DE102014224022A1

DE102014224022A1 - stator

Info

Publication number: DE102014224022A1
Application number: DE102014224022.0A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Bäuerle
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-05-25
Also published as: WO2016083069A1; CN208369370U

Abstract

Stator (10) für eine elektrische Maschine umfassend ein erstes Statorelement (14, 16) und ein zweites Statorelement (14, 16) wobei zwischen dem ersten Statorelement (14, 16) und dem zweiten Statorelement (14, 16) ein Kühlkanal (22) ausgebildet ist und das erste Statorelement aus einem ersten Material (14, 16) und das zweite Statorelement (14, 16) aus einem zweiten Material ausgebildet sind, wobei an dem Stator zumindest ein Zwischenelement (18) ausgebildet ist, welches zwischen dem ersten Statorelement (14, 16) und dem zweiten Statorelement (14, 16) angeordnet ist und das erste Statorelement (14, 16) und das zweite Statorelement (14, 16) fest miteinander verbindet.Stator (10) for an electric machine comprising a first stator element (14, 16) and a second stator element (14, 16) between the first stator element (14, 16) and the second stator element (14, 16) a cooling channel (22) is formed and the first stator of a first material (14, 16) and the second stator (14, 16) are formed of a second material, wherein on the stator at least one intermediate element (18) is formed, which between the first stator ( 14, 16) and the second stator element (14, 16) is arranged and the first stator element (14, 16) and the second stator element (14, 16) fixedly connected to each other.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine elektrische Maschine mit einem derartigen Stator. The invention relates to a stator according to the preamble of patent claim 1, as well as an electric machine with such a stator.

Ein gattungsgemäßer Stator ist in der WO 2008/014734 A1 gezeigt. Dabei sind ein inneres Statorelement und ein äußeres Statorelement über Rührreibschweißen fest miteinander verbunden. Zwischen den beiden Statorelementen ist hierbei ein Kühlkanal ausgebildet. Der Kühlkanal ist dabei an seinen axialen Enden einerseits mit einem Dichtring und andererseits über die Schweißnaht zwischen erstem und zweitem Statorelement abgedichtet. Dabei sind das innere Statorelement aus Stahl oder Eisen und das äußere Statorelement aus Aluminium ausgebildet. Durch die mehrteilige Ausführung des Stators kann für das innere Statorelement eine hohe Festigkeit und für das äußere Statorelement eine einfache Herstellbarkeit sowie ein geringes Gewicht erreicht werden. Die Verwendung verschiedener Materialien kann dabei allerdings aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zu Rissen, Undichtigkeiten oder Ablösungen an der Schweißnaht führen. A generic stator is in the WO 2008/014734 A1 shown. In this case, an inner stator element and an outer stator element are firmly connected to one another via friction stir welding. Between the two stator elements in this case a cooling channel is formed. The cooling channel is sealed at its axial ends on the one hand with a sealing ring and on the other hand via the weld between the first and second stator. In this case, the inner stator made of steel or iron and the outer stator made of aluminum. Due to the multi-part design of the stator can be achieved for the inner stator a high strength and for the outer stator a simple manufacturability and low weight. However, the use of different materials can lead to cracks, leaks or detachments at the weld due to different thermal expansion coefficients.

Es ist von dem Stand der Technik ausgehend Aufgabe einen robusten und langlebigen Stator mit einem Kühlkanal in Leichtbauweise bereitzustellen. It is the object of the prior art to provide a robust and durable stator with a cooling duct in lightweight construction.

Diese Aufgabe wird durch einen Stator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausführungen der Erfindung beschrieben. This object is achieved by a stator having the features of patent claim 1. In the dependent claims advantageous embodiments of the invention are described.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist der Stator für eine elektrische Maschine ein erstes Statorelement sowie ein zweites Statorelement auf, die günstigerweise radial zueinander als inneres Statorelement und äußeres Statorelement ausgebildet sind. Zwischen dem ersten und dem zweiten Statorelement ist hierbei ein Kühlkanal zur Abfuhr von Verlustwärme der elektrischen Maschine vorgesehen, der von einem Kühlmedium durchströmt wird. Zudem ist das erste Statorelement aus einem ersten Material, beispielsweise einem Stahlwerkstoff oder Eisenwerkstoff, und das zweite Statorelement aus einem zweiten Material, beispielsweise einem Aluminiumwerkstoff, gefertigt. Bei Verwendung eines Stahl- oder Eisenwerkstoffs kann beispielsweise ein Blechpaket auf das entsprechende Statorelement aufgepresst werden, wobei die Verwendung von Aluminium für das andere Statorelement eine einfache Herstellbarkeit sowie ein geringes Gewicht ermöglicht. Die vorteilhaften Eigenschaften der verschiedenen Materialien können daher optimal für den Stator genutzt werden. Bei der Verwendung der Begriffe Aluminiumwerkstoff, Eisenwerkstoff und Stahlwerkstoff sind hier auch entsprechende Legierungen miteinbegriffen. In the context of the present invention, the stator for an electric machine has a first stator element as well as a second stator element, which are expediently formed radially to one another as inner stator element and outer stator element. Between the first and the second stator element in this case a cooling channel for dissipating heat loss of the electric machine is provided, which is flowed through by a cooling medium. In addition, the first stator element is made of a first material, for example a steel material or iron material, and the second stator element is made of a second material, for example an aluminum material. When using a steel or ferrous material, for example, a laminated core can be pressed onto the corresponding stator element, wherein the use of aluminum for the other stator allows easy manufacturability and low weight. The advantageous properties of the different materials can therefore be used optimally for the stator. When using the terms aluminum material, ferrous material and steel material, corresponding alloys are also included here.

