-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Statorelement für eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug, einen entsprechenden Stator, eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug, die einen entsprechenden Stator umfasst sowie auf ein Verfahren zum Herstellen eines Statorelements für eine elektrische Maschine.
-
Bei heute verfügbaren Lösungen für elektrische Maschinen wird die notwendige Leistungselektronik beziehungsweise werden Halbleiterleistungsmodule getrennt vom Eisenkern in unterschiedlichen Varianten angebaut und separat an eine Kühlung angebunden. Eine Leistungselektronik für eine elektrische Antriebsmaschine ist üblicherweise in einem separaten Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse kann über Kabel mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden sein.
-
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Statorelement für eine elektrische Maschine, einen verbesserten Stator für eine elektrische Maschine, eine verbesserte elektrische Maschine sowie ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Statorelements für eine elektrische Maschine.
-
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Statorelement für eine elektrische Maschine eine Leistungselektronik umfassen. So kann die Leistungselektronik direkt in das Statorelement und somit eine elektrische Maschine, die das Statorelement umfasst, integriert werden. So kann mit dem hier vorgestellten Konzept auch eine zusätzliche Leistungselektronik teilweise oder ganz verzichtet werden und gleichzeitig Leistungshalbleiter – evtl. mit Logik – und der Kondensator möglichst nahe an jeden Einzelzahn der elektrischen Maschine gebracht werden.
-
Entsprechend dem hier vorgestellten Ansatz kann die Leistungsdichte der gesamten Antriebseinheit einer elektrischen Maschine vorteilhaft erhöht werden. Kostenintensive Schnittstellen wie beispielsweise AC-Verkabelungen, AC-Anschlusstechnik, Zusatzgehäuse oder Kühlelemente können entfallen.
-
Ein Statorelement für eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug umfasst einen Grundkörper und eine in den Grundkörper integrierte Leistungselektronik.
-
Bei der elektrischen Maschine kann es sich beispielsweise um einen Elektromotor oder einen Generator handeln. Aus einer Mehrzahl von Statorelementen kann ein Stator für eine elektrische Maschine gebildet werden. Unter einem Stator kann ein feststehender Teil der elektrischen Maschine verstanden werden. Unter einem Statorelement kann ein Einzelzahn, ein Einzelzahnmodul oder ein Strang des Stators verstanden werden. Der Grundkörper des Statorelements kann aus einem weichmagnetischen Material, beispielsweise aus Metall und/oder Kunststoff, aufgebaut sein. Unter einem Grundkörper kann ein Statorelement eines Stators oder eines Einzelzahnmoduls eines Stators verstanden werden. Beispielsweise kann der Grundkörper einen Eisenkern einer Spule darstellen. Der Grundkörper kann aus geblechtem Stahl aufgebaut sein. So kann das Statorelement eine Mehrzahl von Platten umfassen, die aus einem ferromagnetischen Material wie beispielsweise Eisen bestehen. Unter der Leistungselektronik kann zumindest ein Leistungselektronikelement, ein Leistungselektronikmodul, ein Leistungshalbleiter oder ein Halbleiterleistungsmodul verstanden werden. Bei der Leistungselektronik kann es sich um ein flächenkontaktiertes Halbleiterleistungsmodul handeln. Die Leistungselektronik kann einen Leistungstransistor umfassen. Die Leistungselektronik kann eine Logikschaltung umfassen. Vorteilhaft kann die Leistungselektronik direkt innerhalb des Eisenkerns des Statorelements integriert sein. Vorteilhaft kann dadurch eine Bauraumeinsparung erzielt werden. Vorteilhaft kann die Leistungselektronik in einer räumlichen Nähe zu einer Spule des Stators angeordnet sein. Vorteilhaft spart die hier vorgestellte Idee Bauraum, Schnittstellen und Kosten ein.
