DE102008022516A1

DE102008022516A1 - Statorbaugruppe zur Verwendung in einem fluidgekühlten Motor und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102008022516A1
Application number: DE102008022516A
Authority: DE
Inventors: Bernd Peter Elgas; Stephen Raiser
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2008-11-27
Also published as: US7800259B2; US20080278011A1

Abstract

Es wird eine Statorbaugruppe zur Verwendung in einem fluidgekühlten Motor offenbart, wobei ein Kühlmantel um einen Hauptkörper des Stators herum angeordnet ist, der Kühlmantel mindestens eine Leitung umfasst, die zur Aufnahme von Kühlmittel darin geeignet ist, wodurch eine Komplexität und Kosten zur Herstellung der Statorbaugruppe minimiert werden und eine Kühlfähigkeit der Statorbaugruppe maximiert wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein Statorbaugruppen, und sie betrifft insbesondere Statorbaugruppen zur Verwendung in fluidgekühlten Motoren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Elektromotor erzeugt im Betrieb Wärme. Wenn die Wärme nicht angemessen dissipiert wird, kann die Leistungsfähigkeit und die Zuverlässigkeit des Motors beeinträchtigt werden. Bei Motoren nach dem Stand der Technik bestand die Aufgabe, effiziente und kosteneffektive Verfahren zum Dissipieren von Wärme, die von den Motoren erzeugt wird, bereitzustellen, um deren Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit zu maximieren.
Ein derartiges Verfahren ist in dem US-Patent Nr. 7,002,267 offenbart, das dem gleichen Anmelder gehört und hiermit durch Bezugnahme vollständig umfasst ist. Das '267-Patent veranschaulicht einen Motor, der einen Rotor und eine Statorbaugruppe umfasst. Die Statorbaugruppe, wie z. B. die im US-Patent Nr. 4,076,989 offenbarte, das dem gleichen Anmelder gehört und hiermit durch Bezugnahme vollständig umfasst ist, umfasst typischerweise einen hohlen Hauptkörperabschnitt, der um einen Rotor oder eine Welle herum angeordnet ist, Endplatten und ein Kühlmittel. Ein von der Statorbaugruppe erzeugtes Magnetfeld bewirkt eine Drehung des Rotors, um mechanische Energie zu erzeugen. Der in dem '267- Patent offenbarte Motor umfasst eine Vielzahl von Kühlmittelöffnungen. Ein unter Druck stehendes Kühlmittel wird zum Strömen durch die Kühlmittelöffnungen veranlasst, um den Stator zu kühlen.
Die Herstellung von Statorbaugruppen kann ein zeitraubender und teurer Vorgang sein. Typische Herstellschritte umfassen: Aufschrumpfen einer Aluminiumschicht mit maschinell herausgearbeiteten Fluidkanälen auf einen Stator, Aufschrumpfen eines Kühlmantels über die Aluminiumschicht und Fertigstellen der Baugruppe mit Aluminiumendplatten. Es ist eine andauernde Herausforderung, die Komplexität und die Kosten der Herstellung von Statorbaugruppen zu minimieren, während gleichzeitig deren Leistungsfähigkeit maximiert wird.
Es wäre wünschenswert, eine Statorbaugruppe zur Verwendung in einem fluidgekühlten Motor zu erzeugen, wobei die Komplexität und der Kostenaufwand der Herstellung der Statorbaugruppe minimiert sind und die Leistungsfähigkeit und Kühlfähigkeit der Statorbaugruppe maximiert sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise eine Statorbaugruppe zur Verwendung in einem fluidgekühlten Motor entdeckt, wobei die Komplexität und der Kostenaufwand der Herstellung der Statorbaugruppe minimiert sind und die Leistungsfähigkeit und Kühlfähigkeit der Statorbaugruppe maximiert sind.
