DE102013205132A1

DE102013205132A1 - Stator with axial liquid cooling

Info

Publication number: DE102013205132A1
Application number: DE201310205132
Authority: DE
Inventors: Christian Dassler; Dustin Knetsch; Silvia Kutzberger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (01) mit axial verlaufenden Statorkanälen (02) und in den Statorkanälen (02) angeordneten Kühlrohren (03). Der erfindungsgemäße Stator zeichnet sich dadurch aus, dass die Kühlrohre (03) an beiden Enden des Stators (01) axiale Überstände (04) aufweisen, dass an beiden Enden des Stators (01) jeweils eine Verteilerkappe (05) angeordnet ist, wobei die Verteilerkappen (05) mit den Statorkanälen (02) fluchtende Verteilerkappenkanäle (07) aufweisen, welche zur Aufnahme der axialen Überstände (04) der Kühlrohre (03) dienen, dass jede Verteilerkappe (05) eine umlaufende Nut (08) zum Zuführen bzw. Abführen von Kühlmittel über eine Zugangsöffnung (09) aufweist, wobei sich die Nut (08) von der Zugangsöffnung (09) über die einzelnen Verteilerkappenkanäle (07) bis zu einem letzten Verteilerkappenkanal (07) erstreckt.The invention relates to a stator (01) with axially extending stator channels (02) and cooling tubes (03) arranged in the stator channels (02). The stator according to the invention is characterized in that the cooling tubes (03) have axial protrusions (04) at both ends of the stator (01) and that a distributor cap (05) is arranged at each end of the stator (01), the distributor caps (05) with the stator channels (02) aligned distribution cap channels (07), which serve to accommodate the axial protrusions (04) of the cooling tubes (03), that each distributor cap (05) has a circumferential groove (08) for supplying or removing Has coolant via an access opening (09), the groove (08) extending from the access opening (09) via the individual distributor cap channels (07) to a last distributor cap channel (07).

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator mit axial verlaufenden Statorkanälen und in den Statorkanälen angeordneten Kühlrohren. The invention relates to a stator with axially extending stator channels and cooling tubes arranged in the stator channels.

Ein derartiger Stator kann bei elektrischen Maschinen beispielsweise in Automotive-Anwendungen, zum Beispiel in der elektrischen Achseinheit, eingesetzt werden. Such a stator can be used in electrical machines, for example in automotive applications, for example in the electrical axle unit.

Bei derzeit bekannten Lösungen erfolgt die Kühlung des Stators über einen Kühlmantel, der sich auf der Mantelfläche des Stators befindet. Die Kühlflüssigkeit wird hierbei tangential um die Motorachse geführt. Ein Nachteil dieser Art von Kühlung ist die nennenswerte Distanz zwischen der Wärmequelle (Kupferwicklung im Stator) und der Wärmesenke (Kühlflüssigkeit). Diese Distanz bedingt eine thermische Trägheit, welche bei bestimmten Anwendungen der elektrischen Maschine zeitweilig zu hohen Temperaturen in den bestromten Litzen führen kann, was in bestimmten Fällen ein Abschalten der Maschine erfordern kann. Bei elektrischen Antriebseinheiten ist es bekannt, dass bei hohen Temperaturen der Antrieb in das sogenannte Derating geht. Derating bedeutet, die elektrische Maschine nimmt dass maximale Drehmoment zurück, so dass die maximal zulässige interne Motortemperatur oder die maximal zulässige interne Elektroniktemperatur nicht überschritten wird. Die DE 10 2006 044 965 A1 zeigt einen Stator mit axial verlaufenden Kanälen, in die Kühlrohre einsetzbar sind, und Mitteln zum zumindest abschnittsweise bzw. punktuellen Anpressen der Kühlrohre an die Bleche des Stators. Die Mittel können beispielsweise als reversible oder irreversible Verformungen des Stators ausgebildet sein. Mit der beschriebenen Lösung soll eine gute thermische Anbindung der Kühlrohre an den Stator realisiert werden.In currently known solutions, the cooling of the stator via a cooling jacket, which is located on the lateral surface of the stator. The coolant is guided tangentially around the motor axis. A disadvantage of this type of cooling is the significant distance between the heat source (copper winding in the stator) and the heat sink (cooling liquid). This distance requires a thermal inertia, which in certain applications of the electric machine can temporarily lead to high temperatures in the energized strands, which may require a shutdown of the machine in certain cases. In electric drive units, it is known that at high temperatures, the drive goes into the so-called derating. Derating means that the electric machine decreases the maximum torque so that the maximum permissible internal motor temperature or the maximum permissible internal electronic temperature is not exceeded. The DE 10 2006 044 965 A1 shows a stator with axially extending channels, can be used in the cooling tubes, and means for at least partially or punctually pressing the cooling tubes to the sheets of the stator. The means may be formed, for example, as reversible or irreversible deformations of the stator. With the solution described, a good thermal connection of the cooling tubes to the stator is to be realized.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Stator mit einer effizienten Kühlung zur Verfügung zu stellen, welcher im Vergleich zu Lösungen, welche einen Kühlmantel verwenden, einen verringerten radialen Bauraum benötigt.The object of the present invention is to provide a stator with an efficient cooling, which requires a reduced radial space compared to solutions which use a cooling jacket.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient ein Stator gemäß dem beigefügten Anspruch 1. To achieve the object according to the invention, a stator according to the appended claim 1 is used.