-
Gemäß einer Ausführungsform des Statorelements kann die Leistungselektronik in einem zurückgesetzten Bereich des Grundkörpers angeordnet sein. Unter einem zurückgesetzten Bereich kann eine Aussparung verstanden werden. Unter dem zurückgesetzten Bereich kann beispielsweise ein U-förmiger Ausschnitt in einem Randbereich des Grundkörpers verstanden werden. Das Statorelement kann auf einer Seite einen zurückgesetzten Bereich aufweisen, in dem die Leistungselektronik angeordnet sein kann. Die Leistungselektronik kann die Aussparung komplett ausfüllen. Auch kann der zurückgesetzte Bereich so gestaltet sein, dass eine Höhe der Ausnehmung eine Höhe der Leistungselektronik übersteigt. Vorteilhaft kann dadurch ein notwendiger Bauraum für das Statorelement durch die Leistungselektronik eingehalten oder nicht vergrößert werden. Mit dieser Ausführungsform kann eine Integration der Leistungselektronik vorteilhaft bauraumsparend erfolgen. Gleichzeitig kann auf einfache und kostengünstige Weise verhindert werden, dass die Leistungselektronik im Einsatz oder Verbau des Statorelements in der elektrischen Maschine beschädigt wird.
-
Der zurückgesetzte Bereich des Grundkörpers kann als ein Schlitz ausgeformt sein. In dem Schlitz kann die Leistungselektronik angeordnet sein. Die Leistungselektronik kann eine flächige Ausdehnung mit einer geringen Höhe aufweisen. So kann die Leistungselektronik in einem als einen Schlitz ausgebildeten zurückgesetzten Bereich angeordnet sein. Die Leistungselektronik kann die durch den Schlitz geschaffene Aussparung ausfüllen. Vorteilhaft kann der zurückgesetzte Bereich auf einfache und kostengünstige Weise einen Raum schaffen, in dem die Leistungselektronik vollständig angeordnet sein kann.
-
Der Grundkörper des Statorelements kann eine Außenseite aufweisen, die in einem montierten Zustand des Statorelements eine einem Rotor der elektrischen Maschine abgewandte Seite des Statorelements repräsentiert. Der zurückgesetzte Bereich kann auf der Außenseite ausgeformt sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform des Statorelements kann der Grundkörper einen Spulenkörper für eine Spule der elektrischen Maschine darstellen. Unter einem Spulenkörper kann ein Spulenträger verstanden werden. Der Spulenkörper kann als ein rechteckiger oder zylindrischer Körperabschnitt oder Rohrabschnitt mit oder ohne seitliche Flansche ausgeformt sein. Auf den Spulenkörper kann eine Spule gewickelt werden. Der Stator kann eine Statorwicklung oder Spule aufweisen, die ausgebildet ist, um beim Leiten eines Stroms durch die Statorwicklung ein Magnetfeld zu erzeugen. Bei der Statorwicklung kann es sich etwa um eine Drahtspule handeln.
-
Gemäß einer Ausführungsform des Statorelements kann der Grundkörper ein Segment eines Statorrings für eine Mehrzahl von Spulenkörpern darstellen. Aus einer Mehrzahl von Segmenten eines Statorrings kann ein Statorring für eine Mehrzahl von Spulenkörpern ausgeformt sein. So kann ein Stator einen Statorring und eine Mehrzahl von Spulenkörpern umfassen. So kann eine Leistungselektronik in den Statorring integriert sein. Alternativ kann ein Statorring eine Mehrzahl von Leistungselektroniken umfassen.
-
Das Statorelement kann ein Kühlelement umfassen. Zur besseren Wärmeableitung kann der Stator mit zumindest einem Kühlelement vorgesehen sein, das mit dem Statorelement thermisch gekoppelt ist. Die Leistungselektronik kann eine thermische Kopplung mit dem Kühlelement aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform kann das Statorelement eine Mehrzahl von Kühlelementen umfassen. Unter einem Kühlelement kann eine Statorkühlung verstanden werden. Unter einem Kühlelement kann beispielsweise ein Kühlkörper aus einem wärmeleitfähigen Material oder auch ein Lüfter verstanden werden. Mittels des Kühlelements kann ein Überhitzen des Statorelements oder der Leistungselektronik verhindert werden. Das Kühlelement kann ausgebildet sein, das Statorelement und gleichzeitig oder alternativ die Leistungselektronik zu kühlen. Vorteilhaft kann eine vorhandene thermische Anbindung des Statorelements oder des Grundkörpers des Statorelements an einen Kühlmantel der elektrischen Maschine zur Kühlung der Leistungselektronik mitgenutzt werden.