Bei einer Ausführungsform umfasst eine Statorbaugruppe einen hohlen Hauptkörper, der zur Aufnahme eines Rotors darin geeignet ist; und einen um den Hauptkörper herum angeordneten Kühlmantel, wobei der Kühl mantel mindestens eine Leitung umfasst, die zur Aufnahme eines Kühlmittels darin geeignet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Statorbaugruppe zur Verwendung in einem fluidgekühlten Motor: einen hohlen Hauptkörper, der ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und zur Aufnahme eines Rotors darin geeignet ist; einen um den Stator herum angeordneten Kühlmantel, wobei der Kühlmantel mindestens eine Leitung umfasst, die zur Aufnahme eines Kühlmittels darin geeignet ist; eine an dem ersten Ende des Hauptkörpers angeordnete erste Endplatte; und eine an dem zweiten Ende des Hauptkörpers angeordnete zweite Endplatte.
Ein Verfahren zum Erzeugen einer Statorbaugruppe zur Verwendung in einem fluidgekühlten Motor umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Hauptkörpers mit einem hohlen Innenraum, der zur Aufnahme eines Rotors darin geeignet ist; und Ausbilden eines Kühlmantels um den Hauptkörper herum; wobei der Kühlmantel mindestens eine Leitung umfasst.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die voranstehenden sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten anhand der nachstehenden genauen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform leicht offenbar, wenn sie im Lichte der beiliegenden Zeichnungen betrachtet werden, in welchen:
1 eine Frontschnittansicht einer Statorbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
2 eine Seitenquerschnittsansicht entlang einer Linie 2-2 der in 1 veranschaulichten Statorbaugruppe ist; und
3 eine Frontschnittansicht einer Statorbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende genaue Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen und zu verwenden, und sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. Bezüglich der offenbarten und veranschaulichten Verfahren sind die dargestellten Schritte beispielhafter Natur und folglich ist die Reihenfolge der Schritte nicht notwendig oder kritisch.
1 und 2 zeigen eine Statorbaugruppe 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Statorbaugruppe 10 ist für eine Verwendung in einem (nicht gezeigten) Motor geeignet.
Die Statorbaugruppe 10 umfasst einen zylindrischen, hohlen Hauptkörperabschnitt 12 mit einer Langsachse X. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Hauptkörperabschnitt 12 aus einer Eisenlegierung ausgebildet. Es ist zu verstehen, dass andere Materialien verwendet werden können, um den Hauptkörperabschnitt 12 auszubilden, ohne von dem Schutzumfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Der Hauptkörperabschnitt 12 ist um eine Rotorbaugruppe 14 herum angeordnet, welche mit einem (nicht gezeigten) angetriebenen Element, wie z. B. einem Traktionsantrieb, einem Pumpenlaufrad oder einem Verdichterlaufrad über eine Welle 16 gekoppelt ist.
Die Statorbaugruppe 10 umfasst auch einen Kühlmantel 18, der um den Hauptkörperabschnitt 12 herum angeordnet ist und mit diesem in thermischer Verbindung steht. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist der Kühlmantel 18 aus Aluminium ausgebildet. Jedoch können nach Wunsch auch andere Materialien zur Ausbildung des Kühlmantels 18 verwendet werden. Der Kühlmantel 18 umfasst eine Vielzahl darin ausgebildeter Fluidleitungen 20. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Fluidleitungen 20 im Wesentlichen parallel zu der Längsachse X des Hauptkörperabschnitts 12 ausgebildet. Es ist zu verstehen, dass die Fluidleitungen 20 zwischen dem Kühlmantel 18 und dem Hauptkörperabschnitt 12 oder anderweitig ausgebildet sein können und nach Wunsch in verschiedene Richtungen und Ausrichtungen ausgebildet sein können. Die Fluidleitungen 20 sind zur Aufnahme eines (nicht gezeigten) Kühlmittels aus einer (nicht gezeigten) Kühlmittelquelle darin geeignet.
