the control unit is arranged, and wherein the connecting element is at least partially surrounded by a sheath and integrally with the shroud forms a first housing part of the electric compressor is.
  • the electric compressor according to the invention has a compressor wheel, an electric motor and a control unit.
  • the compressor wheel and the electric motor are arranged coaxially on a common shaft, wherein the shaft is formed along a central axis of rotation of the electric motor.
  • the electric motor is used to drive the compressor wheel.
  • the electric motor has a rotor and a stator with at least one stator winding.
  • the rotor of the electric motor is preferably arranged rotationally fixed on the shaft and / or formed integrally with the shaft.
  • the compressor wheel is preferably arranged rotationally fixed on the shaft and / or formed integrally with the shaft.
  • the rotational energy generated by the electric motor is transmitted to the compressor wheel via the common shaft.
  • the control unit represents the power and signal electronics for the electric motor and preferably comprises a printed circuit board on which different electronic components, such as capacitors, semiconductor chips, etc., can be arranged.
  • control unit can also be understood to be a plug, in which case the circuit board, including the different electronic components arranged thereon, is designed as an external control module.
  • the electric motor is controlled according to the invention via the control unit, wherein the electrical connection between the electric motor and the control unit via at least one connecting element.
  • the connecting element thus represents the electrical interface between the electric motor and the control unit.
  • the connecting element is arranged according to the invention between the electric motor and the control unit.
  • the connecting element is at least partially surrounded by a sheath, wherein the sheath also forms a first housing part of the electric compressor.
  • the inventive design of the electric compressor on the one hand, an extremely space-saving arrangement can be achieved, on the other hand, a simple and in particular secure electrical connection between the electric motor and the control unit of the electric motor is accomplished. Due to the one-piece design of the sheath of the connecting element and the first housing part also a component-optimized design of the electric compressor according to the invention is effected.
  • At least the electric motor, the connecting element and the control unit are arranged in the first housing part of the electric compressor.
  • a modular construction of the electric compressor according to the invention can be achieved in a simple manner.
  • a plurality of connecting elements are arranged axially one behind the other or spirally next to one another between the electric motor and the control unit.
  • axial in this context describes a direction along the axis of rotation of the electric motor or of a rotor of the electric motor.
  • radial describes a direction normal to the axis of rotation of the electric motor or the rotor of the electric motor.
  • the connecting elements are arranged in and / or around each other and thus are in a plane normal to the central axis of rotation of the electric motor.
  • the connecting elements spirally next to each other a very compact design of the electrical interface electric motor / control unit is possible.
  • the connecting element consists at least partially of an electrically conductive material, such as a metallic material or a suitable composite material, such as a plastic-carbon black composite material.
  • the sheath and thus the first housing part preferably consists of an electrically non-conductive material, such as a polymeric material such as plastic, or a ceramic material.
  • the embodiment of the sheath and thus of the first housing part made of an electrically non-conductive material causes an insulation between the connecting elements and thus leads to a safe and robust construction.
  • the sheath and thus the first housing part by means of a casting process are made in one piece.
  • the sheath can also be designed as a single insert.
  • the connecting element is substantially in the form of an open or closed ring and also flat.
  • connecting element By means of the flat configuration of the connecting element, a particularly compact construction of the electrical interface control unit and electric motor can be represented.
  • a C-shaped design of the connecting element is advantageous.
  • the electrical interface of the electric motor to the control unit is also weight-optimized.
  • the connecting element has along its outer contour and / or inner contour at least one receiving contour for receiving at least one contacting element.
  • the contacting element is also preferably at least partially made of an electrically conductive material.
  • the contacting element is firmly connected to the connecting element in an electrically conductive manner and / or is formed integrally therewith.
  • An electrically conductive connection between the contacting element and the connecting element can be effected, for example, by welding, soldering, crimping, clamping and / or by bonding with a suitable adhesive.
  • the contacting element with the stator winding of the electric motor and / or the circuit board of the control unit is electrically conductively connected.
  • the contacting element is preferably also at least partially surrounded by the sheath, so that a necessary insulation to other electrically conductive components.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section of an exemplary electrical
  • Compressor without sheathing and / or first housing part.
  • Fig. 2 shows a longitudinal section of an exemplary electrical
  • Compressor with casing and / or first housing part.
  • FIG. 3 shows a detailed view of exemplary connecting elements.
  • FIG. 4 shows a further detailed view of exemplary connecting elements.
  • FIG. 5 shows a detailed view of exemplary connecting elements from FIG. 4 in a longitudinal section.
  • FIG. 6 shows a partial perspective view of the exemplary electric compressor.
  • 7 shows a further perspective partial view of the exemplary electric compressor.