Weiter weist der Stator zumindest ein Zwischenelement auf, vorzugsweise zwei oder mehr Zwischenelemente, das bzw. die das erste Statorelement und das zweite Statorelement fest miteinander verbinden. Hier und im nachfolgenden wird zugunsten der Verständlichkeit meist nur von einem Zwischenelement gesprochen, wobei immer auch mehrere Zwischenelemente an dem Stator ausgebildet sein können. Die Ausführungen zu einem Zwischenelement können zudem auch auf die weiteren Zwischenelemente angewendet bzw. übertragen werden. Furthermore, the stator has at least one intermediate element, preferably two or more intermediate elements, which connect the first stator element and the second stator element firmly to one another. Here and in the following, in favor of the intelligibility is usually spoken only of an intermediate element, wherein always a plurality of intermediate elements may be formed on the stator. The remarks on an intermediate element can also be applied or transferred to the further intermediate elements.

Das Zwischenelement ist dabei günstigerweise zwischen dem ersten und dem zweiten Statorelement angeordnet. Zudem sind das erste Statorelement und das zweite Statorelement günstigerweise beabstandet zueinander ausgebildet, insbesondere radial beabstandet. Dabei sind die Statorelemente mit Vorteil zylinderförmig ausgeführt, wobei das Zwischenelement vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist. Durch die Wahl eines passenden Materials für das Zwischenelement können die zuvor erläuterten Probleme, die unter anderem durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hervorgerufen werden, verringert oder vermieden werden. Das Zwischenelement kann dabei durch das erste Material, das zweite Material oder ein weiteres drittes Material ausgebildet sein. The intermediate element is conveniently arranged between the first and the second stator. In addition, the first stator element and the second stator element are expediently spaced from each other, in particular radially spaced. The stator elements are advantageously designed cylindrical, wherein the intermediate element is preferably annular. By choosing a suitable material for the intermediate element, the problems explained above, which are caused inter alia by the different thermal expansion coefficients, can be reduced or avoided. The intermediate element may be formed by the first material, the second material or a further third material.

An dem Stator, insbesondere an dem ersten oder an dem zweiten Statorelement, können entsprechende Aufnahmebereiche ausgebildet sein, die eine Anordnung weiterer Bauteile und / oder Baugruppen an dem Stator ermöglichen, beispielsweise eine Leistungselektronik. Zudem weist der Stator weitere übliche Bauteile auf, wie beispielsweise ein Blechpaket sowie an dem Blechpaket angeordnete Statorspulen. Zudem kann eines der Statorelemente das Blechpaket ausbilden oder durch das Blechpaket ausgebildet sein, günstigerweise das erste Statorelement. On the stator, in particular on the first or on the second stator, corresponding receiving areas may be formed, which allow an arrangement of other components and / or assemblies on the stator, such as power electronics. In addition, the stator has other common components, such as a laminated core and arranged on the laminated core stator coils. In addition, one of the stator elements can form the laminated core or be formed by the laminated core, favorably the first stator element.

Die elektrische Maschine kann hierbei in Innenläuferbauweise oder in Außenläuferbauweise ausgeführt sein. Hierbei ist eine Verwendung in einem Hybridantrieb, als Unterstützungsantrieb oder als vollelektrischer Antrieb oder Hauptantrieb möglich. The electric machine can be designed here in Innenläuferbauweise or in external rotor design. This is a use in a hybrid drive, as a support drive or as a fully electric drive or main drive possible.

Weiterhin ist der Kühlkanal günstigerweise von dem ersten Statorelement, dem zweiten Statorelement sowie dem Zwischenelement begrenzt und nach außen hin abgedichtet. Der Kühlkanal weist dabei einen Einlass sowie einen Auslass zum Zufluss und Abfluss von Kühlmedium auf, wobei der Kühlkanal selbst entsprechend abgedichtet ist, um einen Verlust von Kühlmedium zu vermeiden. Das Zwischenelement und das entsprechende Statorelement sind dabei vorzugsweise fluiddicht aneinander angeordnet oder befestigt. Eine Dichtung oder ein Dichtelement, beispielsweise eine Gummidichtung oder ein Dichtring, kann beispielsweise auch zusätzlich zu dem Zwischenelement ausgebildet sein. Es kann allerdings auch der Fall sein, dass eine Dichtung oder ein Dichtelement den Kühlkanal anstelle eines weiteren, zumindest zweiten Zwischenelements abdichtet. Die Dichtung oder das Dichtelement kann dabei funktional zwischen dem ersten und dem zweiten Statorelement angeordnet sein. Furthermore, the cooling channel is favorably limited by the first stator element, the second stator element and the intermediate element and sealed to the outside. In this case, the cooling channel has an inlet and an outlet for the inflow and outflow of cooling medium, the cooling channel itself being correspondingly sealed in order to avoid a loss of cooling medium. The Intermediate element and the corresponding stator element are preferably arranged or attached to one another in a fluid-tight manner. A seal or a sealing element, for example a rubber seal or a sealing ring, may for example also be formed in addition to the intermediate element. However, it may also be the case that a seal or a sealing element seals the cooling channel instead of another, at least second intermediate element. The seal or the sealing element can be arranged functionally between the first and the second stator.