Eine erste Endplatte 22 ist an einem ersten Ende 24 der Statorbaugruppe 10 angeordnet. Die erste Endplatte 22 bildet mit dem ersten Ende 24 der Statorbaugruppe 10 eine im Wesentlichen fluiddichte Dichtung. Ein (nicht gezeigtes) Paar von Öffnungen ist in der ersten Endplatte 22 zur Aufnahme eines Einlassanschlussstücks 23 und eines Auslassanschlussstücks 25 darin ausgebildet. Die Anschlussstücke 23, 25 stehen in Fluidverbindung mit den in dem Kühlmantel 18 ausgebildeten Fluidleitungen 20 und der Kühlmittelquelle. Die erste Endplatte 22 umfasst auch eine zentrale Vertiefung 26, die in einer ersten Oberfläche 28 derselben ausgebildet ist. Die zentrale Vertiefung 26 nimmt ein erstes Lager 30 auf, das die Welle 16 drehbar lagert. Es ist zu verstehen, dass das erste Lager 30 je nach Wunsch eine beliebige Art von Lager sein kann, wie z. B. ein Luftlager und ein Kugellager. Optional kann ein oder können mehrere (nicht gezeigte) Kühlmittelkanäle in der ersten Endplatte 22 ausgebildet sein. Die in der ersten Endplatte 22 ausgebildeten Kühlmittelkanäle können nach Wunsch mit dem Einlassanschlussstück 23, dem Auslassanschlussstück 25 und/oder den Fluidleitungen 20, die in dem Kühlmantel 18 ausgebildet sind, in Fluidverbindung stehen.
Eine zweite Endplatte 32 ist an einem zweiten Ende 34 der Statorbaugruppe 10 angeordnet. Die zweite Endplatte 32 bildet mit dem zweiten Ende 34 der Statorbaugruppe 10 eine im Wesentlichen fluiddichte Dichtung. Die zweite Endplatte 32 umfasst eine zentrale Vertiefung 36, die in einer ersten Oberfläche 38 derselben ausgebildet ist und geeignet ist, um ein zweites Lager 40 aufzunehmen, das die Welle 16 drehbar lagert. Es ist zu verstehen, dass das zweite Lager 40 je nach Wunsch eine beliebige Art von Lager sein kann, wie z. B. ein Luftlager oder ein Kugellager. Eine (nicht gezeigte) zentrale Öffnung ist in der zweiten Endplatte 32 ausgebildet. Die Welle 16 erstreckt sich durch die zentrale Öffnung zu dem angetriebenen Element. Optional kann einer oder können mehrere (nicht gezeigte) Kühlmittelkanäle in der zweiten Endplatte 32 ausgebildet sein. In diesem Fall erstrecken sich die in dem Kühlmantel 18 ausgebildeten Fluidleitungen 20 an das zweite Ende 34 der Statorbaugruppe 10 und stehen in Fluidverbindung mit den in der zweiten Endplatte 32 ausgebildeten Kühlmittelkanälen.
Zur Herstellung der Statorbaugruppe 10 wird eine (nicht gezeigte) Gussform für den Kühlmantel 18 um den Hauptkörperabschnitt 12 herum angeordnet, und der Kühlmantel 18 wird direkt über den Hauptkörperabschnitt 12 gegossen. Während der Kühlmantel 18 gegossen wird, werden die Fluidleitungen 20 mit Spritzguss in den Kühlmittelmantel 18 einge bracht. Es ist zu verstehen, dass der Kühlmantel 18 nach Wunsch vor dem Anordnen über dem Hauptkörperabschnitt 12 ausgebildet werden kann. Es ist auch zu verstehen, dass die Fluidleitungen 20 in dem Kühlmantel 18 nach Wunsch nach dem Gießen des Kühlmantels 18 ausgebildet werden können. Es ist ferner zu verstehen, dass die Gussform für den Kühlmantel 18 je nach Wunsch eine Struktur zum Ausbilden der Fluidleitungen 20 umfassen kann.
Der Hauptkörperabschnitt 12 und der Kühlmantel 18 sind um die Rotorbaugruppe 14 und die Welle 16 herum angeordnet. Die erste Endplatte 22, die das erste Lager 30 umfasst, ist mit dem ersten Ende 24 der Statorbaugruppe 10 abgedichtet, und die Welle 16 ist in dem ersten Lager 30 drehbar befestigt. Es ist zu verstehen, dass die erste Endplatte 22 mit dem ersten Ende 24 der Statorbaugruppe 10 mit einem beliebigen Mittel abgedichtet sein kann, wie z. B. mit (nicht gezeigten) Verbindungsschrauben. Das Einlassanschlussstück 23 und das Auslassanschlussstück 25 sind in den in der ersten Endplatte 22 ausgebildeten Öffnungen angeordnet, so dass sie mit den in dem Kühlmantel 18 ausgebildeten Fluidleitungen 20 in Verbindung stehen.