-
Die Leistungselektronik kann eine Platine und eine auf der Platine angeordnete elektrische Schaltung umfassen. Die elektrische Schaltung kann eine Mehrzahl elektrischer Komponenten umfassen, die über Leiterbahnen auf der Platine miteinander verschaltet sind. Bei den elektrischen Komponenten kann es sich um Halbleiterbauteile handeln. Über die elektrische Schaltung kann eine Logikschaltung realisiert sein.
-
In einer weiteren Ausführungsform kann das Statorelement zumindest eine weitere in den Grundkörper integrierte Leistungselektronik umfassen. So kann ein Statorelement eine in den Grundkörper integrierte erste Leistungselektronik und zumindest eine in den Grundkörper integrierte zweite Leistungselektronik umfassen.
-
Ein Stator für eine elektrische Maschine umfasst mindestens ein Statorelement gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen. Wenn ein Stator für eine elektrische Maschine ein Statorelement aufweist, welches einen Grundkörper und eine in den Grundkörper integrierte Leistungselektronik umfasst, kann eine Bauraumeinsparung im Vergleich zu einem herkömmlichen Stator erzielt werden. Vorteilhaft kann die Leistungselektronik in einer räumlichen Nähe zu einer Spule des Stators angeordnet sein.
-
Der Stator kann eine Mehrzahl von Statorelementen aufweisen. Die Mehrzahl von Statorelementen kann kreisförmig angeordnet sein. Beispielsweise umfasst der Stator eine Mehrzahl von Statorelementen. Schmalseiten der Statorelemente können benachbart oder aneinander angrenzend um einen Rotor der elektrischen Maschine angeordnet sein.
-
Eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug weist einen Stator gemäß einem der vorangegangenen Ausführungsformen auf. Günstig ist es auch, wenn eine elektrische Maschine einen Stator gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen und einen Rotor umfasst. Der Rotor kann zumindest einen Permanentmagneten aufweisen. Der Rotor kann durch ein von dem Statorelement gebündeltes Magnetfeld in Rotation versetzt werden, wenn die elektrische Maschine als Elektromotor betrieben wird.
-
Eine Leistungselektronik kann eine elektrische Schaltung sein, die elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Leistungselektronik kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Leistungselektronik umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
-
Ein Verfahren zum Herstellen eines Statorelements für eine elektrische Maschine umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Grundkörpers und einer Leistungselektronik;
Integrieren der Leistungselektronik in den Grundkörper, um das Statorelement für die elektrische Maschine herzustellen.
-
Durch Ausführen des Verfahrens kann eine Ausführungsform des vorstehend genannten Statorelements für eine elektrische Maschine vorteilhaft hergestellt werden.
-
Ein Verfahren zum Herstellen eines Stators für eine elektrische Maschine umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen einer Mehrzahl von Statorelementen mit integrierter Leistungselektronik gemäß einer der vorangegangenen Ausführungsformen; und
Anordnen der Mehrzahl von Statorelementen, um den Stator herzustellen.
-
Vorteilhafterweise kann ein Statorelement gemäß einer der vorangegangenen Ausführungsformen zur Strangansteuerung und/oder Einzelzahnansteuerung des Stators verwendet werden.
