AT521060A1

AT521060A1 - Stator

Info

Publication number: AT521060A1
Application number: ATA50260/2018A
Authority: AT
Inventors: Andreas Eilenberger Dr
Original assignee: Miba Ag
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-10-15
Also published as: AT521063A2; AT521063A3; DE112019001547A5; CN111869059A; US20200412193A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine elektrische Maschine, mit mehreren Nuten (5) zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter (6), wobei in zumindest einigen der Nuten (5) zusätzlich zu dem zumindest einen elektrischen Leiter (6) jeweils zumindest ein Kühlmittelkanal (7) und im verbleibenden Restvolumen der Nuten (5) eine Vergussmasse (8) angeordnet ist. Zumindest einige der Kühlmittekanäle (7) sind im Bereich zumindest einer axialen Statorstirnfläche (9) über zumindest einen Sammelkanal (10) mit zumindest einer Sammelkanalwand (11) miteinander strömungsverbunden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, mit mehreren Nuten zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter, wobei in zumindest einigen der Nuten zusätzlich zu dem zumindest einen elektrischen Leiter jeweils zumindest ein Kühlmittelkanal und im verbleibenden Restvolumen der Nuten eine Vergussmasse angeordnet ist.

Weiter betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine umfassend einen Stator.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine, in dem mehreren Nuten zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter ausgebildet werden, wobei in zumindest einigen der Nuten zusätzlich zu dem zumindest einen elektrischen Leiter jeweils zumindest ein Kühlmittelkanal ausgebildet wird und das verbleibende Restvolumen der Nuten mit einer Vergussmasse ausgefüllt wird.

Die Erfindung betrifft auch ein Vergusswerkzeug zum Ausfüllen von Nuten zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter eines Stators für eine elektrische Maschine mit einer Vergussmasse umfassend einen Kernstab, mit dem die Vergussmasse in die Nuten verdrängt werden kann. sowie mehrere Formstäbe oder Formrohre, die zur Ausbildung von Kühlmittelkanälen in die Nuten eingeführt werden können.

Es ist bekannt, dass in einem Stator einer elektrischen Maschine im Betrieb einerseits im Blechpaket und andererseits in den Wicklungen Wärme entsteht. Aus diesem Grund werden Statoren gekühlt, wobei im Stand der Technik unterschiedlichste Ausführungen von Kühlungen beschrieben wurden.

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Eine sehr effektive Kühlung ist jene, die das Kühlmedium in unmittelbare Nähe der Wärmequellen bringt. So beschreibt z.B. die DE 10 2014 213 159 A1 eine Anordnung zur Statorkühlung für einen elektrischen Motor, mit einem Statorblechpaket, umfassend eine Vielzahl axial aneinandergereihter Statorbleche sowie mehrere in dem Statorblechpaket axial verlaufende Wicklungsnuten zur Aufnahme zugehöriger Statorwicklungen wobei in jede der Wicklungsnuten eine in einem der Statorbleche ausgebildete Radialausnehmung mündet, wobei die Radialausnehmung zur Zuführung von Kühlflüssigkeit mit einer an dem Statorblechpaket vorgesehenen Kühlflüssigkeitsleitung kommuniziert.

Die US 2011/0133580 A1 beschreibt eine Ausführungsvariante einer Nutkühlung, bei der in der Vergussmasse für die Nut, die aus Isolierungsgründen eingebracht wird, Kühlmittelkanäle ausgebildet werden. Von Vorteil ist dabei, dass keine zusätzlichen Kühlkanäle gebohrt werden müssen oder entsprechende Rohrleitungen dafür vorgesehen werden müssen. Offen lässt diese Druckschrift allerdings, wie die Kühlkanäle in die weitere Kühlmittelführung eingebunden werden können.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten nutgekühlten Stators für eine elektrische Maschine.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Stator dadurch gelöst, dass zumindest einige der Kühlmittekanäle im Bereich zumindest einer axialen Statorstirnfläche über zumindest einen Sammelkanal mit zumindest einer Sammelkanalwand miteinander strömungsverbunden sind.

Weiter wird die Aufgabe mit der eingangs genannten elektrischen Maschine gelöst, bei der der Stator erfindungsgemäß ausgebildet ist.

