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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, wie sie insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann und die während ihres Betriebs aktiv gekühlt werden kann.
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Die Arbeiten, die zu dieser Erfindung geführt haben, wurden gemäß der Finanzhilfevereinbarung Nr. 314331 im Zuge des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Gemeinschaft FP7-2012-ICT-GC gefördert.
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Stand der Technik
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Elektrische Maschinen in Form von Motoren und/oder Generatoren werden für verschiedene Zwecke entwickelt und eingesetzt. Insbesondere werden inzwischen elektrische Maschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzt, die eine hohe Leistungsentfaltung ermöglichen und als Teil eines Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs dazu dienen, das Fahrzeug anzutreiben bzw. einen Verbrennungsmotor in bestimmten Fahrsituationen beim Antreiben des Fahrzeugs zu unterstützen.
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Bei elektrischen Maschinen, die eine hohe mechanische Leistung bereitstellen sollen, wird aufgrund von in der Praxis nie zu verhindernden Verlusten ein Teil einer zugeführten elektrischen Leistung stets in Wärme umgewandelt, so dass die elektrische Maschine während ihres Betriebs heiß wird und gekühlt werden sollte.
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Insbesondere elektrische Maschinen von Antriebssträngen eines Kraftfahrzeugs, welche auf möglichst kleinem Raum eine hohe Leistungsdichte bereitstellen sollen, werden meist aktiv gekühlt, indem ein Kühlmittel, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, durch Komponenten der elektrischen Maschine hindurch bzw. an diesen vorbei zirkuliert wird. Zu diesem Zweck sind meist in einem Stator einer elektrischen Maschine oft mehrere Kühlkanäle vorgesehen. Kühlmittel kann von einem Kühlmittelzuflusskanal kommend durch diese Kühlkanäle geleitet werden, dabei Wärme aus dem Stator aufnehmen und anschließend durch einen Kühlmittelabflusskanal wieder abgeführt werden, um nachfolgend beispielsweise in einem Wärmetauscher die aufgenommene Wärme an eine Umgebung abgeben zu können.
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In der
DE 10 2012 022 452 A1 ist eine elektrische Maschine und ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang beschrieben, bei dem im Bereich eines Außenumfangs des Stators eine Vielzahl von Kühlkanälen angeordnet ist, durch die hindurch ein Kühlmittel geleitet werden kann.
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Als Kühlmittel kann beispielsweise Getriebeöl dienen, welches sowohl durch ein Getriebe des Kraftfahrzeugs als auch durch die elektrische Maschine zirkuliert werden kann und dabei einerseits zur Schmierung des Getriebes und andererseits zur Kühlung sowohl der elektrischen Maschine als auch des Getriebes dienen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der Erfindung können unter anderem eine elektrische Maschine ermöglichen, bei der eine Kühlung mittels einer gleichmäßigen Kühlflussverteilung erreicht werden kann und damit Aktivteile der elektrischen Maschine eine homogene Temperaturverteilung aufweisen können. In vorteilhafter Weise kann dabei auch bei einer Variation von Durchflussraten des Kühlmittels die gleichmäßige Kühlmittelflussverteilung vorzugsweise kaum gestört werden. Die elektrische Maschine einschließlich ihrer zur Kühlung vorgesehenen Einrichtungen kann dabei vorteilhaft derart ausgestaltet sein, dass zum Beispiel Getriebeöl für eine Kühlung der elektrischen Maschine von einem für das Getriebe vorgesehenen Öltank oder einer Pumpe kommt und nach dem Kühlen der elektrischen Maschine schnell wieder in diesen Tank bzw. zur Pumpe zurückgeführt werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen, wie sie insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist. Die elektrische Maschine weist einen Stator sowie einen Rotor, welcher relativ zu dem Stator um eine Rotationsachse drehbar ist, auf. Der Stator