具有塑料体的电动机器的制作方法

具有塑料体的电动机器
1.本发明涉及一种电动机器，所述电动机器具有：壳体、藉由塑料体静止地被容纳在所述壳体处的定子以及布置在所述定子的径向内部的转子，其中在所述塑料体中设计有被设置为用于容纳冷却剂的至少一个通道。
2.de 10 2013 201 758 a1例如公开了一种电动机器，该电动机器具有壳体和容纳在该壳体处的定子、布置在该定子的径向内部的转子以及位于定子与壳体之间的冷却装置。至少一个塑料体在径向外部包围定子的软磁芯，其中冷却装置的至少一个引导冷却介质的凹部至少部分地被引入在该至少一个塑料体的外表面中。
3.本发明的目的在于，提供一种改进冷却的电动机器。该目的通过一种专利权利要求1的主题来实现。优选的实施方式是从属权利要求的主题。
4.根据本发明的电动机器包括：壳体、藉由塑料体静止地被容纳在所述壳体处的定子以及布置在所述定子的径向内部的转子，其中所述塑料体是电绝缘的并且在端侧以及径向外部包围至少所述定子的软磁芯以及所述定子的第一绕组头和第二绕组头，其中在所述塑料体中设计有被设置为用于容纳冷却剂的至少一个通道，其中所述至少一个通道周向地沿所述第一绕组头的端侧的至少40％设计，其中所述至少一个通道进一步沿所述定子的外周面设计，并且其中所述至少一个通道周向地沿所述第二绕组头的端侧的至少40％设计。
5.因此，至少定子的软磁芯以及第一绕组头和第二绕组头是在端侧以及径向外部被塑料体包封的。尤其，绕组头完全被嵌入在塑料体中。因此，定子优选除了内周面之外完全以塑料体包覆注塑。电绝缘的塑料体优选以注塑法或由浇铸料制成并且还被配置成用于对定子的导电部件进行电绝缘、密封、通过冷却剂在该至少一个通道中的流动对其进行冷却并且以不使用其他定子架的方式将其支撑在壳体中。
6.定子是由软磁芯和绕组形成的并且被配置成用于产生电磁场。绕组尤其是由铜丝形成的并且朝向定子的每个端侧在末端侧具有绕组头，即，在一个端侧(即在定子的第一轴向端部)处具有第一绕组头并且在另一个端侧(即在定子的第二轴向端部)处具有第二绕组头。在轴向上在第一绕组头与第二绕组头之间布置有定子的软磁芯。
7.例如在塑料体中设计有唯一的通道，该通道从定子的第一端部延伸至定子的第二端部。替代性地，在塑料体中可以设计有多个通道，该多个通道从定子的第一端部延伸至定子的第二端部。该至少一个通道是周向地沿第一绕组头的端侧的至少40％设计的。换言之，该至少一个通道在定子的第一端部处形成的第一绕组头的端侧以大体上圆形的周向区段延伸了至少144
°
。该至少一个通道优选是周向地沿第一绕组头的端侧的至少70％至95％(因此以252
°
至342
°
的角度范围)设计的。
8.此外，该至少一个通道是沿定子的外周面设计的。该至少一个通道例如以环绕360
°
至少两次、即至少环绕720
°
的方式被设计在定子的外周面上。尤其，该至少一个通道是沿定子的外周面螺旋形地设计的。此外，然而也可以设想的是，波纹形或弧形地设计该至少一个通道。该至少一个通道同样可以包括轴向地以及平行地设计的通道区段或者可以被分成至少两个半流以上所提及的方式以及其他任意的方式的组合同样是可以设想的。
9.与沿定子的外周面环绕地设计的通道区段连接地，该至少一个通道周向地沿第二绕组头的端侧的至少40％设计。换言之，该至少一个通道在定子的第二端部处形成的第二绕组头的端侧以大体上圆形的周向区段延伸了至少144
°
。该至少一个通道优选是周向地沿第二绕组头的端侧的至少70％至95％(因此以252
°
至342
°
的角度范围)设计的。
