Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zum Bereitstellen einer Anordnung für eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine.

Die DE 10 2013 223 059 A1 offenbart eine elektrische Maschine aufweisend einen Rotor sowie einen den Rotor umgebenden Stator mit mehreren Statorwicklungen aus elektrischen Leitern. Weiterhin umfasst die elektrische Maschine ein den Stator umgebendes zylindrisches Gehäuse und zwei Wickelköpfe. Jeder der Wickelköpfe ist in einem ringförmigen Verguss aus einem elektrisch isolierenden Material aufgenommen, in dem axiale Endbereiche der Statorwicklungen an Stirnenden des Stators vergossen sind.

Weiterhin ist aus der EP 2 113 991 B1 ein Blechpaket eines Stators einer dynamoelektrischen Maschine mit in Nuten angeordneten Wicklungen bekannt. Die Wicklungen bilden an den Stirnseiten des Blechpakets Wickelköpfe aus, die in einer Vergussmasse, insbesondere Harz, eingebettet sind.

Eine thermische Kühlung von Statorwickelköpfen ist oftmals ein limitierender Faktor für einen effizienten Betrieb einer elektrischen Maschine. Daher wird eine sogenannte nasse Maschine mit Ölkühlung eingesetzt, welche einen erheblichen technischen Aufwand bei der Abdichtung nach außen mit sich bringt. Ein sogenannter Statorvollverguss ist dazu angedacht, eine Kühlung zu verbessern und es zu ermöglichen, dass eine Ölkühlung entfallen kann.

Durch den Stromfluss in der jeweiligen Statorwicklung heizt sich die Wicklung auf. Im sogenannten Aktivteil des Stators kann eine entstehende Wärme der Wicklung durch ein Blechpaket des Stators direkt an ein Gehäuse der elektrischen Maschine abgeführt werden. Die Wickelköpfe sind thermisch nicht unmittelbar angekoppelt, sodass sich diese deutlich stärker erwärmen und oftmals einen limitierenden Faktor bei einer Kühlung der elektrischen Maschine darstellen. In sogenannten nassen Maschinen werden die Wickelköpfe daher durch Ölbespritzung gekühlt, in trockenen Maschinen ist das derzeit nicht möglich. Als thermische Kopplung zum Gehäuse ist der sogenannte Statorvollverguss bekannt. Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Wickelkopfes, welcher insbesondere aus Kupfer gebildet ist, des Vollvergusses, welcher insbesondere aus Kunststoff gebildet ist, und einer Gehäusewand des Gehäuses, welches insbesondere als Aluminium gebildet ist, entstehen Spannungen, die einerseits zur Beschädigung der vergossenen oder angrenzenden Bauteile führen können. Darüber hinaus können Risse und Spalte entstehen, welche eine Wärmeübertragung behindern können. So kann ein Abkühlen des Vergusses - im Betrieb, aber auch bereits im Herstellprozess - zu einer Spaltbildung zwischen Vollverguss und Gehäuse führen, sodass ein deutlich verschlechterter Wärmeübergang erreicht wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Lösung zu schaffen, welche eine besonders gute Kühlung von Statorwickelköpfen ermöglicht, sodass eine Ölkühlung einer diese Statorwickelköpfe aufweisenden elektrischen Maschine entfallen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Stator, welcher eine Vielzahl an Leitern umfasst. Wenigstens ein Statorwickelkopf einer aus den Leitern gebildeten Wicklung ist dabei in eine Vergussmasse eingebettet. Bei dieser Vergussmasse kann es sich insbesondere um einen Kunststoff handeln. Weiterhin umfasst die Anordnung ein Gehäuse, welches zumindest den Statorwickelkopf umfangsseitig umschließt. Insbesondere kann das Gehäuse den gesamten Stator vollständig nach außen umschließen. Die Anordnung umfasst des Weiteren eine Wärmeleiteinrichtung, welche an dem Gehäuse gehalten ist und wenigstens ein Federelement umfasst, welches für einen Wärmeabtrangsport von dem Statorwickelkopf an das Gehäuse bereichsweise in die Vergussmasse mit eingegossen ist. Die Wärmeleiteinrichtung ist somit fest an dem Gehäuse befestigt und ermöglicht über das elastisch ausgebildete Federelement einen Toleranzausgleich zwischen dem Statorwickelkopf beziehungsweise der Vergussmasse und dem Gehäuse. Hierdurch kann das Federelement bei einem Abkühlen der Vergussmasse zwischen dem Gehäuse und der Vergussmasse auftretende Spalte überbrücken. Infolgedessen kann ein besonders zuverlässiger und von einer Spaltgröße zwischen dem Gehäuse und der Vergussmasse unabhängiger Wärmeübergang von dem Statorwickelkopf zu dem Gehäuse sichergestellt werden. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Kühlung des Statorwickelkopfs und infolgedessen ein besonders effizientes Betreiben einer die Anordnung umfassenden elektrischen Maschine. Durch den besonders guten Wärmeübergang von dem Statorwickelkopf an das Gehäuse über die Wärmeleiteinrichtung kann ein Nasskühlen der elektrischen Maschine mit Öl entfallen. Infolgedessen kann die die Anordnung umfassende elektrische Maschine trocken betrieben werden. Hierdurch kann die elektrische Maschine besonders kostengünstig und konstruktiv einfach bereitgestellt werden.