  • FIG. 8 shows a side view of the partial view of the exemplary electric compressor shown in FIG. 5.
  • 9 shows a plan view of the exemplary connecting elements and a printed circuit board of a control unit.
  • Fig. 10 shows a perspective view of the exemplary electric see compressor.
  • Fig. 1 1 shows a further perspective view of the exemplary electric compressor.
  • the exemplary electric compressor 1 has a compressor wheel 2, an electric motor 3 and a control unit 4 (FIG. 1, FIG. 2).
  • the compressor wheel 2 and the electric motor 3 are arranged coaxially on a common shaft 14.
  • the shaft 14 thus extends along a central axis of rotation 30 of the electric motor 3.
  • the control unit 4 is disposed coaxially with the electric motor 3 with respect to the central rotation axis 30.
  • the electric motor 3 is arranged between the compressor wheel 2 and the control unit 4.
  • the electric motor 3 has a stator 21 and a rotor 22 and is designed as an internal rotor electric motor, that is, the stator 21 and the rotor 22 are in the way Essentially annular and coaxially arranged, wherein the stator 21 surrounds the rotor 22.
  • the rotor 22 of the electric motor 3 is rotatably mounted on the shaft 14.
  • the rotor 22 of the electric motor comprises a plurality of permanent magnets.
  • the shaft 14 is offset by means of the electric motor 3 in a (rotary) movement about a central axis of rotation 30 of the electric motor 3, whereby the compressor wheel 2 is driven in such a way.
  • the compressor wheel 2 is arranged in a compressor wheel housing 18.
  • the Ver Whyrradgephase 18 is formed by the merger of a second housing part 16 and a third housing part 17.
  • Both the second housing part 16, as well as the third housing part 17 are preferably made of a light metal, such as aluminum, a plastic and / or a composite material.
  • the compressor wheel housing 18 is sealed on the side facing the electric motor 3 by means of a gas-lubricated mechanical seal 31.
  • the third housing part 17 has a gas inlet 19 and a gas outlet 20 (Fig. 8, Fig. 1 1), wherein in an operation of the electric compressor 1 by means of the compressor wheel 2 via the gas inlet 19 gas is sucked into the Verêtrradgephaseuse 18.
  • the gas is preferably to be seen as ambient air or an ambient air / exhaust gas mixture.
  • the gas is compressed by means of the compressor wheel 2 and discharged via the gas outlet 20 in turn from the Verêtrradgephaseuse 18.
  • the compressor 2 is rotatably mounted on the shaft 14.
  • the stator 21 of the electric motor comprises a plurality of stator windings 12 - in the present embodiment, the stator has a total of six stator windings 12 (FIG. 6).
  • Each of these stator windings 12 has two contact ends 23 each (FIG. 6).
  • the control unit 4 of the electric compressor 1 comprises a printed circuit board 13 on which different electronic components 24, such as capacitors, are arranged (FIG. 9).
  • the electric motor 3 can be controlled via the control unit 4, wherein the electrical connection between the electric motor 3 and the control unit 4 in the present embodiment takes place via three connecting elements 5.
  • the three connecting elements 5 have the same shape and are arranged along the central axis of rotation 30 of the electric motor 3, more precisely the rotor 22 of the electric motor 3, axially one behind the other, ie axially offset between the electric motor 3 and the control unit 4 (FIG. 3, FIG 7).
  • the electric motor 3, the connecting elements 5 and the control unit 4 are arranged coaxially with respect to the central axis of rotation of the electric motor.
  • FIG. 3 shows a perspective partial view of the exemplary electric compressor 1, in which, in particular, the arrangement of the connecting elements 5 arranged axially one behind the other is shown inside the electric compressor 1.
  • the three connecting elements 5 in Fig. 3 are flat and substantially C-shaped and each have along their outer contour 8 two receiving contours 10 and along its inner contour 9 four receiving contours 10 for receiving a total of six contacting elements 1 1.
  • the three connecting elements 5 are offset with respect to their circumference (Fig. 3, Fig. 7).
  • the receiving contours 10 are designed differently and divide into first receiving contours 25 and second receiving contours 26.
  • the contacting elements 1 1 are the embodiments of the respective receiving contour 25, 26 adapted and divided into first contacting elements 27 and second contacting elements 28.
  • First receiving contours 25 are used to receive first contacting elements 27, wherein the first contacting elements 27 are sleeve-shaped. In the region of a first receiving contour 25, in each case a first contacting element 27 is firmly, electrically conductively connected to the connecting element 5. Second receiving contours 26 serve to receive second contacting elements 28, wherein the second contacting elements 28 are sleeve-shaped.
  • a second contacting element 28 is fixed, electrically conductively connected to the connecting element 5.