Unabhängig voneinander können das erste Statorelement, das zweite Statorelement sowie das Zwischenelement jeweils einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Independently of one another, the first stator element, the second stator element and the intermediate element can each be formed in one or more parts.

Es wird weiter vorgeschlagen, dass das Zwischenelement mit dem ersten Statorelement stoffschlüssig, beispielsweise durch schweißen, löten, kleben oder ähnliches, verbunden ist. It is further proposed that the intermediate element with the first stator member materially, for example, by welding, soldering, gluing or the like, is connected.

Die stoffschlüssige Verbindung des Zwischenelements mit dem ersten Statorelement erzeugt eine stabile Verbindung sowie eine dauerhafte und solide Abdichtung des Kühlkanals. Das Zwischenelement ist zur stoffschlüssigen Verbindung mit dem ersten Statorelement günstigerweise ebenfalls durch das erste Material ausgebildet. Hierdurch kann auf einfache Weise eine stoffschlüssige Verbindung erreicht werden. Das Zwischenelement und das erste Statorelement können jedoch auch durch verschiedene Materialien, also das Zwischenelement günstigerweise durch ein drittes Material, ausgebildet sein, wobei diese Materialien vorzugsweise für eine stoffschlüssige Verbindung geeignet sind, beispielsweise für eine Schweißverbindung. The cohesive connection of the intermediate element with the first stator element generates a stable connection and a durable and solid sealing of the cooling channel. The intermediate element is advantageously also formed by the first material for the material connection with the first stator element. As a result, a cohesive connection can be achieved in a simple manner. However, the intermediate element and the first stator element can also be formed by different materials, ie the intermediate element favorably by a third material, wherein these materials are preferably suitable for a cohesive connection, for example for a welded joint.

Hierbei wird zudem vorgeschlagen, dass das Zwischenelement mit dem zweiten Statorelement formschlüssig und / oder kraftschlüssig und / oder stoffschlüssig verbunden ist. In this case, it is also proposed that the intermediate element is connected to the second stator element in a positive-locking and / or non-positive and / or material-locking manner.

Die formschlüssige und / oder kraftschlüssige und / oder stoffschlüssige Verbindung des zweiten Statorelements mit dem Zwischenelement ermöglicht ebenfalls eine stabile und belastbare feste Verbindung sowie eine dauerhafte Abdichtung des Kühlkanals. Das Zwischenelement kann beispielsweise bei der Herstellung in das zweite Statorelement eingegossen werden. Dabei können das zweite Statorelement durch Formschluss und / oder ein Kraftschluss aneinander angeordnet sein. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, dass das eingegossene Element aufgeschmolzen wird und eine stoffschlüssige Verbindung entsteht, wobei ein aufgeschmolzener Bereich zwischen dem zweiten Statorelement und dem Zwischenelement auch als Legierungsbereich bezeichnet werden kann. The positive and / or non-positive and / or material connection of the second stator with the intermediate element also allows a stable and resilient fixed connection and a permanent sealing of the cooling channel. For example, the intermediate element can be cast into the second stator element during production. In this case, the second stator can be arranged by positive engagement and / or a positive connection to each other. However, there is also the possibility that the cast-in element is melted and a cohesive connection is formed, wherein a molten area between the second stator element and the intermediate element can also be referred to as an alloy region.

Eine formschlüssige und / oder kraftschlüssige Verbindung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Material, beispielsweise Aluminium und Stahl, bei Wärmeausdehnung zu Problemen, wie beispielsweise Rissbildung, führen kann. Ein Formschluss sorgt hierbei für die Abdichtung des Kühlkanals sowie für eine stabile Befestigung des Zwischenelements an dem zweiten Statorelement. Dabei können unterschiedliche Ausdehnungen der Statorelemente durch Temperaturveränderungen zu Spannungen führen, die durch die formschlüssige Verbindung zwischen Zwischenelement und zweitem Statorelement aufgenommen und ausgeglichen oder kompensiert werden können. A positive and / or non-positive connection is particularly advantageous if a cohesive connection between the first and the second material, such as aluminum and steel, in thermal expansion can lead to problems such as cracking. A positive connection here ensures the sealing of the cooling channel as well as a stable attachment of the intermediate element to the second stator element. In this case, different extensions of the stator elements can lead to tensions due to temperature changes, which can be absorbed and compensated by the positive connection between the intermediate element and the second stator element.

Günstigerweise ist das Zwischenelement an einer Aufnahme des zweiten Statorelements angeordnet. Günstigerweise wird das Zwischenelement zumindest teilweise von der Aufnahme umgriffen. Dabei kann das Zwischenelement verliersicher und / oder vertieft an dem zweiten Statorelement angeordnet sein, insbesondere gegenüber einer Oberfläche des zweiten Statorelements vertieft. Conveniently, the intermediate element is arranged on a receptacle of the second stator element. Conveniently, the intermediate element is at least partially encompassed by the recording. In this case, the intermediate element can be arranged captively and / or recessed on the second stator element, in particular recessed with respect to a surface of the second stator element.