-
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Prinzipdarstellung einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine Querschnittsdarstellung einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
3 eine Prinzipdarstellung eines Statorelements eines Stators für eine elektrische Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
4 eine Prinzipdarstellung eines Statorelements mit einem Kühlelement für einen Stator einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
-
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Statorelements für eine elektrische Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
-
1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer elektrischen Maschine 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der elektrischen Maschine 100 um eine rotierende elektrische Maschine in Form eines Elektromotors. Es kann sich alternativ dabei auch um eine andere rotierende Maschine wie beispielsweise einen Generator handeln. Die elektrische Maschine 100 umfasst einen Rotor 102 und einen Stator 104. Der Rotor 102 wird auch als Anker 102 bezeichnet. Der Stator 104 umfasst bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 100 zwei Statorelemente 106. Alternativ kann der Stator 104 auch lediglich ein Statorelement 106 oder mehr als zwei Statorelemente 106 aufweisen. Die Statorelemente 106 umfassen je einen Grundkörper 108 sowie eine in den jeweiligen Grundkörper 108 integrierte Leistungselektronik 110. Die Statorelemente 106 stellen hier je einen Spulenkörper dar.
-
Die elektrische Maschine 100 kann in einer Anlage oder einer Maschine, beispielsweise in einem Fahrzeug 101 angeordnet sein. Beispielsweise handelt es sich bei der elektrischen Maschine 100 um die Antriebsmaschine eines Elektrofahrzeugs 101. In einem alternativen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der elektrischen Maschine 100 um einen Stellmotor des Fahrzeugs 101.
-
Wie die Darstellung in 1 zeigt, können die beiden Statorelemente 106 so angeordnet sein, beispielsweise gegenüberliegend, dass sich der Rotor 102 zwischen ihnen befindet (Innenläufermaschine). Alternativ dazu können die Statorelemente 106 so angeordnet sein, dass sich der Rotor 102 dazu radial außerhalb befindet (Außenläufermaschine). Bei den Grundkörpern 108 handelt es sich hier beispielhaft um Eisenkerne, wobei jeder der Eisenkerne aus einer Mehrzahl gestapelter und miteinander verklebter dünner Eisenplatten gebildet ist. Anstelle von Eisen kann auch ein anderer geeigneter magnetisierbarer Werkstoff als Material für den Grundkörper 108 gewählt werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird ein Kunststoff-Metall-Verbundwerkstoff, beispielweise bestehend aus einer Kunststoffmatrix mit Metalleinlagen oder Metallpulvereinlagerungen (Teilchenverbundwerkstoffe), für den Grundkörper 108 verwendet. Die Statorelemente 106 dienen als Kerne von Spulen 111. Jede der Spulen 111 weist zumindest eine Wicklung eines elektrischen Leiters auf. Jede der Spulen 111 weist elektrische Anschlüsse zum Leiten eines elektrischen Stroms durch die jeweilige Spule 111 auf. Wird eine der Spulen 111 von einem elektrischen Strom durchflossen, so wird ein Magnetfeld erzeugt, das über das Statorelement 106 der jeweiligen Spule 111 geführt wird. Im Betrieb entstehen zwischen dem Rotor 102 und der im Stator 104 untergebrachten Erregerwicklung 111 Kräfte, die zu einer Drehbewegung des Rotors 102 führen. In einem Ausführungsbeispiel weist eine starr mit dem Rotor 102 verbundene Welle die gleiche Drehbewegung auf, wie der Rotor 102.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist jeder Spule 111 eine Leistungselektronik 110 zugeordnet, die ausgebildet ist, um einen Stromfluss durch die jeweilige Spule 111 und somit ein Betrieb der elektrischen Maschine 100 zu steuern. Dazu können die Leistungselektroniken 110 mit einem Anschluss 112 der elektrischen Maschine 100 sowie mit elektrischen Anschlüssen der jeweils zugeordneten elektrischen Spule 111 verbunden sein.
-
Durch die in 1 gezeigte Integration der Leistungselektroniken 110 direkt in die Statorelemente 106 kann im Vergleich zum bekannten Stand der Technik vorteilhaft die Zahl einzelner Schnittstellen und Komponenten reduziert werden. Nicht zuletzt ergibt das auch die Möglichkeit, vormontierte Einzelsysteme für eine einfachere Produktion zu nutzen. Daneben werden noch weitere Vorteile in den Bereichen Fehlerbeherrschung, Redundanz, funktionale Sicherheit und Systemwirkungsgrad erzielt.