  • Two first contacting elements 27 each electrically connect one of the two contact ends 23 of a stator winding 12 of the electric motor 3 with the connecting element 5.
  • the respective connecting element 5 is electrically connected to the printed circuit board 13 of the control unit 4.
  • the second contacting elements 28 have in their middle a connection point 29, such as a bore or a thread, via which the respective second contacting element 28 can be electrically connected to the printed circuit board 13.
  • the connecting element 5 is at least partially surrounded by a sheath 6, wherein the sheath 6 forms a first housing part 7 of the electric compressor 1 (FIG. 2).
  • FIG. 4 shows a further possible arrangement of the three connecting elements 5 in this case.
  • the connecting elements 5 are in this case arranged spirally next to each other. In this case, the connecting elements are not formed the same shape.
  • the three connecting elements 5 in Fig. 4 are flat and substantially C-shaped.
  • the three connecting elements 5 are arranged offset with respect to their circumference.
  • the connecting elements 5 are here arranged in and / or around each other and are thus all interleaved in a plane normal to the central axis of rotation 30 of the electric motor 3 (Fig. 4, Fig. 5).
  • the first housing part 7, the second housing part 16 and the third housing part 17 are designed to be connectable to one another and in their entirety form a housing for the electric compressor 1 (FIG. 11).
  • the electric motor 3 In the first housing part 7 of the electric compressor 1, the electric motor 3, the three connecting elements 5 and at least partially the control unit 4 are arranged (FIG. 2).
  • the contacting elements 1 1, 27, 28 are also at least partially surrounded by the sheath 6.
  • the sheath 6 and thus the first housing part 7 are produced in one piece by means of a casting process, such as an injection molding process. LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • stator winding (of the electric motor)
  • Circuit board (the control unit)

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Abstract

Elektrischer Verdichter (1) zum Verdichten eines Gases, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Verdichterrad (2), einen Elektromotor (3), wobei das Verdichterrad (2) vermittels des Elektromotors (3) antreibbar ist, und eine Steuereinheit (4), wobei die Steuereinheit (4) über zumindest ein Verbindungselement (5) mit dem Elektromotor (3) elektrisch verbunden ist, so dass der Elektromotor (3) vermittels der Steuereinheit (4) steuerbar ist, wobei das Verbindungselement (5) zwischen dem Elektromotor (3) und der Steuereinheit (4) angeordnet ist, wobei das Verbindungselement (5) zumindest teilweise von einer Ummantelung (6) umgeben ist und einstückig mit der Ummantelung (6) ein erstes Gehäuseteil (7) des elektrischen Verdichters (1) ausbildet ist.

Description

Elektrischer Verdichter
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Verdichter zum Verdichten eines Gases, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Im Allgemeinen sind Verdichter im Automobilbereich insbesondere im Zusammenhang mit dem Wunsch einer Leistungs- und Effizienzsteigerung einer Ver- brennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zu nennen.
Eine der wohl bekanntesten Ausführungsformen eines Verdichters stellt der Abgasturbolader dar. Der Abgasturbolader dient dazu in den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine eine ausreichende Menge an Verbrennungsluft zu gewähr- leisten, indem er Umgebungsluft oder ein Umgebungsluft/Abgasgemisch verdichtet und die Zylinder somit mit Überdruck mit dieser Verbrennungsluft versorgt.
In der Regel besteht der Abgasturbolader aus einer Abgasturbine und einem Verdichterrad, wobei die Abgasturbine und das Verdichterrad auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Die Abgasturbine wandelt die Wärme und die kinetische Energie des Abgases der Verbrennungskraftmaschine in Rotationsenergie um. Diese Rotationsenergie wird über die gemeinsame Welle auf das Verdichterrad übertragen. Über das Verdichterrad wird Umgebungsluft oder ein Gemisch aus Umgebungsluft und Abgas angesaugt und verdichtet.. Daraus kann ein höherer Arbeitsdruck bei gleicher Temperatur im Zylinder der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden.
Solange seitens der Verbrennungskraftmaschine genügend Abgas anströmt und die Abgasturbine antreibt, reicht die Drehzahl aus um auf der Ansaugseite einen Überdruck zu bewirken. Beispielsweise beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs kann der Turbo jedoch (auch) bei höheren Drehzahlen verzögert reagieren - dieser Zustand ist gemeinhin als„Turboloch" bekannt. Es gibt vielerlei Ansätze um dem„Entstehen" eines Turbolochs entgegen zu wirken. Beispielsweise kann die Trägheit der Abgasturbine reduziert werden indem diese kleiner dimensioniert wird. Dadurch wird zwar der Wirkungsgrad des Turbos geringer, doch dafür kann die Abgasturbine bereits durch einen schwachen Abgasstrom angetrieben werden.