Die Aufnahme kann beispielsweise als Nut, insbesondere als ringförmige Nut, an dem Statorelement ausgebildet sein und das Zwischenelement formschlüssig aufnehmen und gegebenenfalls sogar einspannen oder einklemmen. Hierbei umgreift oder umschließt die Aufnahme des zweiten Statorelements das Zwischenelement formschlüssig und / oder kraftschlüssig und / oder stoffschlüssig. Das Zwischenelement kann hierbei insbesondere während des Herstellungsprozesses in das zweite Statorelement eingegossen oder von dem zweiten Material umgossen werden und ist nach dem Verfestigen des zweiten Statorelements an diesem angeordnet und festgelegt. Dabei ist das Zwischenelement mit Vorteil vertieft und verliersicher an dem zweiten Statorelement angeordnet. Der Verbund aus dem Zwischenelement und dem zweiten Statorelement bilden daher ein Verbundbauteil aus, welches aus mehreren verschiedenen Materialien besteht. The receptacle may be formed, for example, as a groove, in particular as an annular groove, on the stator element and receive the intermediate element in a form-fitting manner and optionally even clamp or clamp it. In this case, the receptacle of the second stator element surrounds or encloses the intermediate element in a form-locking and / or non-positive and / or materially bonded manner. The intermediate element can in this case in particular be cast during the manufacturing process in the second stator or be encapsulated by the second material and is arranged and fixed after solidification of the second stator. In this case, the intermediate element is recessed with advantage and arranged captive on the second stator. The composite of the intermediate element and the second stator element therefore form a composite component, which consists of several different materials.

Das Material des Zwischenelements, insbesondere das erste Material, weist vorzugsweise einen höheren Schmelzpunkt und / oder einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material des zweiten Statorelements, insbesondere das zweite Material, auf. The material of the intermediate element, in particular the first material, preferably has a higher melting point and / or a lower thermal expansion coefficient than the material of the second stator element, in particular the second material.

Dadurch kann das Zwischenelement während des Herstellungsprozesses von dem zweiten Statorelement umgossen werden. Ein Aufschmelzen oder Anlösen des Zwischenelements findet aufgrund der Differenz der Schmelzpunkte der Materialien im Wesentlichen nicht statt. Das Zwischenelement ist nach dem Verfestigen des zweiten Statorelements, insbesondere der Aufnahme des zweiten Statorelements, von diesem umgeben. Nach dem Verfestigen des zweiten Statorelements und der Aufnahme ist das Zwischenelement formschlüssig und gegebenenfalls stoffschlüssig in der Aufnahme angeordnet. Während des Abkühlvorgangs schrumpft die Aufnahme aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten stärker als das Zwischenelement, insbesondere in axialer Richtung, wodurch das Zwischenelement in oder an der Aufnahme zusätzlich kraftschlüssig eingeklemmt oder eingespannt ist. As a result, the intermediate element can be encapsulated by the second stator element during the production process. Melting or dissolving of the intermediate element essentially does not occur due to the difference in the melting points of the materials. The intermediate element is after the solidification of the second stator element, in particular the receptacle of the second Stator element, surrounded by this. After solidification of the second stator element and the receptacle, the intermediate element is arranged in a form-fitting and, optionally, materially cohesive manner in the receptacle. During the cooling process, due to the different coefficients of thermal expansion, the receptacle shrinks more than the intermediate element, in particular in the axial direction, as a result of which the intermediate element is additionally positively clamped or clamped in or on the receptacle.

Es wird vorgeschlagen, dass das Zwischenelement geschlossen, ringförmig oder zylinderförmig ausgebildet ist. Das Zwischenelement ist günstigerweise einteilig ausgebildet. It is proposed that the intermediate element is closed, annular or cylindrical. The intermediate element is advantageously formed in one piece.

Unabhängig voneinander können das erste Statorelement, das zweite Statorelement sowie das Zwischenelement günstigerweise geschlossen, ringförmig, kreisförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein. Dadurch kann das Zwischenelement auf einfache Weise in eine Form zur Herstellung des zweiten Statorelements eingelegt und von dem zweiten Material umgossen werden. Independently of one another, the first stator element, the second stator element and the intermediate element may conveniently be closed, annular, circular or cylindrical. As a result, the intermediate element can be easily inserted into a mold for producing the second stator element and encapsulated by the second material.

In einer Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, dass das Zwischenelement verdrehsicher oder formschlüssig verdrehsicher an dem zweiten Statorelement festgelegt ist. In one embodiment, it is proposed that the intermediate element is secured against rotation or positively locked against rotation on the second stator.

Eine derartige Verdrehsicherung erhöht unter anderem die Belastbarkeit des Stators gegenüber eingeleiteten Drehmomenten und Kräften, insbesondere in Umfangsrichtung. Hierfür kann das Zwischenelement beispielsweise wie zuvor beschrieben formschlüssig und / oder kraftschlüssig und / oder stoffschlüssig an dem zweiten Statorelement angeordnet und festgelegt sein. Such an anti-rotation device increases inter alia the load capacity of the stator with respect to introduced torques and forces, in particular in the circumferential direction. For this purpose, the intermediate element may, for example, as described above, be arranged and fixed in a form-fitting and / or non-positive and / or material-locking manner on the second stator element.

Günstigerweise bildet das Zwischenelement eine Formschlussstruktur aus, in die das zweite Statorelement formschlüssig eingreift. Conveniently, the intermediate element forms a form-fitting structure in which the second stator element engages in a form-fitting manner.