Zudem wird die Erfindung durch das eingangs genannte Verfahren gelöst, nach dem vorgesehen ist, dass zumindest einige der Kühlmittekanäle im Bereich zumindest einer axialen Statorstirnfläche über zumindest einen Sammelkanal, der mit zumindest einer Sammelkanalwand ausgebildet wird, miteinander strömungsverbunden werden.

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Die Erfindung wird auch mit dem eingangs genannten Vergusswerkzeug gelöst, bei dem zumindest eine Abdeckung angeordnet ist, wobei in der Abdeckung ein Formelement zur Ausbildung eines Sammelkanals, mit dem zumindest einzelne der Kühlmittelkanäle strömungsverbunden werden können, angeordnet ist.

Von Vorteil ist dabei, dass durch die stirnseitige Aufteilung des Kühlmittels auf die Kühlmittelkanäle eine kompakte Möglichkeit zur Zuführung von Kühlmittel in die Nuten eines Stators erreicht werden kann. Dadurch ist es möglich, den für die elektrische Maschine zur Verfügung stehenden Bauraum zur Erhöhung der erreichbaren Leistung zu nutzen. Es ist damit auch die Einbindung der Kühlkanäle in das Kühlsystem einfacher darstellbar.

Nach einer Ausführungsvariante des Stators bzw. des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Sammelkanalwand zumindest teilweise aus einem Polymer besteht bzw. aus einem zumindest teilweise aus einem Polymer oder dessen Vorstufe hergestellt wird, um damit das magnetische Feld der elektrischen Maschine im Betrieb möglichst wenig zu beeinflussen. Zudem kann damit die Korrosionsbeständigkeit des Kühlsystems verbessert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Stators bzw. des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Polymer aus der Vergussmasse für die Nuten hergestellt ist bzw. dass die zumindest eine Sammelkanalwand aus der Vergussmasse für die Nuten hergestellt wird. Es kann damit die Materialverträglichkeit der im Stator eingesetzten Werkstoffe verbessert werden, insbesondere in Hinblick auf unterschiedliche Wärmedehnungen. Zudem können damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbessert und somit die Herstellkosten des Stators reduziert werden.

Von Vorteil ist weiter, wenn nach einer weiteren Ausführungsvariante des Stators bzw. des Verfahrens die zumindest eine Sammelkanalwand und die Vergussmasse in den Nuten einteilig bzw. einstückig ausgebildet sind bzw. werden. Es kann damit die Systemintegrität verbessert werden. Insbesondere können damit Undichtigkeiten besser vermieden werden.

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Als Zusatzeffekt kann nach einer weiteren Ausführungsvariante die zumindest eine Sammelkanalwand als Schutz für den Stator eingesetzt werden, wozu vorgesehen werden kann, dass die zumindest eine Sammelkanalwand die Statorstirnfläche zur Gänze abdeckt.

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen sein, dass der Sammelkanal als Ringkanal ausgebildet ist, wodurch dieser einfacher aus der Vergussmasse bzw. einem Polymer bzw. dessen Vorstufe herstellbar ist.

Die zumindest eine Sammelkanalwand kann nach weiteren Ausführungsvarianten des Stators auch dazu genutzt werden, um darin eine Kontaktierung für die elektrischen Leiter und/oder einen Temperatursensor einzugießen, wodurch eine weitere Reduktion der Herstellkosten des Stators erreicht werden kann. Mit Hilfe des Temperatursensors kann zudem ein vorbestimmbares Temperaturniveau des Stators im Betrieb aufrechterhalten werden, indem dieser in eine entsprechende Regelung bzw. Steuerung der Statorkühlung eingebunden wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen in vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Stator in Ansicht in axialer Richtung;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Stator im Bereich einer Nut zur Aufnahme der elektrischen Leiter;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante des Stators im Bereich einer Nut zur Aufnahme der elektrischen Leiter;

Fig. 4 einen Stator in Seitenansicht geschnitten;

Fig. 5 eine Ausführungsvariante des Stators in Stirnansicht;

Fig. 6 eine Ausführungsvariante eines Vergusswerkzeuges im Teilschnitt.

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Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

In Fig. 1 ist ein Stator 1 für eine elektrische Maschine in Stirnseitenansicht gezeigt. Die elektrische Maschine ist insbesondere ein Motor oder ein Generator.