Der erfindungsgemäße Stator umfasst zwei Verteilerkappen, welche an den Enden des Stators angeordnet sind. Die Verteilerkappen weisen mit den Statorkanälen fluchtende Verteilerkappenkanäle auf, welche zur Aufnahme der axialen Überstände der Kühlrohre dienen. Jede Verteilerkappe besitzt eine umlaufende Nut zum Zuführen bzw. Abführen von Kühlmittel über eine Zugangsöffnung, wobei sich die Nut von der Zugangsöffnung über die einzelnen Verteilerkappenkanäle bis zu einem letzten Verteilerkappenkanal erstreckt.The stator according to the invention comprises two distributor caps, which are arranged at the ends of the stator. The distributor caps have distributor cap channels aligned with the stator channels, which serve to receive the axial projections of the cooling tubes. Each distributor cap has a circumferential groove for supplying coolant via an access port, the groove extending from the access port via the individual distributor cap passages to a last distributor cap passage.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass sich durch Verwendung axial im Stator verlaufender Statorkanäle die Distanz zwischen Wärmequelle (Statorwicklung) und Wärmesenke (Kühlflüssigkeit) verkürzt, wodurch eine erhöhte Effizienz der Kühlung erreicht werden kann. Hierdurch können Temperaturspitzen reduziert und ein vorzeitiges Derating vermieden werden. Mit einer Reduzierung der Temperatur in den Litzen kann ein erhöhter Wirkungsgrad einer elektrischen Maschine, welche einen erfindungsgemäßen Stator verwendet, realisiert werden. Die Leistungsdichte der elektrischen Maschine kann hierdurch gesteigert werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Stators ist, dass die Druckverluste durch die kürzere durchflossene Strecke im Stator verringert werden. An advantage of the solution according to the invention is that the distance between the heat source (stator winding) and heat sink (cooling liquid) is shortened by using stator channels extending axially in the stator, whereby an increased efficiency of the cooling can be achieved. As a result, temperature peaks can be reduced and premature derating avoided. With a reduction of the temperature in the strands, an increased efficiency of an electrical machine using a stator according to the invention can be realized. The power density of the electric machine can thereby be increased. Another advantage of the stator according to the invention is that the pressure losses are reduced by the shorter path through the stator.

Durch den Entfall des Kühlmantels wird der radiale Bauraum reduziert. Der axiale Bauraum vergrößert sich aufgrund der Verwendung der Verteilerkappen. Die Verteilerkappen sorgen für eine gleichmäßige Verteilung der Kühlflüssigkeit auf die Statorkanäle. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn sich die Breite der in die Verteilerkappe eingebrachten Nut ausgehend von der Zugangsöffnung fortlaufend verringert, wobei die Breite der Nut am letzten Verteilerkappenkanal der Breite der Verteilerkappenkanäle entspricht. Durch den Axialdurchfluss sind die Statorkanäle zueinander abgeschlossen, wodurch die Gefahr einer Leckagewirkung zwischen den Einzelkanälen ausgeschlossen werden kann. The elimination of the cooling jacket of the radial space is reduced. The axial space increases due to the use of the distributor caps. The distributor caps ensure an even distribution of the cooling liquid on the stator channels. In this context, it has proved to be particularly advantageous if the width of the groove introduced into the distributor cap decreases continuously starting from the access opening, the width of the groove on the last distributor cap channel corresponding to the width of the distributor cap channels. Due to the axial flow, the stator channels are closed to each other, whereby the risk of a leakage effect between the individual channels can be excluded.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS.

Es zeigen:Show it:

1: eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stators; 1 a perspective view of a stator according to the invention;

2: eine Verteilerkappe in einer perspektivischen Ansicht von oben. 2 : a distributor cap in a perspective view from above.

1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stators 01. Der erfindungsgemäße Stator 01 weist axial verlaufende Statorkanäle 02 auf. In den Statorkanälen 02 sind Kühlrohre 03 angeordnet, welche vorzugsweise aus Aluminium bestehen. Die Kühlrohre 03 weisen an beiden Enden des Stators 01 axiale Überstände 04 auf. Der Stator 01 umfasst weiterhin zwei Verteilerkappen 05, auf welchen jeweils ein Deckel 06 befestigt ist. Die Verteilerkappen 05 besitzen mit den Statorkanälen 02 fluchtende Verteilerkappenkanäle 07. Im aufgesetzten Zustand der Verteilerkappen 05 befinden sich die axialen Überstände 04 innerhalb der Verteilerkappenkanäle 07 und münden dort. 1 shows a perspective view of a stator according to the invention 01 , The stator according to the invention 01 has axially extending stator channels 02 on. In the stator channels 02 are cooling tubes 03 arranged, which preferably consist of aluminum. The cooling pipes 03 point at both ends of the stator 01 axial projections 04 on. The stator 01 also includes two distributor caps 05 , on each of which a lid 06 is attached. The distributor caps 05 own with the stator channels 02 aligned distribution cap channels 07 , In the fitted state of the distributor caps 05 are the axial projections 04 within the distributor cap channels 07 and lead there.