-
2 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer elektrischen Maschine 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der elektrischen Maschine 100 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 gezeigten elektrischen Maschine 100 handeln. 2 zeigt anhand einer Querschnittsdarstellung einen Einsatz einer Mehrzahl von beispielhaften Statorelementen 106 aus 1 in einer elektrischen Maschine 100. Wie die Darstellung in 2 zeigt, sind die beispielsweise identischen Statorelemente 106 hier zur Bildung des Stators 104 der elektrischen Maschine 100 kreisförmig um den Rotor 102 herum angeordnet. Die einzelnen Statorelemente 106 bilden hier Spulenkörper des Stators 104 und sind fest zu einem Statorring 214 verbunden. Der Statorring 214 ist von einem Statorgehäuse 216 radial umgeben. In dieses ist der Statorring ortsfest eingefügt, beispielsweise eingeschrumpft, eingeklebt, eingebettet, etc.. Radial nach außen sind auf dem Statorgehäuse 216 auf seiner Außenseite Kühlelemente 218, beispielsweise Kühlkanäle oder Heatpipes, angeordnet. Durch diese Maßnahmen ist das Statorelement 106 an das Kühlelement 218 thermisch angebunden, wodurch eine Leistungselektronik 110 jedes Statorelements 106 eine thermische Kopplung mit zumindest einem der Kühlelemente 218 aufweist. Das Statorgehäuse 216 mit den Kühlelementen 218 kann von einem weiteren Gehäuse, dem Maschinenhauptgehäuse, radial umgeben sein.
-
Die Statorelemente 106 weisen je eine Form eines doppelten Ts auf. So weist ein Statorelement 106 einen vertikalen Abschnitt und zwei quasi T-Striche bildende horizontale Abschnitte auf. Wie die Darstellung in 2 zeigt, ist jeweils der obere horizontale beziehungsweise äußere Abschnitt eines Statorelements 106 sowohl höher als auch breiter als der gleichsam einen Fuß des Ts bildende untere horizontale beziehungsweise innere Abschnitt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwölf Statorelemente 106 kreisförmig angeordnet. Die Statorelemente 106 werden dabei von dem Statorgehäuse 216 vollständig radial umschlossen. Auf dem Statorgehäuse 216 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwanzig Kühlelemente 218 angeordnet. Die Kühlelemente 218 schaffen eine Statorkühlung.
-
Der Statorring 214 weist eine Mehrzahl von Segmenten auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können Statorelemente des Stators 104 zusätzlich oder alternativ durch Segmente des Statorrings 214 gebildet werden. Somit kann ein Segment des Statorrings 214 als ein Grundkörper aufgefasst werden, in den eine Leistungselektronik integriert sein kann. Eine Mehrzahl von entsprechenden Grundkörpern kann dabei kreisförmig angeordnet und zu dem Statorring 214 verbunden werden. Dabei kann in jedem oder nur in einem oder einigen der Grundkörper eine Leistungselektronik integriert sein.
-
3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Statorelements 106 eines Stators für eine elektrische Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Stator kann es sich um einen in 1 und 2 gezeigten Stator 104 handeln. Das Statorelement 106 weist einen Grundkörper 108 sowie eine Leistungselektronik 110 auf. Eine Stirnseite des Statorelements 106 weist die Form eines doppelten T beziehungsweise eines T mit Serifen am Fuß des senkrechten Abschnitts auf. Der in 3 obere Abschnitt der Stirnseite des Statorelements 106 ist sowohl breiter als der gleichsam einen Fuß des Ts bildende in 3 untere horizontale Abschnitt des Statorelements 106. In einem montierten Zustand entspricht wie in 2 gezeigt der hier unten dargestellte horizontale Abschnitt ein dem Rotor zugewandter Abschnitt des Statorelements. Entsprechend ist der hier oben dargestellte horizontale Abschnitt im montierten Zustand dem Rotor abgewandt. Auf der dem Rotor abgewandten Seite des Statorelements 106 weist dieses einen zurückgesetzten Bereich 322 auf. Der zurückgesetzte Bereich 322 schafft eine Aussparung 322. Der zurückgesetzte Bereich 322 ist derart ausgeformt, dass die Leistungselektronik 110 in dem zurückgesetzten Bereich 322 anordenbar ist. Wie in 3 angedeutet, kann die Leistungselektronik 110 in den zurückgesetzten Bereich 322 eingefügt werden.