Die Welle 16 ist durch die in der zweiten Endplatte 32 ausgebildete zentrale Öffnung eingebracht. Die zweite Endplatte 32, die das zweite Lager 40 umfasst, ist mit dem zweiten Ende 34 der Statorbaugruppe 10 abgedichtet, und die Welle 16 ist in dem zweiten Lager 40 drehbar befestigt. Es ist zu verstehen, dass die zweite Endplatte 32 mit dem zweiten Ende 34 der Statorbaugruppe 10 mit einem beliebigen Mittel abgedichtet sein kann, wie z. B. mit (nicht gezeigten) Verbindungsschrauben.
Im Betrieb ist die Welle 16 mit dem angetriebenen Element gekoppelt. Von der Statorbaugruppe 10 wird ein Magnetfeld erzeugt, welches die Rotor baugruppe 14 und die Welle 16 dazu veranlasst, sich um die Langsachse X des Hauptkörperabschnitts 12 zu drehen. Die Drehung der Rotorbaugruppe 14 und der Welle 16 wird auf das angetriebene Element übertragen. Während eines Betriebs der Statorbaugruppe 10 wird Wärme erzeugt. Kühlmittel aus der Kühlmittelquelle wird zum Strömen in das Einlassanschlussstück 23 und durch die erste Endplatte 22 in die in dem Kühlmantel 18 ausgebildeten Fluidleitungen 20 veranlasst. Das Kühlmittel absorbiert Wärmeenergie aus dem Hauptkörperabschnitt 12, um den Hauptkörperabschnitt 12 zu kühlen. Wenn Kühlmittelkanäle in den Endplatten 22, 32 ausgebildet sind, kann dort hindurchströmendes Kühlmittel zum Kühlen des ersten Endes 24 und des zweiten Endes 34 der Statorbaugruppe 10 verwendet werden. Das Kühlmittel strömt dann durch das Auslassanschlussstück 25 aus der Statorbaugruppe 10. Das Kühlmittel kann zwischen der Kühlmittelquelle und den in dem Kühlmantel 18 ausgebildeten Fluidleitungen 20 zurückgeleitet werden, um die Temperatur der Statorbaugruppe 10 in einem Sollbereich zu halten.
3 zeigt eine Statorbaugruppe 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Eine Struktur, die einer Struktur ähnelt, die voranstehend mit 1 und 2 erörtert wurde, umfasst das gleiche Bezugszeichen gefolgt von einem ersten „'"-Symbol. Eine Leitung 111 ist in einer (nicht gezeigten) Gussform zum Ausbilden eines Kühlmantels 118 angeordnet. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Leitung 111 aus einer Edelstahllegierung ausgebildet. Es ist zu verstehen, dass zum Ausbilden der Leitung 111 andere Materialien verwendet werden können, wie z. B. eine Aluminiumlegierung oder Messing. Die Leitung 111 umfasst einen Fluideinlass 123 und einen Fluidauslass 125 in Fluidverbindung mit einer Kühlmittelquelle. Obwohl die Leitung 111 als eine spiralförmig gewickelte Spule gezeigt ist, können je nach Wunsch andere Leitungsformen und Strömungsmuster verwendet werden.
Um den Kühlmantel 118 auszubilden, wird die Leitung 111 um einen Hauptabschnitt 12' der Statorbaugruppe 110 herum angeordnet. Der Kühlmantel 118 wird um die Leitung 111 herum gegossen. Dann werden der Fluideinlass 123 und der Fluidauslass 125 mit der Kühlmittelquelle verbunden, um eine Fluidverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der Leitung 111 zu schaffen. Der restliche Zusammenbauvorgang der Statorbaugruppe 10 gleicht im Wesentlichen demjenigen, wie er voranstehend für 1 und 2 beschrieben ist.
Im Betrieb ist die Statorbaugruppe 110 mit einem (nicht gezeigten) angetriebenen Element gekoppelt, wie voranstehend für 1 und 2 beschrieben ist. Von der Statorbaugruppe 110 wird ein Magnetfeld erzeugt, was zur Erzeugung von Wärme führt. Kühlmittel von der Kühlmittelquelle wird zum Strömen durch die Leitung 111 veranlasst. Das Kühlmittel absorbiert Wärmeenergie von dem Hauptkörperabschnitt 12'. Das Kühlmittel kann zwischen der Kühlmittelquelle und der Rohrleitung 111, die in dem Kühlmantel 118 angeordnet ist, zurückgeleitet werden, um die Temperatur der Statorbaugruppe 110 in einem Sollbereich zu halten.