Ein weiterer Ansatz stellt in diesem Zusammenhang beispielsweise der Einsatz eines (zusätzlichen) elektrisch angetriebenen Verdichters (elektrischer Verdichter) dar, der unabhängig vom Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine arbeitet. Die Veröffentlichung WO 99/10654 beschreibt beispielsweise einen elektrisch angetriebenen Verdichter, wobei der Verdichter und der elektrische Antriebsmotor koaxial zueinander auf einer Welle angeordnet sind und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Insbesondere steht dabei die Aufgabe im Vordergrund einen möglichst kleinbauenden Verdichter anzugeben.
Um elektrisch angetriebene Verdichter möglichst klein gestalten zu können, ist insbesondere die Auslegung des elektrischen Antriebsmotors und dessen Kontak- tierung zu einer Steuereinheit essentiell. Hierzu gibt es nach dem Stand der Technik ebenso vielerlei Ansätze. So beschreibt beispielsweise das Dokument DE 198 42 170 A1 einen Elektromotor und die Kontaktierung von Motorwicklungen. Dabei kommt ein Kontaktträger zum Einsatz, der eine Grundplatte aufweist, die Vorrichtungen zur Kontaktierung der Statorwicklungen des Elektromotors trägt, wobei die Enden der Statorwicklun- gen zur Außenseite der Grundplatte geführt werden und über Leiterbleche miteinander elektrisch verbunden werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen alternativen elektrischen Verdichter der genannten Art anzugeben, der durch seine konstruktive Ausgestaltung platzsparend aufgebaut ist und insbesondere eine einfache, bauteiloptimierte und sichere elektrische Verbindung zwischen einem Elektromotor und einer Steuereinheit des Elektromotors erlaubt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen elektrischen Verdichter zum Verdichten eines Gases, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Verdichterrad, einen Elektromotor, wobei das Verdichterrad vermittels des Elektromotors antreibbar ist, und eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit über zumindest ein Verbindungselement mit dem Elektromotor elektrisch verbunden ist, so dass der Elektromotor vermittels der Steuereinheit steuerbar ist, wobei das Verbindungselement zwischen dem Elektromotor und der Steuereinheit angeordnet ist, und wobei das Verbindungselement zumindest teilweise von einer Ummantelung um- geben ist und einstückig mit der Ummantelung ein erstes Gehäuseteil des elektrischen Verdichters ausbildet ist.
Der erfindungsgemäße elektrische Verdichter weist ein Verdichterrad, einen Elektromotor und eine Steuereinheit auf. Das Verdichterrad und der Elektromotor sind koaxial auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, wobei die Welle entlang einer zentralen Drehachse des Elektromotors ausgebildet ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung dient der Elektromotor dem Antrieb des Verdichterrads.
Der Elektromotor weist einen Rotor und einen Stator mit zumindest einer Statorwicklung auf.
Der Rotor des Elektromotors ist bevorzugt drehfest auf der Welle angeordnet und/oder einteilig mit der Welle ausgebildet.
Das Verdichterrad ist vorzugsweise drehfest auf der Welle angeordnet und/oder einteilig mit der Welle ausgebildet.
Über die gemeinsame Welle wird die vom Elektromotor generierte Rotationsenergie auf das Verdichterrad übertragen. Die Steuereinheit stellt die Leistungs- und Signalelektronik für den Elektromotor dar und umfasst bevorzugt eine Leiterplatte auf der unterschiedliche elektronische Baueinheiten, wie beispielsweise Kondensatoren, Halbleiterchips etc., anordenbar sind.
Unter der Steuereinheit kann jedoch auch ein Stecker verstanden werden, wobei in diesem Fall die Leiterplatte inklusive der darauf angeordneten unterschiedlichen elektronischen Baueinheiten als externes Steuermodul ausgeführt sind. Der Elektromotor ist der Erfindung entsprechend über die Steuereinheit steuerbar, wobei die elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor und der Steuereinheit über zumindest ein Verbindungselement erfolgt. Das Verbindungselement stellt somit die elektrische Schnittstelle zwischen dem Elektromotor und der Steuereinheit dar.
Das Verbindungselement ist dabei erfindungsgemäß zwischen dem Elektromotor und der Steuereinheit angeordnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verbindungselement zumindest teilweise von einer Ummantelung umgeben, wobei die Ummantelung zudem ein erstes Gehäuseteil des elektrischen Verdichters ausbildet. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des elektrischen Verdichters kann zum einen eine äußerst platzsparende Anordnung erreicht werden, zum anderen wird eine einfache und insbesondere sichere elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor und der Steuereinheit des Elektromotors bewerkstelligt. Durch die einstückige Ausbildung der Ummantelung des Verbindungselements und des ersten Gehäuseteils wird zudem eine bauteiloptimierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Verdichters bewirkt.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschrei- bung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Vorzugsweise sind in dem ersten Gehäuseteil des elektrischen Verdichters zumindest der Elektromotor, das Verbindungselement und die Steuereinheit angeordnet. Derart kann auf einfache Art und Weise ein modularer Aufbau des erfindungsge- mäßen elektrischen Verdichters erreicht werden.