-
In 3 ist die Leistungselektronik 110 separat von dem Grundkörper 108 des Statorelements 106 dargestellt. Ein Pfeil zeigt eine Bewegung an, die die Leistungselektronik 110 beschreibt, um in den Grundkörper 108 integriert zu werden. Die Schritte eines entsprechenden Verfahrens, in dem die Leistungselektronik 110 in den Grundkörper 108 integriert wird, um ein Statorelement 108 herzustellen, sind in 5 dargestellt.
-
In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Leistungselektronik 110 eine Platine und eine auf der Platine angeordnete elektrische Schaltung. Die Leistungselektronik 110 weist eine plattenförmige Form auf. Der zurückgesetzte Bereich 322 ist als ein Schlitz auf der Außenseite des Statorelements 106 bzw. dessen Grundkörpers 108 ausgeformt. Der Schlitz erstreckt sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf einer Teillänge der Außenseite des Statorelements 106, das heißt der im montierten Zustand äußeren Abschnittsfläche des Statorelements 106. Der zurückgesetzte Bereich 322 schafft einen Raum, in denen die Leistungselektronik 110 anordenbar ist, wobei die Leistungselektronik 110 dem zurückgesetzten Bereich 322 im Wesentlichen ausfüllt. In einem Ausführungsbeispiel wird das Statorelement 106 aus einer Vielzahl übereinandergestapelter Platten gebildet, insbesondere in axialer Richtung übereinandergestapelter Platten. Der zurückgesetzte Bereich 322 kann in diesem Fall eine Breite aufweisen, die der Dicke einer oder mehrerer solcher Platten entspricht.
-
Die Außenseite des Grundkörpers 108, in welche der Schlitz 322 ausgeformt ist, repräsentiert in einem montierten Zustand des Statorelements 106 eine einem Rotor der elektrischen Maschine abgewandten Seite des Statorelements 106. Der zurückgesetzte Bereich 322 ist auf der Außenseite 216 ausgeformt.
-
In diesem Ausführungsbeispiel stellt der Grundkörper 108 des Statorelements 106 einen Spulenkörper für eine Spule einer elektrischen Maschine dar. Der Grundkörper ist zum Leiten eines Magnetfelds geeignet, wie es durch beispielhafte Magnetfeldlinien 324 angedeutet ist.
-
In einem in 3 nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Statorelement 106 zumindest eine weitere in den Grundkörper 108 integrierte Leistungselektronik 110 auf. So umfasst ein Grundkörper 108 in einem solchen Fall zumindest zwei Leistungselektroniken 322.
-
4 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Statorelements 106 mit einem Kühlelement 218 für einen Stator einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die die Darstellung des Statorelements 106 entspricht weitgehend der Darstellung des Statorelements 106 in 3 mit dem Unterschied, dass im Bereich der Außenseite des Statorelements 106, das heißt, der im eingebauten Zustand dem Rotor abgewandten Seite des Statorelements 106, drei Kühlelemente 218 angeordnet sind. Die Kühlelemente 218 sind plattenförmige ausgebildet. Sie bedecken einen Großteil der Außenseite des Grundkörpers 108 des Statorelements 106. Zwei dicke Pfeile repräsentieren in 4 eine thermische Kopplung oder einen Wärmestrom 425 von der in dem zurückgesetzten Bereich 322 angeordneten Leistungselektronik 110 an die Kühlelemente 218. Wie in 2 ersichtlich ist, ist radial zwischen dem Statorelement 106 und dem jeweiligen Kühlelement 218 das Statorgehäuse 216 bzw. ein Teil des Statorgehäuses 216 angeordnet.