Diese Formschlussstruktur kann beispielsweise polygonförmig, zahnradförmig, zahnkranzförmig und / oder rändelförmig ausgebildet sein. Zudem kann die Formschlussstruktur durch Vertiefungen, insbesondere Sicken, und / oder Öffnungen, insbesondere Bohrungen, an dem Zwischenelement ausgebildet sein. Dabei können die Öffnungen auch durch Langlöcher ausgebildet sein. Dabei greift das zweite Statorelement günstigerweise formschlüssig in die Formschlussstruktur des Zwischenelements ein. This form-fitting structure may, for example, be polygonal, gear-shaped, gear-shaped and / or knurled. In addition, the form-fitting structure can be formed by depressions, in particular beads, and / or openings, in particular bores, on the intermediate element. The openings may also be formed by elongated holes. Conveniently, the second stator element engages positively in the positive locking structure of the intermediate element.

Diese Formschlussstruktur kann beispielsweise an dem Zwischenelement ausgebildet sein, wobei diese während der Herstellung des zweiten Statorelement, beispielsweise durch Verguss, formschlüssig ausgefüllt oder umgriffen wird. This form-fitting structure can be formed, for example, on the intermediate element, wherein it is positively filled or encompassed during the production of the second stator element, for example by encapsulation.

Die Verwendung der Formschlussstruktur verbessert hierbei nochmals die Anordnung und Befestigung des Zwischenelements an dem zweiten Statorelements, insbesondere in Umfangsrichtung. The use of the form-fitting structure here again improves the arrangement and attachment of the intermediate element to the second stator element, in particular in the circumferential direction.

Weiter wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen, umfassend einen Stator gemäß zumindest einer der vorigen Ausführungen und / oder einem der Patentansprüche 1–9. Further, an electric machine is proposed, comprising a stator according to at least one of the preceding embodiments and / or one of the claims 1-9.

Ein Stator und insbesondere eine zugehörige elektrische Maschine mit diesem Stator sind unter anderem für eine Verwendung in einem Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgesehen. A stator and in particular an associated electric machine with this stator are provided, inter alia, for use in a drive train, in particular for a motor vehicle.

Der erfindungsgemäße Stator wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Hierbei zeigen: The stator according to the invention is explained below by way of example with reference to the accompanying figures. Hereby show:

1 einen Stator einer elektrischen Maschine mit einem Zwischenelement; 1 a stator of an electrical machine with an intermediate element;

2 eine Seitenansicht des Stators aus 1; 2 a side view of the stator 1 ;

3 das Zwischenelement des Stators aus 1; 3 the intermediate element of the stator 1 ;

4–8 verschiedene Ausführungen des Zwischenelements aus 2 und 3 mit Formschlussstruktur. 4 - 8th different versions of the intermediate element 2 and 3 with positive locking structure.

In der 1 ist schematisch ein Stator 10 für eine elektrische Maschine dargestellt. Dabei umfasst der Stator 10 ein erstes Statorelement 14, ein zweites Statorelement 16 sowie zwei Zwischenelemente 18. Das erste Statorelement 14, das zweite Statorelement 16 und die Zwischenelemente 18 sind hierbei im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Achse A ausgebildet. Hierbei sind das erste Statorelement 14 und das zweite Statorelement 16 im Wesentlichen zylinderförmig und die Zwischenelemente 18 im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Dabei sind das erste Statorelement 14 und das zweite Statorelement 16 radial zueinander angeordnet, wobei das zweite Statorelement 16 radial innerhalb des ersten Statorelements 14 angeordnet ist. Das erste Statorelement 14 ist insbesondere als Blechteil und das zweite Statorelement 16 als Gußteil ausgeführt. Die beiden Zwischenelemente 18 sind hier radial zwischen den Statorelementen 14, 16 an den beiden axialen Endbereichen des Stators 10 bzw. der Statorelemente 14, 16 angeordnet. Dabei begrenzen das erste Statorelement 14, das zweite Statorelement 16 und die beiden Zwischenelemente 18 einen Kühlkanal 22, wobei die Zwischenelemente 18 den Kühlkanal 22 im Wesentlichen in axialer Richtung und das erste Statorelement 14 und das zweite Statorelement 16 den Kühlkanal 22 im Wesentlichen in radialer Richtung begrenzen. Innerhalb des Kühlkanals 22 strömt ein Kühlmedium, welches die Verlustwärme der elektrischen Maschine aufnimmt und abführt. Der Kühlkanal 22 weist dafür einen Einlass 24, sowie einen Auslass 26 zum Zu- und Abfluss des Kühlmediums auf. Die Verlustwärme der elektrischen Maschine wird insbesondere von Statorspulen erzeugt, die an einem Blechpaket 20 angeordnet sind, welches wiederum radial außen an dem ersten Statorelement 16 angeordnet ist. Die Statorspulen sind hierbei nicht dargestellt. Das Blechpaket 20 kann unter anderem direkt durch oder auch einteilig mit dem ersten Statorelement 14 ausgebildet sein. In the 1 is schematically a stator 10 shown for an electric machine. In this case, the stator includes 10 a first stator element 14 , a second stator element 16 as well as two intermediate elements 18 , The first stator element 14 , the second stator element 16 and the intermediate elements 18 are in this case formed substantially rotationally symmetrical about an axis A. Here are the first stator element 14 and the second stator element 16 essentially cylindrical and the intermediate elements 18 formed substantially annular. In this case, the first stator element 14 and the second stator element 16 arranged radially to each other, wherein the second stator element 16 radially within the first stator element 14 is arranged. The first stator element 14 is in particular as a sheet metal part and the second stator element 16 executed as a casting. The two intermediate elements 18 are here radially between the stator elements 14 . 16 at the two axial end portions of the stator 10 or the stator elements 14 . 16 arranged. In doing so, the first stator element is limited 14 , the second stator element 16 and the two intermediate elements 18 a cooling channel 22 , wherein the intermediate elements 18 the cooling channel 22 substantially in the axial direction and the first stator element 14 and the second stator element 16 the cooling channel 22 limit substantially in the radial direction. Inside the cooling channel 22 a cooling medium flows, which absorbs and dissipates the heat loss of the electric machine. The cooling channel 22 has an inlet for this 24 , as well as an outlet 26 for inflow and outflow of the cooling medium. The heat loss of the electric machine is generated in particular by stator coils which are connected to a laminated core 20 are arranged, which in turn radially outward on the first stator 16 is arranged. The stator coils are not shown here. The laminated core 20 can, inter alia, directly through or in one piece with the first stator 14 be educated.