Prinzipiell sind derartige elektrische Maschinen sowie die hierfür verwendeten Statoren aus dem Stand der Technik bekannt, sodass zu weiteren Einzelheiten dazu auf diesen einschlägigen Stand der Technik verwiesen sei. Es sei an dieser Stelle der Vollständigkeit halber nur so viel erwähnt, dass die elektrische Maschine vorzugsweise auch einen Rotor umfasst, der unter Ausbildung eines Luftspalts zum Stator 1 in der elektrischen Maschine angeordnet ist. Der Rotor kann beispielsweise auf einer Welle verdrehfest angeordnet sein. Durch die im Betrieb der als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Maschine wird aufgrund der erzeugten Magnetfelder der Rotor in eine Drehbewegung versetzt. Der Stator 1 ist aber prinzipiell auch ohne Rotor für die Erzeugung eines Drehfeldes einsetzbar.

Der Rotor an sich kann dem Stand der Technik entsprechend ausgebildet sein.

Der Stator 1 umfasst eine Anzahl von in einer Axialrichtung 2 (Fig. 4) hintereinander angeordneten Blechelementen 3 (insbesondere Elektrobleche), die miteinander zu einem Blechpaket verbunden sind, wie dies an sich bekannt ist. In diesen Blechelementen 3 sind in einer Radialrichtung 4 nach innen offene Nuten 5 ausgebildet. Die genaue Anzahl an Nuten 5 richtet sich dabei nach der gewünschten Größe bzw. Leistung der elektrischen Maschine.

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Die Nuten 5 können unterschiedlichste Querschnittsformen (in Richtung der Axialrichtung 2 betrachtet) aufweisen, wie dies in Fig. 1 anhand von Nuten 5, die im linken unteren Quadranten dargestellt sind, angedeutet ist. Beispielsweise können die Nuten 5 eine runde, eine ovale, eine rechteckförmige, eine quadratische, eine trapezfömige, etc. Querschnittsform aufweisen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Nuten 5 eines Stators 1 vorzugsweise alle die gleiche Querschnittsform aufweisen, wenngleich auch Mischvarianten mit zumindest zwei unterschiedlichen Querschnittsformen möglich sind.

Die Nuten 5 sind im radial inneren Endbereich offen ausgebildet. Vorzugsweise ist dieser Bereich am schmälsten ausgeführt, sodass die Nuten 5 also in der Radialrichtung 4 nach außen hin breiter werden (jeweils im Querschnitt in der Radialrichtung 4 betrachtet).

Die Nuten 5 dienen der Aufnahme von zumindest einem elektrischen Leiter 6 je Nut 5. Die elektrischen Leiter 6 bilden die Statorwicklungen. Diese sind in Fig. 1 lediglich in einer Nut 5 angedeutet.

Die elektrischen Leiter 6 können aus einem Draht gefertigt sein. Der Draht kann beispielsweise also Runddraht (Fig.1) oder als Flachdraht (Fig. 2) ausgeführt sein. Ebenso können die Statorwicklungen 6 bevorzugt als sogenannte Hairpins oder IPins ausgeführt sein.

Pro Nut 5 können ein oder mehrere elektrische Leiter 6 vorgesehen sein, wie dies anhand von vier elektrischen Leitern 6 beispielhaft in den Fig. 1 oder sechs elektrischen Leitern 6 beispielhaft in den Fig. 2 und 3 angedeutet ist. Die konkret dargestellte Anzahl an elektrischen Leitern 6 ist allerdings nicht beschränkend zu verstehen. Weiter ist auch die in den Fig. konkret dargestellte Lage und deren Ausrichtung der elektrischen Leiter 6 innerhalb der Nuten 5 nicht beschränkend zu verstehen.

Zusätzlich zu den elektrischen Leitern 6 ist in zumindest einigen der Nuten 5, vorzugsweise in sämtlichen Nuten 5, jeweils zumindest ein Kühlmittelkanal 7 angeN2018/05400-AT-00 / 23 ordnet. Diese Kühlmittelkanäle 7 dienen der Aufnahme eines Kühlfluids, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, die zur Kühlung des Stators 1 diese Kühlmittelkanäle 7 durchströmt.

Es können bei Bedarf auch mehrere Kühlmittelkanäle 7 in zumindest einzelnen der Nuten 5 angeordnet sein, beispielsweise zwei oder drei, die gegebenenfalls auch in unterschiedlichen Richtungen von dem Kühlfluid durchströmt werden.