weist mehrere Kühlkanäle auf, welche sich von einer ersten Stirnseite des Stators hin zu einer zweiten Stirnseite des Stators erstrecken. Ferner ist in der elektrischen Maschine ein Kühlmittelzuflusskanal zum Zuführen von Kühlmittel und ein Kühlmittelabflusskanal zum Abführen von Kühlmittel vorgesehen. Ergänzend ist an der ersten Stirnseite des Stators ein erster Ringkanal und an der zweiten Stirnseite des Stators ein zweiter Ringkanal vorgesehen. Die elektrische Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass alle Kühlkanäle an der ersten Stirnseite in den ersten Ringkanal münden und alle Kühlkanäle an der zweiten Stirnseite in den zweiten Ringkanal münden und dass der erste Ringkanal wenigstens ein Paar von Trennstegen aufweist, welche innerhalb des ersten Ringkanals voneinander beabstandet angeordnet sind und den ersten Ringkanal in wenigstens ein erstes und ein zweites Ringsegment unterteilen. Die beiden Ringsegmente sind durch die Trennstege dabei derart fluiddicht voneinander getrennt, dass verhindert wird, dass Kühlmittel innerhalb des ersten Ringkanals von dem ersten Ringsegment in das zweite Ringsegment strömen kann. Der Kühlmittelzuflusskanal wie auch der Kühlmittelabflusskanal münden beide in den ersten Ringkanal.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein kühlbarer Anstriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welcher eine elektrische Maschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, ein Getriebe und einen gemeinsamen Kühlkreis, bei dem Kühlmittel sowohl durch das Getriebe als auch durch die elektrische Maschine zirkuliert wird, aufweist.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem, und ohne die Erfindung einzuschränken, als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Bei herkömmlichen elektrischen Maschinen wird eine Kühlung des Stators häufig über einen Verteilerring realisiert, mithilfe dessen Kühlmittel auf eine Vielzahl von in dem Stator vorgesehene Kühlkanäle verteilt wird. Die Kühlkanäle des Stators sind dabei parallel geschaltet und verlaufen im Regelfall parallel zu der Rotationsachse der elektrischen Maschine. Kühlmittel kann dabei über einen Kühlmittelzuflusskanal nahe einer der Stirnflächen des Rotors in den Verteilerring eingeleitet werden, strömt dann parallel zu der Rotationsachse durch die mehreren Kühlkanäle des Stators und wird an einer gegenüberliegenden Stirnseite des Stators durch einen dort vorgesehenen Kühlmittelabflusskanal abgeleitet. Für einen hohen Wärmeübergang zwischen der elektrischen Maschine und dem Kühlmittel wird dabei meist eine große Anzahl von Kühlkanälen in dem Stator vorgesehen, beispielsweise zwischen 100 und 300 kleiner und eng benachbarter Kanäle. Allerdings kann eine solch hohe Anzahl von parallelen Kühlkanälen physikalisch zu stärkeren Ungleichförmigkeiten der Kühlmittelflussverteilung zwischen jeweiligen Kanälen führen. Außerdem kann die beschriebene Ausgestaltung herkömmlicher elektrischer Maschinen dazu führen, dass ein Abfluss von Kühlmittel direkt in einem Stirnraum der Maschine ohne erheblichen Gegendruck stattfindet und daher stark von einer dort herrschenden Schwerkraft abhängig sein kann. Auch eine Auswahl und Variation von Durchflussraten können begrenzt sein, da sonst beispielsweise oben liegende Kühlkanäle einen zu geringen Kühlmitteldurchfluss erfahren können.
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Bei der beschriebenen herkömmlichen elektrischen Maschine erfolgt ferner eine Zuleitung von Kühlmittel zu der elektrischen Maschine an einer ihren Stirnseiten, wohingegen ein entsprechendes Ableiten des Kühlmittels an einer gegenüberliegenden Stirnseite erfolgt. Insbesondere wenn das Kühlmittel aus einem Tank stammt bzw. mittels einer Fördereinrichtung wie z.B. einer Pumpe zirkuliert wird, mithilfe derer das Kühlmittel auch durch ein benachbart angeordnetes Getriebe zirkuliert werden soll, kann es ferner dazu kommen, dass das Kühlmittel auf einem Weg hin zu dem Kühlmittelzuflusskanal bzw. zurück von einem Kühlmittelabflusskanal verhältnismäßig weite Strecken durch eine hierfür extra vorzusehende Verrohrung oder Schläuche geleitet werden muss.