Das zweite Statorelement 16 ist hier als Aluminiumteil ausgebildet, wodurch es relativ leicht und günstig in der Herstellung ist. Das erste Statorelement 14 ist weiter als Stahlteil oder Eisenteil ausgebildet, wodurch eine hohe Stabilität erreicht wird und das Blechpaket 20 auf das erste Statorelement 16 aufgepresst werden kann. Zudem kann das erste Statorelement 14 hierdurch relativ dünn ausgebildet sein, damit die Verlustwärme von dem Blechpaket 20 auf möglichst kurzem Weg auf das Kühlmedium übertragen werden kann. Durch die Verwendung verschiedener Materialen können daher die vorteilhaften Eigenschaften dieser verschiedenen Materialien vorteilhaft genutzt werden. The second stator element 16 is here designed as an aluminum part, making it relatively easy and inexpensive to manufacture. The first stator element 14 is further formed as a steel part or iron part, whereby a high stability is achieved and the laminated core 20 on the first stator element 16 can be pressed on. In addition, the first stator element 14 As a result, be made relatively thin, so that the heat loss from the laminated core 20 can be transferred to the cooling medium as short as possible. By using different materials, therefore, the advantageous properties of these different materials can be used to advantage.

Da eine stoffschlüssige Verbindung verschiedener Materialien zu Problemen führen kann, beispielsweise bei direkter stoffschlüssiger Verbindung zwischen erstem Statorelement 14 und zweitem Statorelement 16, sind die beiden Zwischenelemente 18 ebenfalls als Stahlteile oder Eisenteile ausgebildet. Since a cohesive connection of different materials can lead to problems, for example, in direct cohesive connection between the first stator 14 and second stator element 16 , are the two intermediate elements 18 also formed as steel parts or iron parts.

Hierdurch können die Zwischenelemente 18 stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem ersten Statorelement 14 verbunden werden. Diese feste und stoffschlüssige Verbindung dichtet zudem den Kühlkanal 22 nach außen hin ab. Das erste Statorelement 14 und die Zwischenelemente 18 sind hierbei über Ringflächen, deren Flächennormale in radiale Richtung weisen, aneinander angeordnet und fest miteinander verbunden. Die Zwischenelemente 18 und das erste Statorelement 14 sind daher insbesondere über deren jeweilige Ringfläche miteinander verschweißt. This allows the intermediate elements 18 cohesively, for example by welding, with the first stator 14 get connected. This solid and cohesive connection also seals the cooling channel 22 towards the outside. The first stator element 14 and the intermediate elements 18 are here via ring surfaces whose surface normal in the radial direction, juxtaposed and firmly connected. The intermediate elements 18 and the first stator element 14 are therefore welded together in particular via their respective annular surface.

Weiter sind die Zwischenelemente 18 an als Ringnut 24 ausgebildeten Aufnahmen 24 des zweiten Statorelements 16 angeordnet. Die Aufnahmen 24 umgreifen das jeweilige Zwischenelement 18 hierbei teilweise, insbesondere u-förmig oder auch klauenförmig, wobei die Zwischenelemente 18 vertieft und verliersicher an dem zweiten Statorelement 16 angeordnet sind. Das Zwischenelement 18 ist somit formschlüssig an dem zweiten Statorelement 16 angeordnet, wobei das Zwischenelement 18 günstigerweise auch vorgespannt oder kraftschlüssig in der Aufnahme 24 angeordnet sein kann. Die Aufnahme 24 spannt dabei das Zwischenelement 18 günstigerweise durch beidseitig des Zwischenelements 18 wirkende Axialkräfte ein, wobei die Axialkräfte jeweils zu dem Zwischenelement 18 hin wirken. Der Kühlkanal 22 ist daher dicht abgeschlossen, wobei Ausdehnungen, beispielsweise durch Temperaturänderung, durch die Verbindung Zwischenelement 18 und Aufnahme 24 aufgenommen werden können. Neigungen des Stators zur Bildung von Rissen oder Ablösungen sowie Undichtigkeiten werden dadurch vermieden. Next are the intermediate elements 18 as an annular groove 24 trained shots 24 of the second stator element 16 arranged. The pictures 24 embrace the respective intermediate element 18 here partially, in particular U-shaped or claw-shaped, wherein the intermediate elements 18 recessed and captive on the second stator 16 are arranged. The intermediate element 18 is thus form-fitting on the second stator element 16 arranged, with the intermediate element 18 Conveniently also biased or non-positive in the recording 24 can be arranged. The recording 24 clamps the intermediate element 18 conveniently by both sides of the intermediate element 18 acting axial forces, wherein the axial forces in each case to the intermediate element 18 act out. The cooling channel 22 is therefore tightly sealed, with expansions, for example by temperature change, through the connection intermediate element 18 and recording 24 can be included. Tilts of the stator for the formation of cracks or detachments and leaks are thereby avoided.