Die genaue Lage des Kühlmittelkanals 7, wie diese in den Figuren dargestellt ist, ist nicht limitierend zu verstehen. Ebenso ist die dargestellte Querschnittsform nicht limitierend zu verstehen. Die Kühlmittelkanäle können kreisrund, oval, rechteckig, quadratisch, etc. ausgeführt sein (jeweils im Querschnitt in der Radialrichtung 4 betrachtet).

Vorzugsweise ist der zumindest eine Kühlmittelkanal 6 in der Nut 5 anschließend an den radial inneren Beginn der Nut 5 (insbesondere in der Radialrichtung 4 nach außen und anschließend an den verengten Bereich der Nut 5), wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, oder in der Nut 5 und (unmittelbar) anschließend an den radial äußeren Nutengrund, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, angeordnet bzw. ausgebildet.

Bevorzugt ist der Stator 1 im Vollvergussverfahren hergestellt, wie dies nachstehend noch näher erläutert wird. Dabei wird der Raum zwischen den elektrischen Leitern 6 in den Nuten 5 mit einer Vergussmasse 8 ausgefüllt, wie dies anhand eines Ausschnitts aus dem Stator 1 im Bereich einer Nut 5 in Fig. 2 bzw. Fig. 3 dargestellt ist. Die Vergussmasse kann dem Stand der Technik entsprechen, beispielsweise ein duroplastisches Gießharz sein. Beispiele für derartige Gießharze sind Polyesterharze, Epoxidharze, etc..

Es ist nun vorgesehen, dass zumindest einige der Kühlmittekanäle 7, vorzugsweise sämtliche Kühlmittelkanäle 7, im Bereich zumindest einer axialen Statorstirnfläche 9 über zumindest einen Sammelkanal 10, der zumindest eine Sammelkanalwand 11 aufweist, miteinander verbunden sind, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist.

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Der zumindest eine Sammelkanal 10 dient der Zuführung des Kühlfluids zu den Kühlmittelkanälen 7. Nachdem das Kühlfluid über den Sammelkanal 10 auf die Kühlmittelkanäle 7 verteilt wird, kann dieser auch als Verteilkanal bezeichnet werden.

Obwohl es prinzipiell möglich ist, dass das Kühlfluid aus den Kühlmittelkanälen 7 auf der dem zumindest einen Sammelkanal 10 entlang der Axialrichtung 2 gegenüberliegenden Ende des Stators 1 einzeln pro Kühlmittelkanal 7 abgezogen wird, wird eine Ausführung bevorzugt, bei der auch an diesem anderen Endbereich ein Sammelkanal 10 mit zumindest einer Sammelkanalwand 11 angeordnet ist, in dem das Kühlfluid für den weiteren Abtransport, z.B. zu einem Wärmetauscher des Kühlsystems, gesammelt wird, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Zumindest einzelne, insbesondere sämtliche, Kühlmittelkanäle 7 erstrecken sich von dem Sammelkanal 10 an einer Stirnseite des Stators 1 durch die Nuten 5 in den Blechelementen 3 in der Axialrichtung 2 hindurch und münden in den zweiten Sammelkanal 10 an der anderen Stirnseite des Stators 1. Die Kühlmittelkanäle 7 werden dabei bevorzugt ausschließlich durch die Nutfüllung, also insbesondere die Vergussmasse 8, gebildet, d.h. es sind keine eigenen Rohr- bzw. Schlauchleitungen hierfür vorgesehen. Somit werden die Seitenwände der Kühlmittelkanäle von der Nutfüllung, insbesondere der Vergussmasse 8, gebildet.

Prinzipiell ist es aber möglich, wenngleich nicht bevorzugt, dass die Kühlmittelkanäle 7 durch gesonderte Rohr- bzw. Schlauchleitungen gebildet werden, die vor dem Ausfüllen der Nuten 5 in diese eingeführt werden.