10.因此，根据本发明提出的是，冷却剂被引导通过至少部分地在周向上沿第一绕组头的端侧的、沿定子的外周面的并且至少部分地在周向上沿第二绕组头的端侧的该至少一个通道，以便有效地至少对电动机器的定子进行冷却。在此，重要的是至少部分地在端侧对第一绕组头和第二绕组头进行冷却，以便改善对电动机器的冷却。此外，该至少一个通道的根据本发明的设计方案防止形成死水区域并且能够实现有效的冷却剂流。
11.由于在定子的两个端部处在端侧以及径向外部对绕组头进行冷却以及在径向外部对软磁芯进行冷却，因此藉由冷却剂导出大量废热并且由此有效地对定子进行冷却。由此，可以提高电动机器的驱动持续功率。不需要传统的定子冷却罩，由此能够节省成本、重量以及结构空间。通过塑料体也可以省去可能的定子架，其中对该定子的冷却不再取决于定子在定子架中受到的挤压。尤其，藉由塑料体消除了定子与壳体之间的噪音。此外，热量仅少量地输入到与电动机器操作性连接的变速器的变速器油中，从而可以省去油
‑
水热交换器。尤其，电动机器被设置成在端侧与变速器相连接。由于在电动机器的两个端侧进行冷却，因此也实现对布置在电动机器端侧处的变速器的变速器壁的冷却。
12.优选地，用于所述冷却剂的流入口被设计在所述第一绕组头的端侧处，其中用于所述冷却剂的流出口被设计在所述第二绕组头的端侧处。冷却剂在流入口处的温度最低并且因此具有最大的冷却功率，这是因为还没有从定子吸收任何废热。尤其，第一绕组头处的温度在电动机器的运行期间高于第二绕组头处的温度，原因在于在该第一绕组头处布置有至少一条馈电线，由此在该第一绕组头的区域中安装有更多的铜。
13.冷却剂优选是水基的。流入接口几何形状(例如入口开口)和流出接口几何形状(例如出口开口)可以径向或轴向地设计，以便产生结构空间优势。用于冷却剂的流入口应被理解为能够使冷却剂流入到该至少一个通道中的管道或几何结构。此外，用于冷却剂的流出口应被理解为能够使冷却剂从该至少一个通道中流出的管道或几何结构。此外，有利的是，在流出口侧将变速器布置在端侧，其中油
‑
水热交换器可以与该流出口邻接。
14.所述至少一个通道在所述定子的外周面处的轴向宽度优选是所述至少一个通道在所述定子的外周面处的径向深度的至少三倍。因此，该至少一个通道在定子的外周面处是较宽的并且扁平地设计的。该至少一个通道在定子的外周面处的轴向宽度例如是该至少一个通道在定子的外周面处的径向深度的五倍。这尤其改善了对电动机器的冷却。
15.此外，优选的是，所述至少一个通道被设计为所述塑料体的外表面中的凹部并且被配置成用于在所述壳体与所述塑料体之间引导所述冷却剂。尤其，该至少一个通道被设计为塑料体的两个端面和表面中的凹部。这些凹部例如在塑料体的端面处藉由塑料体中的孔或凹口而在流体意义上相互连接。
16.根据本发明的一个优选的实施方式，所述塑料体在所述第一绕组头处至少径向地被布置在所述壳体的第一轴向连接部处，其中所述塑料体在所述第二绕组头处至少径向地被布置在所述壳体的第二轴向连接部处。因此，壳体具有第一轴向连接部和第二轴向连接部，其中相应的轴向连接部被配置成用于在相应的绕组头的区域中至少径向地、任选也轴
向地容纳塑料体。轴向连接部应被理解为在壳体上的、大体上完全环绕的以及轴向地沿定子的方向形成的成形部。
17.优选地，第一密封件在所述第一绕组头处被布置在所述第一轴向连接部与所述塑料体之间，其中第二密封件在所述第二绕组头处被布置在所述第二轴向连接部与所述塑料体之间。尤其，相应的密封件被容纳在壳体上的为此设置的凹槽中并且优选在相应的绕组头处径向密封地贴靠塑料体的内周面。相应的密封件尤其为了对该至少一个通道进行划界和流体密封而被布置在塑料体与壳体之间并且优选被设计为o形环。
