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：多件式的壳体、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：多件式地设计的壳体、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包围至少一条电引线，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，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，其中所述塑料体的凸缘形区段轴向地设计在多件式的所述壳体的第一壳体盖与壳体筒体区段之间，并且所述至少一条电引线以及所述至少一个通道被设计在所述凸缘形区段中。
5.换言之，塑料体的凸缘形区段用于将第一壳体盖与壳体筒体区段相互连接并且形成这样的区域，即，该区域尤其被配置成用于支撑壳体处定子的转矩并且同时用于对至少一条电引线进行冷却。
6.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定子支撑在壳体处。
7.例如在塑料体中设计有唯一的通道，该通道引导冷却剂并且对定子的至少一条电引线(优选所有电引线)进行冷却。替代性地，在塑料体中可以设计有多个通道，该多个通道引导冷却剂并且对定子的至少一条电引线(优选所有电引线)进行冷却。该至少一条电引线与该至少一个通道一起延伸穿过凸缘形区段，其中该至少一个通道为了提高冷却功率而大面积地围绕该至少一条电引线来引导。尤其，该至少一条电引线在凸缘形区段处从塑料体引出。
8.优选地，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。
9.根据本发明的一个优选的实施方式，多件式地设计的壳体具有至少第一壳体盖以及壳体筒体区段。附加地，多件式地设计的壳体还可以具有第二壳体盖。壳体筒体区段大体
上中空圆柱体式地设计并且在轴向上被布置在这两个壳体盖之间。尤其，壳体筒体区段被配置成用于在径向方向上完全容纳定子。相应的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。
10.优选地，所述凸缘形区段沿周向被轴向地夹紧在所述第一壳体盖与所述壳体筒体区段之间。因此，轴向力周向地作用在第一壳体盖、壳体筒体区段和凸缘形区段上，使得这三个构件受到挤压。通过挤压或轴向夹紧，在第一壳体盖与塑料体的凸缘形区段之间以及壳体筒体区段与塑料体的凸缘形区段之间形成密封面，这些密封面在这些区域中实现对该至少一个通道的流体密封，从而使冷却剂无法从该至少一个通道中溢出。尤其，第一壳体盖、壳体筒体区段与凸缘形区段之间的轴向夹紧可以以考虑到冷却剂的液压压力的方式进行设定。
11.所述凸缘形区段优选具有用于螺钉的多个轴向贯通部，其中每个贯通部是与所述第一壳体盖中的相应的孔以及所述壳体筒体区段中的相应的孔共轴线地设计的。尤其，在每个贯通部中布置有金属套筒，其中壳体筒体区段中的相应的孔具有用于拧入螺钉的螺纹。优选设置有五个螺钉来形状配合地将第一壳体盖与壳体筒体区段和塑料体的在轴向上布置在该第一壳体盖与该壳体筒体区段之间的凸缘形区段连接。替代性地还可以设想的是，在凸缘形区段中可以省去贯通部并且将凸缘形区段形状配合地容纳在壳体盖与壳体筒体区段之间，其中壳体盖和壳体筒体区段藉由多个螺钉相互拧接。
12.尤其，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。该至少一个通道优选被设计为塑料体的两个端面和表面中的凹部。例如在塑料体的端面处的凹部藉由孔或塑料体中的凹口在流体意义上与塑料体内部中的凹部或通道相连接。将该至少一个通道设计在塑料体的外表面上能够使用简单且快速的制造方法，这是因为大体上从外部进行对塑料体的加工。
13.所述至少一个通道优选轴向地设计在所述塑料体的端面中并且被配置成用于在所述第一壳体盖与所述塑料体之间引导所述冷却剂。此外，所述至少一个通道优选径向地设计在所述塑料体的外周面中并且被配置成用于在所述第一壳体盖与壳体盖件之间引导所述冷却剂。尤其，设计在端侧的通道藉由凹口与设计在周向侧的通道在流体意义上相连接。
14.根据本发明的一个优选的实施方式，所述至少一个通道被设计在所述塑料体中，其方式为使得所述至少一条电引线至少分段地在两侧都被所述至少一个通道包围。尤其设置有三条电引线，其中该至少一个通道首先在第一侧沿这三条引线被引导、具有180
°
的转弯并且例如在第二侧与通道的前部区段平行地、在通道的后部区段中沿这三条引线被引导。因此，在双侧以及大面积地对电引线进行冷却。
15.所述至少一条电引线优选在径向上从所述凸缘形区段中伸出，其中所述塑料体在这个区域中至少部分地包封所述至少一条电引线。通过在离开塑料体的区域中对该至少一条电引线进行包封来对该至少一条电引线进行支撑和绝缘，从而可以省却其他用于进行支撑和绝缘的部件，由此尤其减少装配成本。
16.三条电引线优选在径向上从所述凸缘形区段中伸出，其中所述塑料体在这个区域中分开地包封所述三条电引线中的每条电引线。因此，塑料体在电引线离开凸缘形区段处被设计成使得每条电引线单独地以及彼此分开地被包封并且这些引线在这个区域中不是
相互连接的。由此，尤其可以减轻重量。