Die Zwischenelemente 18 können beispielsweise direkt bei der Herstellung des zweiten Statorelements 16 eingegossen bzw. umgossen werden. Dabei können die Zwischenelemente 18 beispielsweise in eine entsprechende Gussform für das zweite Statorelement 18 eingelegt werden, wobei anschließend das zweite Material, hier flüssiges Aluminium, vergossen wird. Da das zweite Material, vorzugsweise eine geringere Schmelztemperatur sowie einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das erste Material, werden die Zwischenelemente 18 im Wesentlichen nicht aufgeschmolzen, wobei das Zwischenelement 18 während des Abkühlvorgangs durch ein schrumpfen oder zusammenziehen der Aufnahme 24 formschlüssig und kraftschlüssig festgelegt wird. Grundsätzlich bleibt ein Kraftschluss einer derartigen formschlüssigen Verbindung zwischen zweiten Statorelement 14 und Zwischenelement 18 hierbei auch während der maximalen Betriebstemperatur der elektrischen Maschine bestehen, da die Betriebstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur der verwendeten Materialien liegt. Bei dem Verguss kann es, je nach Herstellungsprozess und Materialwahl auch zu einem Anlösen oder aufschmelzen kommen, wodurch das erste und das zweite Material eine stoffschlüssige Verbindung eingehen und ein Legierungsbereich ausgebildet wird. The intermediate elements 18 For example, directly in the production of the second stator 16 be poured or poured. In this case, the intermediate elements 18 For example, in a corresponding mold for the second stator 18 are inserted, then the second material, here liquid aluminum, is poured. Since the second material, preferably a lower melting temperature and a larger thermal expansion coefficient than the first material, the intermediate elements 18 essentially not melted, with the intermediate element 18 during the cooling process by shrinking or contracting the receptacle 24 is determined positively and non-positively. Basically, a frictional connection of such a positive connection between the second stator remains 14 and intermediate element 18 in this case also exist during the maximum operating temperature of the electrical machine, since the operating temperature is below the melting temperature of the materials used. Depending on the production process and the choice of material, the potting may also lead to a dissolution or melting, as a result of which the first and the second material form a material connection and an alloy region is formed.

Das zweite Statorelement 16 und das Zwischenelement 18 stellen hierbei ein Verbundbauteil dar, wobei das erste Statorelement 14 in einem Schritt nach der Herstellung des Verbundteils mit diesem, insbesondere mit dessen Zwischenelementen 18, fest verbunden wird, beispielsweise verschweißt. The second stator element 16 and the intermediate element 18 represent here a composite component, wherein the first stator element 14 in a step after the production of the composite part with this, in particular with its intermediate elements 18 , is firmly connected, for example, welded.

In den 3 bis 8 sind Beispiele für verschiedene Zwischenelemente 18 dargestellt. Die 3 zeigt hierbei eine einfache ringförmig geschlossene Variante des Zwischenelements 18. In the 3 to 8th are examples of different intermediate elements 18 shown. The 3 shows here a simple ring-shaped closed variant of the intermediate element 18 ,

In den 4 bis 8 sind weitere Zwischenelemente 18 mit verschiedenen Formschlussstrukturen 34 dargestellt. Dabei ist die äußere Kontur 26 des Zwischenelements 18 in diesen Beispielen ringförmig ausgebildet. Die radial innere Kontur 28 des Zwischenelements 18 aus 4 ist beispielsweise polygonförmig, wodurch eine zusätzliche Verdrehsicherung zwischen dem Zwischenelement 18 und dem zweiten Statorelement 14, insbesondere in Umfangsrichtung, erzeugt wird. Die 5 hingegen zeigt als radial innere Kontur 28 für das Zwischenelement 18 eine Zinnenform. In the 4 to 8th are more intermediate elements 18 with different form-fitting structures 34 shown. Here is the outer contour 26 of the intermediate element 18 formed annular in these examples. The radially inner contour 28 of the intermediate element 18 out 4 For example, is polygonal, creating an additional anti-rotation between the intermediate element 18 and the second stator element 14 , especially in Circumferential direction is generated. The 5 however, shows as a radially inner contour 28 for the intermediate element 18 a pinnacle shape.