In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wärmeleiteinrichtung einen an dem Gehäuse stoffschlüssig gehaltenen Außenring umfasst. Dieser Außenring kann den Statorwickelkopf der Wicklung zumindest im Wesentlichen über einen gesamten Umfang außenseitig umschließen. Über den Außenring kann somit eine besonders große Kontaktfläche der Wärmeleiteinrichtung zu dem Gehäuse bereitgestellt werden, wodurch die Wärmeleiteinrichtung besonders sicher an dem Gehäuse gehalten werden kann. Darüber hinaus ermöglicht der Außenring eine besonders präzise Positionierung der Wärmeleiteinrichtung zu dem Gehäuse sowie zusätzlich relativ zu dem Statorwickelkopf, aufgrund des zumindest im Wesentlichen vollumfänglichen Umschließens des Statorwickelkopfs.

In diesem Zusammenhang kann es in einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Federelement aus dem Außenring ausgestanzt ist. Durch das Ausstanzen des Federelements aus dem Außenring kann eine besonders einfache Anbindung des wenigstens einen Federelements an den Außenring sowie ein besonders sicheres Halten des wenigstens einen Federelements an dem Außenring gewährleistet werden. Darüber hinaus kann die Wärmeleiteinrichtung mit besonders wenig Material und somit besonders gewichtsarm bereitgestellt werden. Weiterhin kann durch das Ausstanzen des wenigstens einen Federelements an dem Außenring das Federelement besonders einfach in die Wärmeleiteinrichtung eingebracht werden, da ein aufwendiges Anbinden jeweiliger Federelemente an den Außenring entfallen kann.

In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine Federelement eine Blattfeder ist. Die Blattfeder ist konstruktiv besonders einfach aufgebaut und somit besonders einfach bereitzustellen sowie besonders robust. Über die Blattfeder als das wenigstens eine Federelement kann somit besonders zuverlässig ein Abstand zwischen der Vergussmasse und dem Gehäuse überbrückt werden.

Es ist in weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Wärmeleiteinrichtung und das Gehäuse Aluminium umfassen. Das bedeutet, dass die Wärmeleiteinrichtung und das Gehäuse aus demselben Material, und zwar Aluminium, gebildet sind. Hierdurch kann ein besonders guter Wärmeübergang von der Wärmeleiteinrichtung an das Gehäuse gewährleistet werden. Aufgrund des besonders guten Wärmeübergangs von der Wärmeleiteinrichtung an das Gehäuse ermöglicht die Wärmeleiteinrichtung ein besonders gutes Kühlen des Statorwickelkopfs , was wiederum einen besonders effizienten Betrieb der die Anordnung umfassenden elektrischen Maschine ermöglicht.