18.优选地，所述两个轴向连接部中的至少一个轴向连接部为了支撑所述定子的转矩而在相应的绕组头处防旋转地与所述塑料体相连接。优选地，这两个轴向连接部中的至少一个轴向连接部在相应的绕组头处形状配合地与塑料体相连接。尤其，第二轴向连接部在第二绕组头处与塑料体防旋转地相连接。
19.例如，在所述两个轴向连接部中的至少一个轴向连接部处设计有至少部分地环绕的外齿部，所述外齿部和与之相对应地设计的、在相应的绕组头的塑料体上的内齿部相连接。外齿部应被理解为径向向外定向的成形元件。与之对应地设计的内齿部具有凹口，这些凹口是与向外定向的成形元件相对应的，从而使得外齿部的成形元件形状配合地接合到内齿部的凹口中。外齿部包括至少两个成形元件。尤其，外齿部可以包括多个成形元件，该多个成形元件是沿周向方向彼此相邻地布置的并且形成由交替地布置地齿和齿隙形成的完全环绕的齿部。
20.根据本发明的一个优选的实施方式，在所述两个轴向连接部中的至少一个轴向连接部处布置有支承元件。支承元件例如以如下方式布置在壳体的这两个轴向连接部中的至少一个轴向连接部处，使得藉由在塑料体中流动的冷却剂来至少部分地冷却支承元件。此外，也可以设想对在电动机器的运行期间产生热量并且紧挨壳体布置的另外的元件或构件(例如为壳体侧的转速传感器)进行冷却。
21.优选的是，所述至少一个通道是沿至少一条电引线设计的，所述至少一条电引线被配置成用于在所述电动机器的功率电子器件与所述定子之间引导电流。尤其，该至少一个通道至少分段地或完全沿与定子相连接的所有电引线被引导，以对这些电引线进行冷却。该至少一条电引线优选被设计为铜条、铜丝或铜制扁平构件。尤其，电动机器被设计为三相交流电动机(uvw
‑
motor)并且被设置成用作用于机动车辆的驱动机器，从而使得设置有三条电引线来以交流电使电动机器运行。功率电子器件应被理解为对定子的运行、尤其通电进行控制和调节的设备。功率电子器件尤其包括逆变器，该逆变器被配置成用于将直流电压转换成交流电压。
22.所述塑料体优选具有可导热的填料。尤其，在塑料体中布置有导热能力高的金属性填料(例如铜颗粒或铝颗粒)，使得塑料的电绝缘得以保持。此外，塑料体为了提高导热能力还可以设有陶瓷颗粒(例如金属氧化物)。
23.根据本发明的一个优选的实施方式，所述壳体被设计成多件式的，其中所述壳体具有至少一个第一壳体盖以及壳体筒体区段。壳体筒体区段大体上中空圆柱体式地设计并且在一个端侧具有第一壳体盖，其中在另一个端侧处设计有壳体的与该壳体筒体区段一件式地相连接的端侧区段或者布置有壳体的第二壳体盖。尤其，壳体筒体区段被配置成用于至少在径向方向上完全容纳定子。该至少一个壳体盖被设置成用于至少与壳体筒体区段产
生贴靠，以便在轴向方向上对壳体进行界定。
24.优选地，所述塑料体的区段至少部分地在轴向上被设计在第一壳体盖与壳体筒体区段之间，其中在所述塑料体的这个区段上，第三密封件和第四密封件被布置在所述壳体与所述塑料体之间。尤其，第三密封件被布置在壳体盖上的为此设置的凹槽中并且径向地与塑料体产生贴靠。优选地，第四密封件被布置在塑料体上的为此设置的凹槽中并且径向地与壳体筒体区段产生贴靠。相应的密封件尤其为了对该至少一个通道进行划界和流体密封而被布置在塑料体与壳体之间并且优选被设计为o形环。
25.下面借助附图详细地阐述本发明优选的实施例。在附图中：
26.图1示出了根据本发明的电动机器的示意性侧面图示，
27.图2示出了根据本发明的电动机器的示意性半截面图示，
28.图3示出了根据本发明的电动机器的区域的示意性细节截面图示，