Bevorzugt sind zwischen dem Elektromotor und der Steuereinheit mehrere Ver- bindungselemente axial hintereinander oder spiralförmig nebeneinander angeordnet.
Die Begrifflichkeit„axial" beschreibt in diesem Zusammenhang eine Richtung entlang der Drehachse des Elektromotors bzw. eines Rotors des Elektromotors.
Die Begrifflichkeit„radial" beschreibt eine Richtung normal auf die Drehachse des Elektromotors bzw. des Rotors des Elektromotors.
Vermittels der Anordnung der Verbindungselemente axial hintereinander oder spiralförmig nebeneinander ist eine Verschaltung von mehreren Statorwicklungen des Elektromotors in unterschiedlichen Ebenen möglich. Dabei steht im Vordergrund, dass eine beliebige Kombination von Statorwicklungen miteinander elektrisch verbunden werden kann und so unterschiedliche Verschaltungen der Statorwicklungen realisiert werden können.
Im Falle einer Anordnung der Verbindungselemente spiralförmig nebeneinander sind die Verbindungselemente in- und/oder umeinander angeordnet und befinden sich somit in einer Ebene normal auf die zentrale Drehachse des Elektromotors. Insbesondere durch die Anordnung der Verbindungselemente spiralförmig nebeneinander ist eine überaus kompakte Gestaltung der elektrischen Schnittstelle Elektromotor/Steuereinheit möglich.
Das Verbindungselement besteht zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfä- higen Material, wie beispielsweise einem metallischen Werkstoff oder einem ge- eigneten Verbundwerkstoff, wie beispielsweise einem Kunststoff- Ruß- Verbundmaterial.
Die Ummantelung und somit das erste Gehäuseteil hingegen besteht bevorzugt aus einem elektrisch nicht leitenden Material, wie beispielsweise einem polymeren Werkstoff, wie Kunststoff, oder einem keramischen Werkstoff.
Die Ausführung der Ummantelung und somit des ersten Gehäuseteils aus einem elektrisch nicht leitenden Material bewirkt eine Isolation zwischen den Verbin- dungselementen und führt somit zu einem sicheren und robusten Aufbau.
Besonders bevorzugt sind die Ummantelung und somit das erste Gehäuseteil vermittels eines Gießverfahrens, wie zum Beispiel einem Spritzgussverfahren, einteilig hergestellt.
Die Ummantelung kann aber auch als einzelnes Einlegeteil ausgeführt sein.
Eine derartige Herstellung der Ummantelung und somit des ersten Gehäuseteils ist einfach realisierbar und in Bezug auf anfallende Produktionskosten optimiert durchführbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Verbindungselement im Wesentlichen in Form eines offenen oder geschlossenen Rings und zudem flach ausgebildet.
Vermittels der flachen Ausgestaltung des Verbindungselements ist eine besonders kompakte Bauweise der elektrischen Schnittstelle Steuereinheit und Elektromotor darstellbar. Vorteilhaft ist dabei beispielsweise eine C-förmige Ausbildung des Verbindungs- elements.
Derart wird die elektrische Schnittstelle von Elektromotor zu Steuereinheit auch gewichtsoptimiert.
Besonders bevorzugt weist das Verbindungselement entlang seiner Außenkontur und/oder Innenkontur zumindest eine Aufnahmekontur zur Aufnahme zumindest eines Kontaktierungselements auf.
Das Kontaktierungselement ist ebenso bevorzugt zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt.
Es ist von Vorteil, wenn das Kontaktierungselement fest mit dem Verbindungsele- ment elektrisch leitend verbunden ist und/oder einteilig mit diesem ausgebildet ist.
Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement und dem Verbindungselement kann beispielsweise durch Verschweißen, Verlöten, Verkrimpen, Verklemmen und/oder durch Verklebung mit einem geeigneten Kleb- stoff erfolgen.
Derart ist eine sehr stabile und sichere elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor und der Steuereinheit herstellbar. Vorteilhafterweise ist das Kontaktierungselement mit der Statorwicklung des Elektromotors und/oder der Platine der Steuereinheit elektrisch leitend verbindbar.