17.有利地，所述塑料体进一步在端侧以及径向外部包围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。因此，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。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。
18.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。尤其，藉由塑料体消除了定子与壳体之间的噪音。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。
19.所述至少一个通道例如至少部分地在周向上沿所述第一绕组头的端侧设计，其中所述至少一个通道进一步被设计成沿所述定子的外周面环绕多圈，并且其中所述至少一个通道至少部分地在周向上沿所述第二绕组头的端侧设计。因此，优选提出的是，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、在定子的外周面上环绕多圈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，以便有效地对电动机器的定子进行冷却。为了提高电动机器的冷却功率而重要的是，也在端侧对第一绕组头和第二绕组头进行冷却。此外，该至少一个通道的这种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。
20.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。
21.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。
22.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。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。
23.该至少一个通道在第一绕组头处优选具有大于该至少一个通道在第二绕组头处的冷却剂体积。尤其，电引线被布置在第一绕组头处，因此在那里由于较大的冷却剂体积而产生更高的冷却功率。
24.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，用于提高导热能力的塑料体还可以设有陶瓷颗粒(例如金属氧化物)。
25.下面将根据附图详细阐述本发明的三个优选的实施例。在附图中：
26.图1示出了根据第一实施例的本发明电动机器的示意性透视图，
27.图2示出了根据第一实施例的电动机器的一部分的示意性分解图，
28.图3示出了根据第一实施例的电动机器的局部的示意性细节图示，
29.图4示出了根据第一实施例的电动机器的示意性半截面图示，
30.图5示出了根据第二实施例的电动机器的局部的示意性透视图，
31.图6示出了根据第二实施例的电动机器的示意性端侧图示，
32.图7示出了根据第二实施例的电动机器的示意性透视图，以及
33.图8示出了根据第三实施例的电动机器的局部的示意性细节图示。
34.在图1、图2、图3和图4中展示了电动机器1的第一实施例。根据图1，根据本发明的电动机器1具有多件式地设计的壳体2，该壳体由第一壳体盖和第二壳体盖2a、2b、壳体筒体区段2c以及壳体盖件2d构成。在壳体2中容纳有定子4和布置在定子4的径向内部的转子5，其中定子4包覆注塑有塑料体3(参见图4)。塑料体3是电绝缘的并且具有凸缘形区段3a，该凸缘形区段在轴向上被布置在多件式的壳体2的第一壳体盖2a与壳体筒体区段2c之间并且容纳三条电引线17a、17b、17c以及通道8，该通道被设置成用于容纳冷却剂并且对电引线17a、17b、17c和定子4进行冷却。
35.电引线17a、17b、17c被配置成用于在电动机器1的(未在此展示的)功率电子器件与定子4之间引导电流。三条电引线17a、17b、17c穿过壳体盖件2d中的槽缝径向地从电动机器1中伸出。壳体盖件2d覆盖凸缘形区段3a的一部分，以便在流体方面对通道8的位于凸缘形区段3a处的区段进行隔绝。冷却剂进入通道8的流入口11藉由第一壳体盖2a处的轴向的入口开口19来实现。冷却剂的流出口12藉由第二壳体盖2b中的径向的出口开口20来实现。
36.凸缘形区段3a沿周向被轴向地夹紧在第一壳体盖2a与壳体筒体区段2c之间，其中凸缘形区段3a具有用于容纳螺钉的多个轴向贯通部13。每个贯通部13都是与第一壳体盖2a中的相应的孔14a以及壳体筒体区段2c中的相应的孔14b共轴线地设计的。穿过彼此共轴线地设计的孔14a、14b中的每个孔和贯通部13延伸有(未在此展示的)螺钉。借助于螺钉实现了夹紧以及由此在凸缘形区段3a处对通道8的流体密封。第二壳体盖2b也与壳体筒体区段2c相拧接。
37.图2以分解图示出了第一壳体盖2a、壳体盖件2d和塑料体3，在该塑料体中嵌入有定子4和电引线17a、17b、17c。可以从图2看到，通道8螺旋形地设计在塑料体3的外周面上，其中在壳体筒体区段2c与塑料体3之间引导冷却剂(参见图4)。
38.图3示出了电引线17a、17b、17c的区域中的细节图示，这些电引线从塑料体3的凸缘形区段3a中径向伸出，其中塑料体3在这个区域中部分地包封电引线17a、17b、17c。绘出有多个箭头p，以便以简化的方式展示冷却剂流。如已经针对图1所阐述的，冷却剂经由第一