In der 6 sind die äußere Kontur 26 sowie die innere Kontur 28 an dem Zwischenelement 18 ringförmig ausgebildet, jedoch weist das Zwischenelement 18 Öffnungen 30 oder Durchbrüche 30 auf, insbesondere Bohrungen 30. In diese Öffnungen 30 kann während eines Herstellungsprozesses des zweiten Statorelements 16, beispielsweise durch Verguss, Material eindringen, welches nach dem Aushärten eine zu den Öffnungen 30 des Zwischenelements 18 komplementäre Form aufweist. Diese komplementäre Form wird hier durch Bolzen des zweiten Statorelements 16 gebildet, die hier nicht dargestellt sind, aber einer feste Verbindung zwischen dem Zwischenelement 18 und dem zweiten Statorelement 16, insbesondere in Umfangsrichtung, herstellen. In the 6 are the outer contour 26 as well as the inner contour 28 at the intermediate element 18 annular, but has the intermediate element 18 openings 30 or breakthroughs 30 on, in particular holes 30 , In these openings 30 may during a manufacturing process of the second stator 16 , For example, by potting, material penetrate, which after curing one to the openings 30 of the intermediate element 18 has complementary shape. This complementary shape is here by bolts of the second stator 16 formed, which are not shown here, but a firm connection between the intermediate element 18 and the second stator element 16 , in particular in the circumferential direction, produce.

Eine weitere Variante für eine Formschlussstruktur 34 und zur Erzeugung einer zusätzlichen Verstärkung der Verbindung Zwischenelement 18 und zweitem Statorelement 16 ist in der 7 und 8 dargestellt. Hierbei ist in das Zwischenelement 18 axial beidseitig jeweils eine Vertiefung 32, insbesondere eine Sicke 32 bzw. eine Nut 32 eingearbeitet, die ebenfalls bei einem Verguss des zweiten Statorelements 16 ausgefüllt wird und für eine zusätzliche Sicherung sorgt. Das Zwischenelement 18 kann unter anderem in dem Bereich der durch Verguss eingeschlossen oder abgedeckt ist oberflächlich gerändelt sein. Another variant for a form-locking structure 34 and for generating an additional gain of the interconnection intermediate element 18 and second stator element 16 is in the 7 and 8th shown. Here is in the intermediate element 18 axially on both sides in each case a depression 32 , in particular a bead 32 or a groove 32 incorporated, which also in a casting of the second stator 16 is completed and provides an additional backup. The intermediate element 18 may, inter alia, in the area enclosed by potting or covered is superficially knurled.

Die Formschlussstrukturen 34 der verschiedenen Zwischenelemente 18 sind günstigerweise derart ausgebildet, dass diese von der Aufnahme 24 vollständig umschlossen sind. Zudem können die verschiedenen dargestellten Formschlussstrukturen 34 auch miteinander kombiniert oder abgewandelt werden. The form-locking structures 34 the different intermediate elements 18 are favorably designed such that these from the recording 24 are completely enclosed. In addition, the various illustrated form-fitting structures 34 also combined or modified with each other.

Es ist zu beachten, dass die Statorelemente sowie die Zwischenelemente einteilig oder auch mehrteilig ausgeführt sein können. Im Allgemeinen können die Zwischenelemente vorteilhaft zur Verbindung mehrerer Statorelemente, die aus verschiedenen Materialien ausgebildet sind, verwendet werden. It should be noted that the stator elements and the intermediate elements can be made in one or more parts. In general, the intermediate elements can be advantageously used to connect a plurality of stator elements formed of different materials.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Stator stator
14 14: erstes Statorelement first stator element
16 16: zweites Statorelement second stator element
18 18: Zwischenelement intermediate element
20 20: Blechpaket laminated core
22 22: Kühlkanal cooling channel
24 24: Aufnahme / Ringnut Intake / ring groove
26, 28 26, 28: Kontur contour
30 30: Öffnung, Durchbruch, Bohrung Opening, breakthrough, bore
32 32: Vertiefung Sicke, Nut Deepening bead, groove
34 34: Formschlussstruktur Positive locking structure

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2008/014734 A1 [0002]

Claims

Stator ( 10 ) for an electrical machine comprising - a first stator element ( 14 . 16 ) and a second stator element ( 14 . 16 ) whereby - between the first stator element ( 14 . 16 ) and the second stator element ( 14 . 16 ) a cooling channel ( 22 ) is formed and - the first stator of a first material ( 14 . 16 ) and the second stator element ( 14 . 16 ) are formed from a second material, characterized in that on the stator at least one intermediate element ( 18 ) is formed, which between the first stator ( 14 . 16 ) and the second stator element ( 14 . 16 ) and the first stator element ( 14 . 16 ) and the second stator element ( 14 . 16 ) firmly together.

Stator ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the cooling channel ( 22 ) by the first stator element ( 14 . 16 ), the second stator element ( 14 . 16 ) and the intermediate element ( 18 ) is limited.

Stator ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the intermediate element ( 18 ) with the first stator element ( 14 . 16 ) is integrally connected.

Stator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the intermediate element ( 18 ) with the second stator element ( 14 . 16 ) is positively and / or non-positively and / or materially connected.

Stator ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the intermediate element ( 18 ) is formed by the first material.

Stator ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the intermediate element ( 18 ) in a recording ( 24 ) of the second stator element is arranged.

Stator ( 10 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the intermediate element ( 18 ) is annular or cylindrical.

Stator ( 10 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the intermediate element ( 18 ) against rotation or positive locking against rotation on the second stator element ( 14 . 16 ).

Stator ( 10 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the intermediate element forms a positive locking structure, in which the second stator element engages positively.

Electric machine comprising a stator ( 10 ) according to one of claims 1 to 9.