Das Kontaktierungselement ist bevorzugt ebenso zumindest teilweise von der Ummantelung umgeben, so dass eine notwendige Isolierung zu anderen elektrisch leitfähigen Bauteilen erfolgt. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen beschriebene Ausführungsbeispiel erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines beispielhaften elektrischen
Verdichters ohne Ummantelung und/oder erstem Gehäuseteil.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt eines beispielhaften elektrischen
Verdichters mit Ummantelung und/oder erstem Gehäuseteil.
Fig. 3 zeigt eine Detailansicht beispielhafter Verbindungselemente.
Fig. 4 zeigt eine weitere Detailansicht beispielhafter Verbindungselemente.
Fig. 5 zeigt die Detailansicht beispielhafter Verbindungselemente aus Fig. 4 in einem Längsschnitt.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Teilansicht des beispielhaften elektrischen Verdichters. Fig. 7 zeigt eine weitere perspektivische Teilansicht des beispielhaften elektrischen Verdichters.
Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht der in Fig. 5 dargestellten Teilansicht des beispielhaften elektrischen Verdichters. Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf die beispielhaften Verbindungsele- mente und eine Leiterplatte einer Steuereinheit.
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht des beispielhaften elektri- sehen Verdichters.
Fig. 1 1 zeigt eine weiter perspektivische Ansicht des beispielhaften elektrischen Verdichters.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Der beispielhafte elektrische Verdichter 1 weist ein Verdichterrad 2, einen Elektromotor 3 und eine Steuereinheit 4 auf (Fig. 1 , Fig. 2).
Wie in Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich sind das Verdichterrad 2 und der Elektromotor 3 koaxial auf einer gemeinsamen Welle 14 angeordnet.
Die Welle 14 erstreckt sich dabei somit entlang einer zentralen Drehachse 30 des Elektromotors 3.
Die Steuereinheit 4 ist in Bezug auf die zentrale Drehachse 30 koaxial zu dem Elektromotor 3 angeordnet. Der Elektromotor 3 ist zwischen dem Verdichterrad 2 und der Steuereinheit 4 angeordnet.
Der Elektromotor 3 weist einen Stator 21 und einen Rotor 22 auf und ist als Innenläufer-Elektromotor konzipiert, sprich der Stator 21 und der Rotor 22 sind im We- sentlichen ringförmig ausgebildet und koaxial angeordnet, wobei der Stator 21 den Rotor 22 umgibt.
Der Rotor 22 des Elektromotors 3 ist drehfest auf der Welle 14 angeordnet.
Der Rotor 22 des Elektromotors umfasst mehrere Permanentmagnete.
Die Welle 14 wird vermittels des Elektromotors 3 in eine (Dreh-)Bewegung um eine zentrale Drehachse 30 des Elektromotors 3 versetzt, wobei derart das Ver- dichterrad 2 angetrieben wird.
Das Verdichterrad 2 ist in einem Verdichterradgehäuse 18 angeordnet.
Das Verdichterradgehäuse 18 wird durch den Zusammenschluss eines zweiten Gehäuseteils 16 und eines dritten Gehäuseteils 17 gebildet.
Sowohl das zweite Gehäuseteil 16, wie auch das dritte Gehäuseteil 17 sind bevorzugt aus einem Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium, einem Kunststoff und/oder einem Verbundmaterial gefertigt.
Das Verdichterradgehäuse 18 ist auf der dem Elektromotor 3 zugewandten Seite vermittels einer gasgeschmierten Gleitringdichtung 31 abgedichtet.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Verdichters 1 weist das dritte Gehäuseteil 17 einen Gas-Eingang 19 und einen Gas-Ausgang 20 auf (Fig. 8, Fig. 1 1 ), wobei in einem Betrieb des elektrischen Verdichters 1 vermittels des Verdichterrads 2 über den Gas-Eingang 19 Gas in das Verdichterradgehäuse 18 gesaugt wird. Das Gas ist in diesem Zusammenhang bevorzugt als Umgebungsluft oder ein Umgebungsluft/Abgasgemisch zu sehen.
Innerhalb des Verdichterradgehäuses 18 wird das Gas vermittels des Verdichter- rads 2 verdichtet und über den Gas-Ausgang 20 wiederum aus dem Verdichterradgehäuse 18 abgeführt.
Das Verdichterrad 2 ist drehfest auf der Welle 14 angeordnet. Der Stator 21 des Elektromotors umfasst mehrere Statorwicklungen 12 - in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Stator insgesamt sechs Statorwicklungen 12 auf (Fig. 6).
Jede dieser Statorwicklungen 12 weist jeweils zwei Kontaktenden 23 auf (Fig. 6).