In der voranstehend beschriebenen Ausführungsvariante des Stators 1 strömt das Kühlfluid von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite des Stators 1 und verlässt dann an dieser Stirnseite den Stator 1. Die Zufuhr und die Abfuhr des Kühlfluids zum und vom Stator 1 erfolgt also auf verschiedenen Seiten des Stators 1. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das Kühlfluid an einer Stirnseite des Stators 1 umgelenkt wird und wieder durch den Stator 1 in der entgegengesetzten Richtung strömt. Die Zu- und die Abfuhr des Kühlfluids kann also auch an einer Stirnseite des Stators 1 erfolgen. Für diesen Fall sind auf den beiden Stirnseiten

N2018/05400-AT-00 / 23 des Stators 1 jeweils nur einige der Kühlmittelkanäle 7, insbesondere jeweils die Hälfte der Gesamtanzahl, mit dem jeweiligen Sammelkanal 10 für die Zufuhr bzw. die Abfuhr des Kühlfluids verbunden. Der Sammelkanal 10 für die Zufuhr des Kühlfluids zu und der Sammelkanal 10 für die Abfuhr des Kühlfluids aus den Kühlmittelkanälen 7 sind an einer Stirnseite des Stators 1 angeordnet. Auf der zweiten Stirnseite des Stators 1 kann sich ein weiterer Sammelkanal 10 befinden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Kühlmittelkanäle 7 an dieser zweiten Stirnseite des Stators 1 eine Umlenkung aufweisen, also beispielsweise U-förmig ausgebildet sind.

Obwohl die Herstellung des Sammelkanals 10 bzw. der Sammelkanäle 10 aus der Vergussmasse 8, mit der auch die Nuten 5 ausgegossen werden, die bevorzugte Ausführungsvariante des Stators 1 ist, kann für deren Herstellung generell ein Polymer oder dessen Vorstufe verwendet werden. Es ist weiter auch möglich, dass für das Ausfüllen der Nuten 5 ein Polymer oder dessen Vorstufe verwendet wird, insbesondere das Polymer, dass gegebenenfalls für die Herstellung des zumindest einen Sammelkanals 10 verwendet werden. Im Falle des Einsatzes einer Vorstufe für das Polymer kann dieses nach dem Befüllen der Nuten 5 polymerisiert werden. Die Vergussmasse 8 wird hingegen üblicherweise quervernetzt.

Unter einem Polymer wird im Sinne der Erfindung ein aus organischen, synthetischen oder natürlichen, Makromolekülen aus miteinander verbundenen Monomeren bestehender Werkstoff verstanden.

Die Sammelkanalseitenwand 11 besteht bevorzugt zu 100 % aus dem Polymer bzw. der Vergussmasse 8. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass dem Polymer oder der Vergussmasse 8 Zusatzstoffe zugesetzt werden, beispielsweise Keramik- oder Metall-Filamente, um damit eine Versteifung der Sammelkanalseitenwand 11 zu erreichen. Ebenso können anderwärtige Versteifungselemente, wie beispielsweise gitterförmige oder stabförmige Versteifungselemente, in die Sammelkanalseitenwand 11 eingebettet werden.

Der Sammelkanal 10 bzw. die Sammelkanalwand 11 kann als gesondertes Bauteil hergestellt und danach mit den Kühlmittelkanälen 7 verbunden werden. Bevorzugt

N2018/05400-AT-00 / 23 wird jedoch der zumindest eine Sammelkanal 10, d.h. die zumindest eine Sammelkanalwand 11, mit den Kühlmittelkanälen 7, d.h. mit der Vergussmasse 8 der Nuten 5, einteilig ausgebildet.

Die zumindest eine Sammelkanalwand 11 bzw. die Sammelkanalwände 11 können nur einen Teilbereich der Statorstirnfläche(n) 9 abdecken, sodass also die Endbleche des Blechpaketes des Stators 1 bei Betrachtung in Richtung der Axialrichtung 2 noch teilweise sichtbar sind. Bevorzugt ist jedoch nach einer Ausführungsvariante des Stators 1 vorgesehen, dass die zumindest eine Sammelkanalwand 11 die Statorstirnfläche 9 zur Gänze abdeckt, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Aus Übersichtsgründen wurde in Fig. 5 auf die Darstellung der Nuten 5 verzichtet. Zu sehen ist jedoch in strichlierten Linien der Sammelkanal 10 und das Ende der Kühlmittelkanäle 7.

Fig. 5 zeigt auch noch eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Stators 1, bei der der zumindest eine Sammelkanal 10 als Ringkanal ausgeführt ist. Prinzipiell kann der Sammelkanal 10 aber auch eine andere, geeignete Form aufweisen.

Hinsichtlich der Querschnittsform des Sammelkanals 10 (in Richtung einer Umfangsrichtung 12 des Stators 1 betrachtet), also der offenen Querschnittsfläche zwischen der zumindest einen Sammelkanalwand 11, kann dieser kreisrund, oval, quadratisch, rechteckig, etc. ausgeführt sein.