-
In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel erfüllen die Kühlelemente 218 eine Doppelfunktion. So sind die Kühlelemente 218 ausgebildet, um zum einen den Grundkörper 108 des Statorelements 106 und zum anderen die Leistungselektronik 110 zu kühlen.
-
Von Vorteil ist, die Eigenschaften des Grundkörpers 108, beispielsweise eines Eisenkerns, als magnetfeldführendes Element sowie die äußere thermische Außenfläche/Anbindungsfläche des Stators 104, beziehungsweise der Statorelemente 106, nicht zu beeinträchtigen. Durch eine direkte Integration in den Grundkörper 108 kann neben der maximal möglichen Bauraumeinsparung und der nahestmöglichen Integration an die Spule 111 auch die vorhandene thermische Anbindung des Grundkörpers 108 an die Kühlelemente 218 zur Kühlung der Leistungselektronik 110 mitgenutzt werden. Die Kühlelemente 218 schaffen in einem Ausführungsbeispiel einen Kühlmantel für die elektrische Maschine, beispielsweise einen Kühlmantel für einen Elektromotor. Vorteilhaft wird eine nahestmögliche Integration eines Halbleiterleistungsmoduls 110 an die Spule bei gleichzeitiger Nutzung der vorhandenen thermischen Anbindung des Grundkörpers 108 an einen Kühlmantel.
-
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahren 500 zum Herstellen eines Statorelements für eine elektrische Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der elektrischen Maschine kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 und 2 gezeigten elektrischen Maschine 100 handeln. Das Verfahren 500 zum Herstellen umfasst einen Schritt 510 des Bereitstellens eines Grundkörpers und einer Leistungselektronik und einen Schritt 520 des Integrierens der Leistungselektronik in den Grundkörper, um das Statorelement für die elektrische Maschine herzustellen. Mit dem Verfahren 500 kann ein Statorelement geschaffen werden, wie es in den vorangegangenen 1 bis 4 beschrieben ist.
-
In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 500 einen optionalen Schritt des Abtragens auf, wobei im Schritt des Abtragens im Grundkörper ein zurückgesetzter Bereich oder ein Schlitz erzeugt wird, in dem die Leistungselektronik nachfolgend im Schritt 520 des Integrierens angeordnet wird, um die Leistungselektronik in den Grundkörper zu integrieren.
-
Alternativ kann der zurückgesetzte Bereich bereits bei der Herstellung des Grundkörpers ausgeformt werden.
-
Das in 5 gezeigte Verfahren 500 zum Herstellen eines Statorelements 106 für eine elektrische Maschine kann ergänzt werden durch ein Verfahren zum Herstellen eines Stators für eine elektrische Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren zum Herstellen eines Stators für eine elektrische Maschine umfasst einen Schritt des Bereitstellens einer Mehrzahl von Statorelementen. Dabei entspricht in einem Ausführungsbeispiel zumindest ein Statorelement einer Variante eines in 1 bis 4 gezeigten Statorelements 106, das mit dem in 5 gezeigten Verfahren 500 hergestellt werden kann. In einem Schritt des Anordnens werden die Statorelemente zu einem Stator zusammengefügt.
-
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
-
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- elektrische Maschine
- 101
- Fahrzeug
- 102
- Rotor
- 104
- Stator
- 106
- Statorelement
- 108
- Grundkörper
- 110
- Leistungselektronik
- 111
- Spule
- 112
- Anschluss
- 214
- Statorring
- 216
- Statorgehäuse
- 218
- Kühlelement
- 322
- zurückgesetzter Bereich
- 324
- Magnetfeldlinien
- 425
- Wärmestrom
- 500
- Verfahren
- 510
- Schritt des Bereitstellens
- 520
- Schritt des Integrierens