2 kann entnommen werden, dass die Verteilerkappen 05 jeweils eine umlaufende Nut 08 zum Zuführen bzw. Abführen von Kühlmittel über eine Zugangsöffnung 09 aufweisen. Die Nut 08 erstreckt sich von der Zugangsöffnung 09 über die einzelnen Verteilerkappenkanäle 07 bis zu einem letzten Verteilerkappenkanal 07. Die Breite der umlaufenden Nut 08 verringert sich ausgehend von der Zugangsöffnung 09 fortlaufend. Bei Erreichen des letzten Verteilerkappenkanals 07 entspricht die Breite der Nut 08 vorzugsweise dem Durchmesser des letzten Verteilerkappenkanals. Bevorzugt besitzen alle Verteilerkappenkanäle 07 denselben lichten Durchmesser, sodass sich im Wesentlichen gleiche Strömungsverhältnisse am Umfang des Stators einstellen. Die veränderliche Breite der Nut 08 unterstützt eine gleichmäßige Verteilung der Kühlflüssigkeit. 2 can be seen that the distributor caps 05 each a circumferential groove 08 for supplying or discharging coolant via an access opening 09 exhibit. The groove 08 extends from the access opening 09 over the individual distributor cap channels 07 up to a last distributor cap channel 07 , The width of the circumferential groove 08 decreases starting from the access opening 09 continuously. Upon reaching the last distributor cap channel 07 corresponds to the width of the groove 08 preferably the diameter of the last distributor cap channel. Preferably all have distributor cap channels 07 the same clear diameter, so that set substantially the same flow conditions on the circumference of the stator. The variable width of the groove 08 Supports a uniform distribution of the cooling liquid.

Die Kühlflüssigkeit wird über die Zugangsöffnung 09 an einer der beiden Verteilerkappen 05 zugeführt und dort an die mehreren Kühlrohre 03 verteilt. Nachfolgend werden die Kühlrohre 03 parallel durchströmt und die erwärmte Kühlflüssigkeit gelangt in die gegenüberliegende Verteilerkappe 05, um dort über deren Zugangsöffnung 09 abgeführt zu werden.The cooling liquid is via the access opening 09 on one of the two distributor caps 05 fed and there to the several cooling pipes 03 distributed. Below are the cooling tubes 03 flows through in parallel and the heated coolant reaches the opposite distributor cap 05 to get there via its access opening 09 to be dissipated.

Bei der Montage des Stators 01 werden zunächst die an beiden Enden des Stators 01 axial überstehenden Kühlrohre 03 in das Statorblechpaket gefügt und mit den Litzen umwickelt. Auf die vergossene Statorbaugruppen werden anschließend axial bündig die Verteilerkappen 05 und die Deckel 06 gefügt. When mounting the stator 01 First, the at both ends of the stator 01 axially projecting cooling tubes 03 Inserted into the laminated stator core and wrapped with the strands. On the potted stator assemblies are then axially flush the distributor caps 05 and the lids 06 together.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

0101: Stator stator
0202: Statorkanäle stator channels
0303: Kühlrohre cooling pipes
0404: axiale Überstände axial projections
0505: Verteilerkappen distributor caps
0606: Deckel cover
0707: Verteilerkappenkanäle Distributor Cap channels
0808: Nut groove
0909: Zugangsöffnung access opening

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006044965 A1 [0003]

Claims

Stator ( 01 ) with axially extending stator channels ( 02 ) and in the stator channels ( 02 ) arranged cooling tubes ( 03 ), characterized in that the cooling tubes ( 03 ) at both ends of the stator ( 01 ) axial projections ( 04 ) have at both ends of the stator ( 01 ) each a distributor cap ( 05 ), the distributor caps ( 05 ) with the stator channels ( 02 ) aligned distribution cap channels ( 07 ), which for receiving the axial projections ( 04 ) of the cooling tubes ( 03 ) serve that each distributor cap ( 05 ) at least one circumferential groove ( 08 ) for supplying or discharging coolant via an access opening ( 09 ), wherein the groove ( 08 ) from the access opening ( 09 ) via the individual distributor cap channels ( 07 ) to a last distributor cap channel ( 07 ).

Stator ( 01 ) according to claim 1, characterized in that the width of the circumferential groove ( 08 ) starting from the access opening ( 09 ) is continuously reduced, wherein the width of the groove ( 08 ) at the last distributor cap channel ( 07 ) the diameter of the last distributor cap channel ( 07 ) corresponds.

Stator ( 01 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the distributor caps ( 07 ) each have a lid ( 06 ), which the groove ( 08 ) covers.

Stator ( 01 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cooling tubes ( 03 ) consist of aluminum.