Nach weiteren Ausführungsvarianten des Stators 1 kann vorgesehen sein, dass in die zumindest eine Sammelkanalwand 11 zumindest ein weiteres Bauteil eingebettet wird. Beispielsweise kann eine Kontaktierung für die elektrischen Leiter 6 und/oder zumindest ein Temperatursensor 14 in die zumindest eine Sammelkanalwand 11 eingegossen werden. Die Kontaktierung 13 und der Temperatursensor 14 sind in Fig. 5 lediglich strichliert angedeutet dargestellt.

Wie voranstehend ausgeführt, ist gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Stators 1 für eine elektrische Maschine bevorzugt vorgesehen, dass in zumindest mehreren der Nuten 5 zur Aufnahme der elektrischen Leiter 6 Kühlmittelkanäle 7 durch das Ausgießen der Nuten 5 mit der Vergussmasse 8 ausgebildet werden,

N2018/05400-AT-00 / 23 und dass zumindest einige der Kühlmittekanäle 7 im Bereich zumindest einer der axialen Statorstirnflächen 9 über den zumindest einen Sammelkanal 10 miteinander strömungsverbunden werden. Für das Herstellen der Sammelkanalwand 11 kann ein Polymer oder dessen Vorstufe oder insbesondere die Vergussmasse 8 zum Ausfüllen der Nuten 5 verwendet werden.

Das Ausgießen der Nuten 5 erfolgt vorzugsweise im Vollvergussverfahren. Dabei wird, wie in Fig. 6 dargestellt ist, das mit den elektrischen Leitern 6 (Fig. 2 und 3) versehene Blechpaket in ein Vergusswerkzeug 15 eingelegt. Die Vergussmasse 8, also insbesondere ein Kunstharz, wird u.a. in eine Statormitte 16 eingefüllt und danach durch das Einführen eines Kernstabes 17 in die Statormitte 16 in die Nuten 5 (Fig. 1) gedrängt. Um dabei die Nuten 5 porenfrei zu füllen, wird vorzugsweise eine niedrigviskose, entgaste Vergussmasse 8 verwendet. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Verfahren zur weiteren Reduktion von Lufteinschlüssen auch unter Vakuum durchgeführt werden, wozu das Vergusswerkzeug 15 in eine entsprechende Vorrichtung zum Evakuieren gegeben werden kann.

Um gleichzeitig mit dem Ausfüllen der Nuten 5 mit der Vergussmasse 8 die Kühlmittelkanäle 7 (Fig. 2) herstellen zu können, werden in die Nuten 5 Formstäbe 18 oder Formrohre bzw. entsprechend geformte Kerne (generell auch als Platzhalter bezeichenbar) eingeschoben, die nach dem Ausfüllen der Nuten 5 mit der Vergussmasse 8 wieder entfernt werden, sobald die Vergussmasse 8 die notwendige Festigkeit dazu aufweist. Die Formstäbe 18 oder Formrohre bzw. Kerne können beispielsweise aus Polytetrafluorethylen bestehen oder eine derartige Beschichtung aufweisen.

Wie bereits ausgeführt, kann die zumindest eine Sammelkanalwand 11 und damit der Sammelkanal 10 gesondert hergestellt und mit den Kühlmittelkanälen 7 verbunden, beispielsweise verklebt, werden.

In der bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens zur Herstellung des Stators 1 wird jedoch die zumindest eine Sammelkanalwand 11 zusammen mit den Kühlmittelkanälen 7 hergestellt, also einstückig damit hergestellt. Das VergussN2018/05400-AT-00 / 23

Werkzeug hierfür kann eine Abdeckung 19 aufweisen, in der zumindest ein Formelement 20 zur Ausbildung des zumindest einen Sammelkanals 10 und der zumindest einen Sammelkanalwand 11 angeordnet bzw. ausgebildet ist.

Wenn auf beiden Statorstirnflächen 9 des Stators 1 jeweils zumindest ein Sammelkanal 10 ausgebildet werden soll, kann das Vergusswerkzeug 15 eine weitere derartige Abdeckung 19 aufweisen. Diese kann auch durch den Boden des Vergusselementes 15 gebildet sein.

Generell können die Nuten 5 auch mit einem anderen Verfahren mit der Vergussmasse 8 gefüllt werden, beispielsweise mittels Heißtauchen oder Träufeln. Das Vollvergussverfahren wird jedoch bevorzugt.