In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wärmeleiteinrichtung in das Gehäuse eingepresst und/oder mit dem Gehäuse verschweißt ist. Folglich kann ein Kraftschluss beziehungsweise ein Stoffschluss der Wärmeleiteinrichtung mit dem Gehäuse bestehen, wodurch die Wärmeleiteinrichtung besonders sicher und fest an dem Gehäuse gehalten werden kann. Durch das Einpressen sowie das Verschweißen der Wärmeleiteinrichtung mit dem Gehäuse kann eine Gefahr eines sich Verschiebens beziehungsweise eines sich Bewegens der Wärmeleiteinrichtung relativ zu dem Gehäuse besonders gering gehalten werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wärmeleiteinrichtung eine Vielzahl an Federelementen umfasst. Das Vorsehen der Vielzahl an Federelementen ermöglicht, dass besonders viel Wärme von dem Statorwickelkopf besonders schnell abtransportiert werden kann, wodurch eine besonders effiziente Kühlung des Statorwickelkopfs erfolgen kann. Insbesondere können die Federelemente zumindest im Wesentlichen gleichmäßig über einen Innenumfang des Außenrings verteilt sein. Hierbei können die Federelemente insbesondere in regelmäßigen Abständen an dem Außenring, insbesondere innenseitig an dem Außenring, angeordnet sein, um eine gleichmäßige Kühlung des Statorwickelkopfs über einen gesamten Umfang des Stators zu ermöglichen. Hierdurch wird durch die Vielzahl an Federelementen ein besonders gleichmäßiges Kühlen des Statorwickelkopfs ermöglicht, wodurch lokale Überhitzungen des Statorwickelkopfs zumindest im Wesentlichen vermieden werden können.

Es ist in einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Statorwickelkopf mit der Vergussmasse vollvergossen ist. Unter dem Vollverguss ist zu verstehen, dass die Vergussmasse zum einen zusammenhängend ausgebildet ist und zum anderen sämtliche Leiter eines jeweiligen Statorwickelkopfs des Stators in dieser zusammenhängenden Vergussmasse aufgenommen und somit vergossen sind. Hierdurch kann über die Vergussmasse eine relative Positionierung der Leiter im jeweiligen Statorwickelkopf zueinander fixiert werden. Das ermöglicht, dass ein ungewünschter Kontakt zwischen jeweiligen Leitern des Statorwickelkopfs verhindert werden kann. Weiterhin ermöglicht der Vollverguss des Statorwickelkopfs, dass von dem Statorwickelkopf die Wärme besonders gleichmäßig über einen gesamten Umfang des Statorwickelkopfs abgeführt werden kann, wodurch der Statorwickelkopf wiederum besonders gut gekühlt werden können. Weiterhin ermöglicht der Vollverguss des Statorwickelkopfs ein besonders gutes Schützen der Leiter vor Beschädigungen.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Bereitstellen einer Anordnung für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann im Rahmen des Verfahrens die bereits beschriebene erfindungsgemäße Anordnung für die elektrische Maschine bereitgestellt werden. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass für ein Montieren des Stators Leiter in Form einer Wicklung in ein Blechpaket des Stators eingebracht werden. Weiterhin ist es vorgesehen, dass eine Wärmeleiteinrichtung in einem Gehäuse befestigt wird. Anschließend werden Leiter eines Statorwickelkopfs der Wicklung des Stators und wenigstens ein Federelement der Wärmeleiteinrichtung in einer gemeinsamen Vergussmasse vergossen. Bei der Anordnung werden die Vergussmasse sowie die Leiter des Statorwickelkopfs zumindest in einem Längenabschnitt über ihren Umfang außenumfangsseitig von der Wärmeleiteinrichtung umschlossen. Bei dem Verfahren kann es somit vorgesehen sein, dass der Statorwickelkopf des Stators mit der Vergussmasse vergossen wird, während der Stator in dem Gehäuse montiert ist. Hierdurch kann der Statorwickelkopf zumindest mit dem wenigstens einen Federelement und gegebenenfalls zusätzlich mit dem Gehäuse vergossen werden, wodurch ein besonders guter Wärmeübergang von dem Statorwickelkopf auf das Gehäuse gewährleistet werden kann. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine, welche die erfindungsgemäße Anordnung oder eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung sowie einen Rotor umfasst. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere dazu eingerichtet sein, mittels der elektrischen Maschine angetrieben zu werden. Es kann sich somit bei dem Kraftfahrzeug um ein Elektrofahrzeug oder um ein Hybridfahrzeug handeln. Durch das Vorsehen der erfindungsgemäßen Anordnung in der elektrischen Maschine kann die elektrische Maschine besonders effizient betrieben werden, wodurch das Kraftfahrzeug mit einer besonders großen Leistung oder einem besonders geringen Stromverbrauch angetrieben werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Anordnung für eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, mit einem Stator, einem den Stator zumindest in einem Längenabschnitt außenumfangsseitig umschließenden Gehäuse sowie mit einer Wärmeleiteinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, den Stator mit dem Gehäuse zu verbinden, wodurch über die Wärmeleiteinrichtung Wärme von dem Stator, insbesondere von einem Statorwickelkopf des Stators, zu dem Gehäuse für ein besonders effizientes Kühlen des Statorwickelkopfs, abgeführt werden kann.