Die Steuereinheit 4 des erfindungsgemäßen elektrischen Verdichters 1 umfasst eine Leiterplatte 13 auf der unterschiedliche elektronische Bauteile 24, wie beispielsweise Kondensatoren, angeordnet sind (Fig. 9). Der Elektromotor 3 ist über die Steuereinheit 4 steuerbar, wobei die elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor 3 und der Steuereinheit 4 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über drei Verbindungselemente 5 erfolgt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die drei Verbindungselemente 5 formgleich ausgebildet und entlang der zentralen Drehachse 30 des Elektromotors 3, genauer des Rotors 22 des Elektromotors 3, axial hintereinander, also axial versetzt zwischen dem Elektromotor 3 und der Steuereinheit 4 angeordnet (Fig. 3, Fig. 7). Der Elektromotor 3, die Verbindungselemente 5 und die Steuereinheit 4 sind in Bezug auf die zentrale Drehachse des Elektromotors koaxial angeordnet.
In Fig. 3 sind die Verbindungselemente 5 axial hintereinander angeordnet im De- tail dargestellt. Fig. 7 zeigt eine perspektivische Teilansicht des beispielhaften elektrischen Verdichters 1 bei der insbesondere die Anordnung der Verbindungselemente 5 axial hintereinander angeordnet innerhalb des elektrischen Verdichters 1 dargestellt ist. Die drei Verbindungselemente 5 in Fig. 3 sind flach und im Wesentlichen C-förmig ausgebildet und weisen jeweils entlang ihrer Außenkontur 8 zwei Aufnahmekonturen 10 und entlang ihrer Innenkontur 9 vier Aufnahmekonturen 10 zur Aufnahme von insgesamt sechs Kontaktierungselementen 1 1 auf. Die drei Verbindungselemente 5 sind in Bezug auf ihren Umfang versetzt angeordnet (Fig. 3, Fig. 7).
Die Aufnahmekonturen 10 sind unterschiedlich ausgeführt und in erste Aufnahmekonturen 25 und zweite Aufnahmekonturen 26 einzuteilen.
Die Kontaktierungselemente 1 1 sind den Ausgestaltungen der jeweiligen Aufnahmekontur 25, 26 angepasst und in erste Kontaktierungselemente 27 und zweite Kontaktierungselemente 28 einzuteilen.
Erste Aufnahmekonturen 25 dienen der Aufnahme von ersten Kontaktierungselementen 27, wobei die ersten Kontaktierungselemente 27 hülsenartig ausgebildet sind. lm Bereich jeweils einer ersten Aufnahmekontur 25 ist jeweils ein erstes Kontaktie- rungselement 27 fest, elektrisch leitend mit dem Verbindungselement 5 verbunden. Zweite Aufnahmekonturen 26 dienen der Aufnahme von zweiten Kontaktierungs- elementen 28, wobei die zweiten Kontaktierungselemente 28 hülsenartig ausgebildet sind.
Im Bereich jeweils einer zweiten Aufnahmekontur 26 ist jeweils ein zweites Kon- taktierungselement 28 fest, elektrisch leitend mit dem Verbindungselement 5 verbunden.
Zwei erste Kontaktierungselemente 27 verbinden jeweils eines der zwei Kontaktenden 23 einer Statorwicklung 12 des Elektromotors 3 elektrisch mit dem Verbin- dungselement 5.
Über die zweiten Kontaktierungselemente 28 ist das jeweilige Verbindungselement 5 mit der Leiterplatte 13 der Steuereinheit 4 elektrisch verbunden. Die zweiten Kontaktierungselemente 28 weisen dazu in ihrer Mitte eine Verbindungsstelle 29, wie beispielsweise eine Bohrung oder ein Gewinde, auf über die das jeweilige zweite Kontaktierungselement 28 mit der Leiterplatte 13 elektrisch verbindbar ist. Das Verbindungselement 5 ist zumindest teilweise von einer Ummantelung 6 umgeben, wobei die Ummantelung 6 ein erstes Gehäuseteil 7 des elektrischen Verdichters 1 ausbildet (Fig. 2). ln der Fig. 4 ist eine weitere Anordnungsmöglichkeit der in diesem Fall drei Verbindungselemente 5 dargestellt. Die Verbindungselemente 5 sind hierbei spiralförmig nebeneinander angeordnet. In diesem Fall sind die Verbindungselemente nicht formgleich ausgebildet.
Die drei Verbindungselemente 5 in Fig. 4 sind flach und im Wesentlichen C-förmig ausgebildet. Die drei Verbindungselemente 5 sind in Bezug auf ihren Umfang versetzt angeordnet.
Die Verbindungselemente 5 sind hier in- und/oder umeinander angeordnet und befinden sich somit alle ineinander verschachtelt in einer Ebene normal auf die zentrale Drehachse 30 des Elektromotors 3 (Fig. 4, Fig. 5).