Der Sammelkanal 10 bzw. die Sammelkanäle 10 werden bevorzugt als geschlossene Kanäle ausgebildet. Es besteht aber auch die Möglichkeit diese z.B. in Form einer Halbschale herzustellen und danach mit einer weiteren Halbschale zu verschließen.

Weiter weist der Sammelkanal 10 oder weisen die Sammelkanäle 10 vorzugsweise jeweils zumindest einen Anschluss 21 (Fig. 4, Fig. 5) für die Zufuhr bzw. die Abfuhr des Kühlfluids in bzw. aus dem Sammelkanal 10 bzw. den Sammelkanälen 10 auf, die an unterschiedlichen Stellen platziert sein können, wie dies anhand von zwei Beispielen in den Figuren dargestellt ist.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Stators 1 dieser nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt ist.

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Bezugszeichenliste

Stator

Axialrichtung

Blechelement

Radialrichtung

Nut

Leiter

Kühlmittelkanal

Vergussmasse

Statorstirnfläche

Sammelkanal

Sammelkanalwand

Umfangsrichtung

Kontaktierung

Temperatursensor

Vergusswerkzeug

Statormitte

Kernstab

Formstab

Abdeckung

Formelement

Anschluss

Claims

Patentansprüche

1. Stator (1) für eine elektrische Maschine, mit mehreren Nuten (5) zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter (6), wobei in zumindest einigen der Nuten (5) zusätzlich zu dem zumindest einen elektrischen Leiter (6) jeweils zumindest ein Kühlmittelkanal (7) und im verbleibenden Restvolumen der Nuten (5) eine Vergussmasse (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Kühlmittekanäle (7) im Bereich zumindest einer axialen Statorstirnfläche (9) über zumindest einen Sammelkanal (10) mit zumindest einer Sammelkanalwand (11) miteinander strömungsverbunden sind.
2. Stator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sammelkanalwand (11) zumindest teilweise aus einem Polymer besteht.
3. Stator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer aus der Vergussmasse (8) für die Nuten (5) hergestellt ist.
4. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sammelkanalwand (11) und die Vergussmasse (8) in den Nuten (5) einteilig ausgebildet sind.
5. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sammelkanalwand (11) die Statorstirnfläche (9) zur Gänze abdeckt.
6. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkanal (10) als Ringkanal ausgebildet ist.
7. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktierung (13) für die elektrischen Leiter (6) in der zumindest Sammelkanalwand (11) eingegossen ist.

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8. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Temperatursensor (14) in die zumindest eine Sammelkanalwand (11) eingegossen ist.
9. Elektrische Maschine umfassend einen Stator (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) für eine elektrische Maschine, in dem mehreren Nuten (5) zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter (6) ausgebildet werden, wobei in zumindest einigen der Nuten (5) zusätzlich zu dem zumindest einen elektrischen Leiter (6) jeweils zumindest ein Kühlmittelkanal (7) ausgebildet wird und das verbleibende Restvolumen der Nuten (5) mit einer Vergussmasse (8) ausgefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Kühlmittekanäle (7) im Bereich zumindest einer axialen Statorstirnfläche (9) über zumindest einen Sammelkanal (10), der mit zumindest einer Sammelkanalwand (11) ausgebildet wird, miteinander verbunden werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkanalwand (11) zumindest teilweise aus einem Polymer oder dessen Vorstufe hergestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sammelkanalwand (11) aus der Vergussmasse (8) für die Nuten (5) hergestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sammelkanalwand (11) einstückig mit dem Verguss der Nuten (5) aus der Vergussmasse (8) hergestellt wird.

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14. Vergusswerkzeug zum Ausfüllen von Nuten (5) zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter (6) eines Stators (1) für eine elektrische Maschine mit einer Vergussmasse (8) umfassend einen Kernstab (17), mit dem die Vergussmasse (8) in die Nuten (5) verdrängt werden kann, sowie mehrere Formstäbe (18) oder Formrohre, die zur Ausbildung von Kühlmittelkanälen (7) in die Nuten (5) eingeführt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass weiter zumindest eine Abdeckung (19) angeordnet ist, wobei in der Abdeckung (19) ein Formelement (20) zur Ausbildung eines Sammelkanals (10), mit dem zumindest einzelne der Kühlmittelkanäle (7) strömungsverbunden werden können, angeordnet ist.