壳体盖2a中的入口开口19流动到塑料体3处的通道8中，其中通道8径向地设计在塑料体3的凸缘形区段3a上的外周面中并且被配置用于在塑料体3与壳体盖件2d(未在此展示)之间引导冷却剂。通道8以如下方式被设计在塑料体3中，使得凸缘形区段3a处的电引线17a、17b、17c在两侧被通道8包围并且因此在双侧以及大面积地被冷却。为此，冷却剂首先沿电引线17a、17b、17c的前侧流动，然后绕行180
°
并且沿电引线17a、17b、17c的背侧流动。此后，冷却剂穿过通道8进一步被引导成在周向上沿定子4的第一绕组头7a的端侧9a并且随后经由通道8的螺旋形的区段沿定子4的外周面10朝向定子4的第二绕组头7b的端侧9b被引导(参见图4)。
39.根据图4，以半截面展示了电动机器1。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。原因在于定子4包覆注塑有塑料体3并且塑料体3藉由凸缘形区段3a被夹紧在第一壳体盖2a与壳体筒体区段2c之间并且因此静止地被固定。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。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，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在第一绕组头7a处具有大于通道8在第二绕组头7b处的冷却剂体积。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。
40.在图5、图6和图7中展示了电动机器1的第二实施例。第二实施例与第一实施例的不同之处在于通道8在塑料体3中的设计方案并且因此还在于冷却剂流。绘出有多个箭头p，以便以简化的方式展示冷却剂流。冷却剂经由第一壳体盖2a中的入口开口19流动到塑料体3处的通道8中，其中通道8轴向地设计在塑料体3的端面中并且被配置用于在第一壳体盖2a与塑料体3之间周向地引导冷却剂，以便首先对定子4的第一绕组头7a进行冷却，其中绕组头7a与根据第一实施例的绕组头7a相同。此后，冷却剂在通道8的另外的区段中流动并且沿电引线17a、17b、17c被引导，以对这些电引线进行冷却。因此，通道8以如下方式被设计在塑料体3中，使得凸缘形区段3a处的电引线17a、17b、17c在一侧被布置在通道8处并且因此在一侧被冷却。此后，冷却剂藉由通道8的螺旋形的区段沿定子4的外周面10被引导(参见图7)。
41.凸缘形区段3a沿周向被轴向地夹紧在第一壳体盖2a与壳体筒体区段2c之间并且形状配合地与之相连接。为了进行轴向夹紧而在第一壳体盖2a中设计有孔14a并且在壳体筒体区段2c中设计有孔14b，其中穿过这些孔14a、14b中的每个孔延伸有(未在此展示的)螺钉。该夹紧能够实现在凸缘形区段3a处对通道8进行流体密封。
42.在图7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。如已经提及的，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，其中冷却剂经由径向地设计在第二壳体盖2b中的出口开口20流出。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。
43.箭头p展示了冷却剂经由入口开口19流入到通道8中并且以回路周向地沿第一绕组头7a的端侧9a被引导。此后，冷却剂沿电引线17a、17b、17c流动，以便也对这些电引线进行冷却。冷却剂进而流过通道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，冷却剂流过以回路周向地沿第二绕组头7b的端侧9b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，对第一绕组头7a和三条电引线17a、17b、17c的冷却程度比第二绕组头7b高。在此，绕组头7a、7b以塑料体3进行包覆注塑并且因此是未展示的，然而这些绕组头是与根据第一实施例的绕组头7a、7b相同地设计的。
44.图8示出了电动机器1的第三实施例，其中在此展示了凸缘形区段3a(尤其是在电引线17a、17b、17c的区域中)的局部。电引线17a、17b、17c在径向上从凸缘形区段3a中伸出并且塑料体3在这个区域分开地包封这三条电引线17a、17b、17c中的每条电引线。电引线17a、17b、17c具有圆形截面，其中塑料体3在这个区域中具有矩形截面。
45.附图标记清单
46.1电动机器
47.2壳体
48.2a第一壳体盖
49.2b第二壳体盖
50.2c壳体筒体区段
51.3塑料体
52.3a塑料体的凸缘形区段
53.4定子
54.5转子
55.6软磁芯
56.7a第一绕组头
57.7b第二绕组头
58.8通道
59.9a第一绕组头的端侧
60.9b第二绕组头的端侧
61.10外周面
62.11流入口
63.12流出口
64.13轴向贯通部
65.14a孔
66.14b孔
67.17a电引线
68.17b电引线
69.17c电引线
70.19入口开口
71.20出口开口
72.a旋转轴线
73.p箭头