In Fig. 1 ist in einer Schnittansicht ausschnittsweise eine Anordnung 10 für eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Die elektrische Maschine kann zusätzlich zu der in Fig. 1 gezeigten Anordnung 10 einen in Fig. 1 nicht gezeigten Rotor umfassen, welcher relativ zu der Anordnung 10 um eine Mittelachse rotiert werden kann. Insbesondere kann die elektrische Maschine dazu eingerichtet sein, in einem Kraftfahrzeug angeordnet zu werden, wodurch das Kraftfahrzeug über elektrische Energie von der elektrischen Maschine angetrieben werden kann.

Die Anordnung 10 umfasst einen Stator, welcher eine Vielzahl an Leitern 12 umfasst. Diese Leiter 12 bilden eine Wicklung, welche jeweilige Statorwickelköpfe 14 des Stators bereitstellen kann. Diese Statorwickelköpfe 14 können auf einander gegenüber liegenden Seiten des Stators angeordnet sein. Vorliegend ist lediglich einer der Statorwickelköpfe 14 ausschnittsweise in Fig. 1 dargestellt. Zumindest einer der Statorwickelköpfe 14 ist in einer Vergussmasse 16, welche insbesondere durch einen Kunststoff bereitgestellt ist, eingebettet.

Die Anordnung 10 umfasst des Weiteren ein Gehäuse 18, welches zumindest den einen Statorwickelkopf 14, insbesondere den Stator, in einem Längenabschnitt außenumfangsseitig radial umschließt. Vorliegend ist dieses Gehäuse 18 aus Aluminium bereitgestellt. Die Anordnung 10 umfasst des Weiteren eine Wärmeleiteinrichtung 20, welche fest an dem Gehäuse 18 gehalten ist. Die Wärmeleiteinrichtung 20 ist vorliegend ebenfalls aus Aluminium gebildet.