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Es wird daher vorgeschlagen, die zur Kühlung des Stators einer elektrischen Maschine vorgesehenen Komponenten und Ausprägungen speziell derart auszugestalten, dass sich bei der Kühlmittelführung eine Umlenkfunktion einstellt, wobei parallel zueinander verlaufende Kühlkanäle segmentiert und teilweise zusammengeschaltet werden. Die Umlenkfunktion soll dabei vorzugsweise derart realisiert werden, dass Kühlmittel von dem Kühlmittelzuflusskanal kommend an einer Stirnseite des Stators in dort in den ersten Ringkanal mündende Kühlkanäle eingeströmt wird, durch diese Kühlkanäle hindurch hin zu einem an der gegenüberliegenden Stirnseite des Stators vorgesehenen zweiten Ringkanal strömt, in dem zweiten Ringkanal dann umgelenkt und hin zu anderen ebenfalls in diesen zweiten Ringkanal mündende Kühlkanäle geleitet wird, um dann durch diese Kühlkanäle wieder zurück zu dem ersten Ringkanal an der ersten Stirnseite des Stators strömen zu können.
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Zu diesem Zweck sind in dem ersten Ringkanal wenigstens zwei Trennstege, das heißt ein Paar von Trennstegen, vorgesehen, welche den ersten Ringkanal in zwei voneinander separierte Ringsegmente unterteilen und die Ringsegmente dabei fluiddicht voneinander trennen. Der Kühlmittelzuflusskanal kann dabei Kühlmittel in ein erstes Ringsegment des ersten Ringkanals einführen. Von diesem ersten Ringsegment aus kann das Kühlmittel durch die dort einmündenden Kühlkanäle hin zu dem gegenüberliegenden zweiten Ringkanal strömen, dort umgeleitet und durch andere Kühlkanäle wieder zurück zu dem ersten Ringkanal strömen, wo das Kühlmittel jedoch nicht in das erste Ringsegment, sondern in das hiervon durch die Trennstege separierte zweite Ringsegment einströmt. Von dem zweiten Ringsegment aus kann das Kühlmittel dann durch einen dort vorgesehenen Kühlmittelabflusskanal abgeleitet werden.
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Mithilfe des vorgeschlagenen Kühlkonzepts kann unter anderem eine hohe Gleichförmigkeit der Durchflussverteilung des Kühlmittels erreicht werden, weil eine Anzahl von parallel geschalteten Kühlkanälen sich mit jeder Umlenkung des Kühlmittelstroms halbiert. Eine solche gleichförmige Durchflussverteilung ermöglicht eine homogene Kühlung des Stators.
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Ferner kann ein Zufluss und ein Abfluss von Kühlmittel hin zu den Kühlkanälen über den gleichen Ringkanal erfolgen und damit auf einer gleichen Stirnseite des Stators vorgesehen sein. Dies kann ermöglichen, Zu- und Ableitungen zum Zu- und Ableiten von Kühlmittel zu der elektrischen Maschine möglichst kurz zu halten. Hierdurch kann einerseits ein Material- und Installationsaufwand verringert werden, andererseits können auch beispielsweise Druckverluste in solchen Zu- und Ableitungen gering gehalten werden.