29.图4示出了根据本发明的电动机器的由塑料体包围的定子的示意性透视图，
30.图5示出了根据本发明的电动机器的第二壳体盖的示意性透视图，以及
31.图6示出了根据本发明的电动机器的示意性透视图。
32.根据图1，根据本发明的电动机器1具有壳体2，该壳体被设计成多件式的，其中壳体2具有第一壳体盖和第二壳体盖2a、2b以及轴向地布置在其间的壳体筒体区段2c。此外，塑料体3的区段3a轴向地被设计在第一壳体盖2a与壳体筒体区段2c之间。在此，壳体2尽管是三件式地设计的，然而替代性地，壳体2也可以由第一壳体盖2a和壳体筒体区段2c组成，其中第二壳体盖2b不是壳体2的单独的构件，而是与壳体筒体区段2c一件式地相连接的(在此未展示)。换言之，壳体筒体区段2c于是被设计为锅状的并且仅具有唯一的端侧的开口，该开口可以由第一壳体盖2a封闭。
33.根据图2，在电动机器1的壳体2中布置有定子4、布置在定子4的径向内部的以及绕旋转轴线a可旋转的转子5和电绝缘的塑料体3，其中定子4藉由塑料体3静止地被容纳在壳体2处。被设置成用于容纳冷却剂的通道8被设计在塑料体3中，以便在以冷却剂通流期间对定子4进行冷却。为了提高塑料体3的导热能力，该塑料体具有可导热的填料。
34.塑料体3在端侧以及径向外部包围定子4的软磁芯6。此外，塑料体3在端侧以及径向上也包围定子4的第一绕组头和第二绕组头7a、7b。在此，塑料体3是一件式地由注塑件形成的。通过塑料体3使定子4的电气部件绝缘、相对于冷却剂被密封，并且同时藉由设计在该塑料体中的通道8和在其中被引导的及在此未展示的冷却剂对这些电气部件进行冷却。通道8在定子4的外周面10处的轴向宽度是通道8在定子4的外周面10处的径向深度的约六倍。通道8被设计为塑料体3的外表面中的凹部并且被配置用于在壳体2与塑料体3之间引导冷却剂。
35.塑料体3在第一绕组头7a的区域中是径向地被布置在壳体2的第一轴向连接部14a处的，其中第一轴向连接部14a一件式并且环绕地形成在第一壳体盖2a处。此外，塑料体3在第二绕组头7b的区域中是径向地被布置在壳体2的第二轴向连接部14b处的，其中第二轴向连接部14b一件式并且环绕地形成在第二壳体盖2b处。
36.第一密封件13a被布置在第一轴向连接部14a上的凹槽中并且与第一绕组头7a的区域中的塑料体3密封地贴靠。第二密封件13b被布置在第二轴向连接部14b上的凹槽中并且与第二绕组头7b的区域中的塑料体3密封地贴靠。此外，第三密封件和第四密封件13c、
13d被布置在壳体2与塑料体3之间，其中第三密封件13c被布置在第一壳体盖2a上的凹槽中并且与塑料体3的区段3a密封地产生贴靠，并且其中第四密封件13d被布置在塑料体3的区段3a上的凹槽中并且与壳体筒体区段2c密封地产生贴靠。第三密封件和第四密封件13c、13d被布置在塑料体3的区段3a上，该区段轴向地被设计在第一壳体盖2a与壳体筒体区段2c之间。密封件13a
‑
13d的上述布置方式以及塑料体3的区段3a形成在第一壳体盖2a与壳体筒体区段2c之间能够实现电动机器1的经简化的装配以及尤其在热膨胀的情况下能够实现在轴向方向上的公差补偿。
37.第二轴向连接部14b为了支撑定子4的转矩而在第二绕组头7b的区域中防旋转地与塑料体3相连接。此外，支承元件18被容纳在第一壳体盖2a中并且以如下方式被布置在第一轴向连接部14a处，使得藉由通道8的在端侧沿第一绕组头7a引导的区段对支承元件18进行冷却。
38.图3示出了在定子4的第二绕组头7b的区域中的细节截面图示。在第二轴向连接部14b处设计有环绕的外齿部15，该外齿部和与之对应地设计的、在第二绕组头7b的区域中的塑料体3上的内齿部16相连接。