Wie in Fig. 1 besonders gut erkannt werden kann, umfasst die Wärmeleiteinrichtung 20 einen Außenring 22, welcher in das Gehäuse 18 eingepresst und/oder mit dem Gehäuse 18 verschweißt ist. Weiterhin ist ein aus dem Außenring 22 ausgestanztes Federelement 24 der Wärmeleiteinrichtung 20 in Fig. 1 erkennbar. Die Wärmeleiteinrichtung 20 umfasst insbesondere eine Vielzahl an Federelementen 24, welche über einen Umfang des Außenrings 22 verteilt angeordnet sein können. Durch das Ausstanzen des wenigstens einen Federelements 24 aus dem Außenring 22 wird das Federelement 24 vorliegend durch eine Blattfeder bereitgestellt. Das wenigstens eine Federelement 24 ermöglicht ein Überbrücken eines zwischen dem Gehäuse 18 und der Vergussmasse 16 bei einem Verändern eines Volumens der Vergussmasse 16 insbesondere aufgrund von Temperaturänderungen auftretenden Spalts 26. Hierdurch kann ein besonders effizienter Wärmeübergang von der Vergussmasse 16 beziehungsweise von den in der Vergussmasse 16 eingebetteten Statorwickelköpfen 14 über die Wärmeleiteinrichtung 20 auf das Gehäuse 18 gewährleistet werden.

Wie in Fig. 1 besonders gut erkannt werden kann, ist der Statorwickelkopf 14 vorliegend mit der Vergussmasse 16 vollvergossen. Somit sind zwischen der Vergussmasse 16, welche insbesondere einen Wickelkopfverguss bereitstellt, und dem Gehäuse 18, insbesondere einer Statorgehäusewand, das wenigstens eine, insbesondere mehrere, Federelemente 24 vorhanden, welche dazu eingerichtet sind, Bewegungen zwischen der Vergussmasse 16 und dem Gehäuse 18 auszugleichen. Dieses wenigstens eine Federelement 24 ist thermisch leitend ausgebildet. Das wenigstens eine Federelement 24 ist an die Vergussmasse 16 sowie an das Gehäuse 18 angebunden, um eine Wärmeübertragung von der Vergussmasse 16 auf das Gehäuse 18 sicherstellen zu können.

Zum Bereitstellen der Anordnung 10 können für ein Montieren des Stators Leiter 12 in ein Blechpaket des Stators eingebracht werden. Weiterhin kann die Wärmeleiteinrichtung 20 an dem Gehäuse 18 befestigt werden, welches den Stator zumindest in einem Längenabschnitt außenumfangsseitig umschließend angeordnet wird. Anschließend werden der Statorwickelkopf 14 des Stators und das wenigstens eine Federelement 24, insbesondere sämtliche Federelemente 24, der Wärmeleiteinrichtung 20 in der gemeinsamen Vergussmasse 16 vergossen.

Das bedeutet, dass, nachdem der Stator montiert worden ist, der Außenring 22 mit dem wenigstens einen Federelement 24 in das Gehäuse 18 eingebaut wird. Beim Verguss des Stators werden die Federelemente 24 der Wärmeleiteinrichtung 20, welche vorliegend die Form einer Blattfeder aufweisen, in die Vergussmasse 16 mit eingegossen. Hierfür wird das wenigstens eine Federelement 24, insbesondere sämtliche Federelemente 24, der Wärmeleiteinrichtung 20 besonders nah an den Statorwickelkopf 14 herangeführt. Durch das Bereitstellen sowohl der Wärmeleiteinrichtung 20 als auch des Gehäuses 18 aus Aluminium weisen das Gehäuse 18 sowie die Wärmeleiteinrichtung 20 eine gleiche Wärmeausdehnung auf. Eine Gefahr einer Spaltbildung zwischen der Wärmeleiteinrichtung 20 und dem Gehäuse 18 kann somit besonders gering gehalten werden.

Insgesamt zeigt die Erfindung, wie ein Federring zur mechanischen Entkopplung eines Statorvollvergusses bereitgestellt werden kann.

Bezugszeichenliste 10 Anordnung

12 Leiter

14 Statorwickelkopf

16 Vergussmasse

18 Gehäuse 20 Wärmeleiteinrichtung

22 Außenring

24 Federelement

26 Spalt