Aus der voranstehenden Beschreibung kann ein Fachmann die wesentlichen Merkmale dieser Erfindung leicht entnehmen und, ohne von dem Geist und dem Schutzumfang derselben abzuweichen, verschiedene Änderungen und Modifikationen an der Erfindung durchführen, um sie an verschiedene Verwendungen und Bedingungen anzupassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 7002267 [0003]
- US 4076989 [0003]

Claims

Statorbaugruppe, die umfasst: einen hohlen Hauptkörper, der zur Aufnahme eines Rotors darin geeignet ist; und einen um den Hauptkörper herum angeordneten Kühlmantel, wobei der Kühlmantel mindestens eine Leitung umfasst, die zur Aufnahme eines Kühlmittels darin geeignet ist.
Statorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Hauptkörper aus Eisen gebildet ist und der Kühlmantel aus Aluminium gebildet ist.
Statorbaugruppe nach Anspruch 1, die ferner eine an einem ersten Ende der Statorbaugruppe angeordnete erste Endplatte und eine an einem zweiten Ende der Statorbaugruppe angeordnete zweite Endplatte umfasst.
Statorbaugruppe nach Anspruch 3, wobei die Leitung ein Einlassanschlussstück und ein Auslassanschlussstück umfasst.
Statorbaugruppe nach Anspruch 4, wobei das Einlassanschlussstück und das Auslassanschlussstück in der ersten Endplatte angeordnet sind.
Statorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Leitung in einer Wand des Kühlmantels ausgebildet ist.
Statorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Leitung aus einer Edelstahllegierung, einer Aluminiumlegierung und/oder Messing ausgebildet ist.
Statorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Leitung im Wesentlichen parallel zu einer Langsachse des Hauptkörpers verläuft.
Statorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Leitung eine spiralförmig gewickelte Spule bildet.
Statorbaugruppe zur Verwendung in einem fluidgekühlten Motor, die umfasst: einen hohlen Hauptkörper, der ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und zur Aufnahme eines Rotors darin geeignet ist; einen um den Stator herum angeordneten Kühlmantel, wobei der Kühlmantel mindestens eine Leitung umfasst, die zur Aufnahme eines Kühlmittels darin geeignet ist; eine an dem ersten Ende des Hauptkörpers angeordnete erste Endplatte; und eine an dem zweiten Ende des Hauptkörpers angeordnete zweite Endplatte.
Statorbaugruppe nach Anspruch 10, wobei der Hauptkörper aus Eisen gebildet ist und der Kühlmantel aus Aluminium gebildet ist.
Statorbaugruppe nach Anspruch 10, wobei die Leitung aus einer Edelstahllegierung, einer Aluminiumlegierung und/oder Messing gebildet ist.
Statorbaugruppe nach Anspruch 10, wobei die Leitung ein Einlassanschlussstück und ein Auslassanschlussstück umfasst.
Statorbaugruppe nach Anspruch 13, wobei das Einlassanschlussstück und das Auslassanschlussstück in der ersten Endplatte angeordnet sind.
Statorbaugruppe nach Anspruch 10, wobei die Leitung in einer Wand des Kühlmantels ausgebildet ist.
Statorbaugruppe nach Anspruch 10, wobei die Leitung im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Hauptkörpers verläuft.
Statorbaugruppe nach Anspruch 10, wobei die Leitung eine spiralförmig gewickelte Spule bildet.
Verfahren zur Herstellung einer Statorbaugruppe, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Hauptkörpers mit einem hohlen Innenraum, der zur Aufnahme eines Rotors darin geeignet ist; und Ausbilden eines Kühlmantels um den Hauptkörper herum; wobei der Kühlmantel mindestens eine Leitung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner den Schritt des Ausbildens der Leitung aus einer Edelstahllegierung, einer Aluminiumlegierung und/oder Messing umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Leitung eine spiralförmig gewickelte Spule bildet.