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Ergänzend kann die für das Kühlmittel bewirkte Umlenkfunktion durch Segmentieren zumindest des ersten Ringkanals in zwei Ringsegmente mithilfe geeigneter Trennstege auch vorteilhaft dazu führen, dass ein Kühlmitteldurchfluss besser genutzt werden kann und Durchflussvariationen flexibel gewählt werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform sind nicht nur in dem ersten Ringkanal, sondern auch in dem zweiten Ringkanal Trennstege vorgesehen. Beispielsweise kann in dem zweiten Ringkanal wenigstens ein Paar von Trennstegen ausgebildet sein, welche innerhalb des zweiten Ringkanals voneinander beabstandet angeordnet sind und, ähnlich wie in dem ersten Ringkanal, den zweiten Ringkanal in wenigstens ein erstes und ein zweites Ringsegment unterteilen und die beiden Ringsegmente fluiddicht voneinander trennen. Eine Anzahl von Paaren von Trennstegen soll dabei in dem ersten Ringkanal größer sein als in dem zweiten Ringkanal.
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Mithilfe einer solchen Ausgestaltung, bei der sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Ringkanal einen Kühlmittelstrom begrenzende und umlenkende Trennstege angeordnet sind, kann eine mehrfache Umlenkung des Kühlmittelstroms bewirkt werden. Beispielsweise kann Kühlmittel über den Kühlmittelzuflusskanal in den ersten Ringkanal eingespeist werden und dann mehrfach durch zu Segmenten zusammengeschaltete parallele Kühlkanäle hin zu dem zweiten Ringkanal strömen, dort wiederum umgelenkt und wieder zurück zu dem ersten Ringkanal strömen, dort erneut umgelenkt und wieder zu dem zweiten Ringkanal usw. strömen, so dass das Kühlmittel mäandrierend verteilt entlang des Umfangs des Stators geleitet wird und dabei Wärme gleichmäßig aufnehmen kann. Dadurch, dass die Anzahl von Paaren von Trennstegen in dem ersten Ringkanal größer ist als diejenige in dem zweiten Ringkanal, strömt das Kühlmittel dabei zuletzt wieder in den ersten Ringkanal und kann von dort aus über den Kühlmittelabflusskanal abgeleitet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Stator einen rotationssymmetrischen Statorkörper auf und die Kühlkanäle sind an oder nahe einem Außenumfang des Statorkörpers angeordnet und dabei entlang des Außenumfangs beabstandet voneinander angeordnet.
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Mit anderen Worten kann der Statorkörper beispielsweise im Wesentlichen zylindrisch sein. Dabei besteht der Statorkörper vorzugsweise aus einem metallischen Material. Beispielsweise kann der Statorkörper aus einer Vielzahl von in Axialrichtung hintereinander gestapelten Magnetblechlamellen zusammengesetzt sein, die zuvor in eine geeignete Symmetrie gestanzt wurden. Dabei können in dem Statorkörper geeignete Ausnehmungen und/oder Kanäle ausgebildet sein, durch die beispielsweise Wicklungen aus ein gewünschtes Magnetfeld erzeugenden Drähten gelegt werden können. Ferner können in dem Statorkörper die gewünschten Kühlkanäle ausgebildet sein, beispielsweise indem die den Statorkörper bildenden Magnetblechlamellen nahe ihrem Außenumfang geeignete Ausstanzungen erhalten. Die Kühlkanäle können dabei vollständig von Material des Statorkörpers umgeben sein, das heißt als geschlossene Kanäle ausgebildet sein. Alternativ und häufig bevorzugt können die Kühlkanäle direkt angrenzend an den Außenumfang des Statorkörpers als nach außen hin offene Kanäle ausgebildet werden, wobei sich geschlossene Kühlkanäle erst dadurch ergeben, dass der Statorkörper in ein entsprechend passendes, den Statorkörper umgebendes zylindrisches Gehäuse eingepasst wird. Zwischen benachbarten Kühlkanälen können dabei in Axialrichtung verlaufende Stege verbleiben, die beispielsweise dicht mit einer Innenoberfläche des Gehäuses abschließen.