Das erste Gehäuseteil 7, das zweite Gehäuseteil 16 und das dritte Gehäuseteil 17 sind miteinander verbindbar ausgeführt und bilden in ihrer Gesamtheit ein Gehäuse für den elektrischen Verdichter 1 aus (Fig. 1 1 ).
In dem ersten Gehäuseteil 7 des elektrischen Verdichters 1 sind der Elektromotor 3, die drei Verbindungselemente 5 und zumindest teilweise die Steuereinheit 4 angeordnet (Fig. 2). Die Kontaktierungselemente 1 1 , 27, 28 sind ebenso zumindest teilweise von der Ummantelung 6 umgeben.
Die Ummantelung 6 und somit das erste Gehäuseteil 7 sind vermittels eines Gießverfahrens, wie zum Beispiel einem Spritzgussverfahren, einteilig hergestellt. Bezugszeichenliste
I . Elektrischer Verdichter
2. Verdichterrad
3. Elektromotor
4. Steuereinheit
5. Verbindungselement
6. Ummantelung
7. Erstes Gehäuseteil (des elektrischen Verdichters)
8. Außenkontur (des Verbindungselements)
9. Innenkontur (des Verbindungselements)
10. Aufnahmekontur
I I . Kontaktierungselement
12. Statorwicklung (des Elektromotors)
13. Leiterplatte (der Steuereinheit)
14. Welle
16. Zweites Gehäuseteil (des elektrischen Verdichters)
17. Drittes Gehäuseteil (des elektrischen Verdichters) 18. Verdichterradgehäuse
19. Gas-Eingang
20. Gas-Ausgang
21 . Stator
22. Rotor
23. Kontaktenden
24. elektronische Baueinheiten
25. Erste Aufnahmekontur
26. Zweite Aufnahmekontur
27. Erstes Kontaktelement
28. Zweites Kontaktelement Verbindungsstelle
Drehachse
Gleitringdichtung

Claims

Patentansprüche
Elektrischer Verdichter (1) zum Verdichten eines Gases, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend
- ein Verdichterrad (2),
- einen Elektromotor (3), wobei das Verdichterrad (2) vermittels des Elektromotors (3) antreibbar ist, und
- eine Steuereinheit (4), wobei die Steuereinheit (4) über zumindest ein Verbindungselement (5) mit dem Elektromotor (3) elektrisch verbunden ist, so dass der Elektromotor (3) vermittels der Steuereinheit (4) steuerbar ist, wobei das Verbindungselement (5) zwischen dem Elektromotor (3) und der Steuereinheit (4) angeordnet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verbindungselement (5) zumindest teilweise von einer Ummantelung (6) umgeben ist und einstückig mit der Ummantelung (6) ein erstes Gehäuseteil (7) des elektrischen Verdichters (1) ausbildet ist.
Elektrischer Verdichter (1 ) nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in dem ersten Gehäuseteil (7) des elektrischen Verdichters (1) zumindest der Elektromotor (3), das Verbindungselement (5) und die Steuereinheit (4) angeordnet sind.
Elektrischer Verdichter (1) nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mehrere Verbindungselemente (5) axial hintereinander oder spiralförmig nebeneinander zwischen dem Elektromotor (3) und der Steuereinheit (4) angeordnet sind.
4. Elektrischer Verdichter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verbindungselement (5) zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht.
5. Elektrischer Verdichter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ummante- lung (6) aus einem elektrisch nicht leitendem Material besteht
6. Elektrischer Verdichter (1 ) nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ummante- lung (6) aus einem Kunststoff besteht.
7. Elektrischer Verdichter (1 ) Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ummante- lung (6) vermittels eines Gießverfahrens hergestellt ist.
8. Elektrischer Verdichter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verbindungselement (5) im Wesentlichen die Form eines offenen oder geschlossenen Rings aufweist und insbesondere flach ausgebildet ist.
9. Elektrischer Verdichter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verbindungselement (5) entlang seiner Außenkontur (8) und/oder Innenkontur (9) zumindest eine Aufnahmekontur (10, 25, 26) zur Aufnahme zumindest eines Kontaktierungselements (11 , 27, 28) aufweist.
10. Elektrischer Verdichter (1 ) nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktie- rungselement (11 , 27, 28) fest und elektrisch leitend mit dem Verbindungselement (5) verbunden ist.
11. Elektrischer Verdichter (1 ) nach Anspruch 9 oder 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktie- rungselement (11 , 27, 28) mit einer Statorwicklung (12) des Elektromotors (3) und/oder der Steuereinheit (4) elektrisch verbindbar ist.
12. Elektrischer Verdichter (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktie- rungselement (11 , 27, 28) zumindest teilweise von der Ummantelung (6) umgeben ist.
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