39.塑料体3上的内齿部16明显地从图4中得出，这是因为在图4中以透视的方式展示了定子4和塑料体3，其中在透视图中在此指向第二绕组头7b处的区域。塑料体3上的内齿部16被设计在第二绕组头7b的区域中、即塑料体3的第二端部处。内齿部16由沿轴向方向延伸的多个径向的突起16a形成，这些突起被设置成用于形状配合地接合到径向的凹部15a中，这些凹部同样沿轴向方向延伸并且被设计在第二壳体盖2b处。
40.在图5中以透视的方式展示了第二壳体盖2b，其中透视图在此指向第二壳体盖2b处的第二轴向连接部14b。第二轴向连接部14b是环绕地设计的并且具有环绕的外齿部15，该外齿部包括多个凹部15a，该多个凹部和与之相对应地设计的、在第二绕组头7b的区域中的塑料体3的内齿部16上的突起16a形状配合地共同作用。根据图4和图5，十个突起16a和十个凹部15a被设置成形状配合地相互共同作用，其中第二壳体盖2b轴向地被推到塑料体3上。由此，使第二壳体盖2b相对于塑料体3定中心。
41.在图6中立体地展示了电动机器1，其中透明地展示了壳体筒体区段2c。此外示出了多个箭头p，该多个箭头以简化的方式展示了冷却剂流。在此，用于冷却剂的流入口11被设计在第一绕组头7a的端侧9a处，其中冷却剂可以经由轴向地设计在第一壳体盖2a中的入口开口19流入。用于冷却剂的流出口12被设计在第二绕组头7b的端侧9b处，其中冷却剂可以经由径向地设计在第二壳体盖2b中的出口开口20流出。流出口12和出口开口20在图3中是以剖开的方式来展示的。
42.设计在壳体2与塑料体3之间的通道8用于将冷却剂从入口开口19强制引导到出口开口20。在此，冷却剂被引导通过周向地沿第一绕组头7a的端侧9a的约80％的通道8。箭头p展示了冷却剂经由入口开口19流入到通道8中并且以圆周周向地沿第一绕组头7a的端侧9a被引导约290
°
。冷却剂随后流过通道8的沿定子4的外周面10环绕四圈的螺旋形地设计的区段。随后，冷却剂流过以圆周周向地沿第二绕组头7b的端侧9b的约95％的通道8并且经由出口开口20从通道8中再次流出。在第一绕组头7a处的流入口11的区域中，冷却剂的温度最小，其中温度在流过通道8期间持续升高并且在第二绕组头7b处的流出口12的区域中达到其最大值。因此，第一绕组头7a的冷却程度高于第二绕组头7b的冷却程度。此外，在第一绕
组头7a的区域中设计有三条电引线17a、17b、17c，这些电引线被配置成用于在电动机器1的功率电子器件与定子4之间引导电流。在此，通道8以如下方式沿电引线17a、17b、17c来设计，使得通过冷却剂流有效地对这些电引线进行冷却。
43.附图标记清单
44.1电动机器
45.2壳体
46.2a第一壳体盖
47.2b第二壳体盖
48.2c壳体筒体区段
49.3塑料体
50.3a塑料体的区段
51.4定子
52.5转子
53.6软磁芯
54.7a第一绕组头
55.7b第二绕组头
56.8通道
57.9a第一绕组头的端侧
58.9b第二绕组头的端侧
59.10外周面
60.11流入口
61.12流出口
62.13a第一密封件
63.13b第二密封件
64.13c第三密封件
65.13d第四密封件
66.14a第一轴向连接部
67.14b第二轴向连接部
68.15外齿部
69.15a凹部
70.16内齿部
71.16a突起
72.17a电引线
73.17b电引线
74.17c电引线
75.18支承元件
76.19入口开口
77.20出口开口
78.a旋转轴线
79.p箭头。