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In einer solchen Ausgestaltung kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der erste und der zweite Ringkanal jeweils zumindest bereichsweise von jeweils einem Ringkörper begrenzt werden, welcher angrenzend an jeweils einer der Stirnseiten des Statorkörpers angeordnet ist. Der Ringkörper kann hierbei beispielsweise ein in Draufsicht kreisringförmig geschlossener Körper sein. Ein Aussenumfang des Ringkörpers kann im Wesentlichen gleich einem Außenumfang des Statorkörpers sein. In einer Ausgestaltung kann der Ringkörper hierbei als Hohlkörper ausgebildet sein und in seinem Inneren einen ringförmig geschlossenen Hohlraum umschließen, der als Ringkanal dient und der gegebenenfalls lediglich im Bereich der Trennstege lokal unterbrochen ist, d.h. in Ringsegmente unterteilt ist. Der Ringkörper kann somit als separates Bauteil allein oder zusammen mit dem Statorkörper und/oder gegebenenfalls anderen Komponenten einen der Ringkanäle bilden bzw. diesen umschließen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die elektrische Maschine ergänzend ein zylindrisches Gehäuse aufweisen, welches den Statorkörper umgibt. Die Ringkörper können hierbei jeweils radial innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Die Ringkörper können jeweils zusammen mit dem Gehäuse und einer angrenzenden Stirnseite des Statorkörpers einen ringförmigen Hohlraum umschließen und so den ersten bzw. zweiten Ringkanal bilden.
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Mit anderen Worten kann ein Ringkanal durch ein Zusammenwirken des Statorkörpers, des Ringkörpers und des Gehäuses gemeinsam gebildet werden.
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Ein ringförmiger Teilbereich einer Wandung des Ringkanals wird dabei teilweise von der Stirnfläche des Statorkörpers, teilweise von der Innenoberfläche des Gehäuses und teilweise von der hin zu der Stirnfläche des Statorkörpers gerichteten, aber von dieser beabstandeten Oberfläche des Ringkörpers gebildet. In einer solchen Ausführungsform kann der Ringkanal somit mit den meist ohnehin vorzusehenden Baukomponenten, nämlich dem Statorkörper und dem Gehäuse einerseits, und einem relativ einfach aufgebauten Ringkörper, andererseits, ausgebildet werden.
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In einer solchen Ausgestaltung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Kühlmittelzuflusskanal und der Kühlmittelabflusskanal durch Öffnungen in dem Gehäuse hindurch verlaufen. Auf diese Weise kann ein Zufluss bzw. Abfluss aus dem Ringkanal einfach generiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Trennstege einstückig mit dem Ringkörper ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine einfach herzustellende und einfach zu montierende Ausgestaltung des Ringkörpers sowie eines damit zu bildenden Ringkanals.
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Insbesondere kann der Ringkörper aus einem Kunststoff aufgebaut sein. Der Kunststoff kann insbesondere so gewählt sein, dass er gegen ein in dem Ringkanal zu förderndes Kühlmittel resistent ist und auch den im Betrieb der elektrischen Maschine auftretenden Temperaturen gewachsen ist. Vorzugsweise kann der Ringkörper ein Spritzgussbauteil sein.
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Alternativ kann der Ringkörper aus Metall bestehen. Beispielsweise kann der Ringkörper aus dem gleichen Metall bestehen wie der Statorkörper und/oder das Gehäuse, so dass beispielsweise Problematiken aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten gering bleiben.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Trennstege sich jeweils in einer Ebene erstrecken, welche durch eine axiale Richtung und eine radiale Richtung der elektrischen Maschine aufgespannt ist. Mit anderen Worten können die Trennstege als im Wesentlichen flächige Gebilde ausgestaltet sein, welche sich einerseits innerhalb eines Ringkanals von radial innen nach radial außen erstrecken und welche sich in einer Querrichtung hierzu innerhalb eines Ringkanals von einem in Axialrichtung vorderen Ende bis hin zu einem in Axialrichtung hinteren Ende erstrecken. Derart ausgebildete Trennstege können einen Ringkanal vollständig abschließen und damit in zwei separate Ringsegmente unterteilen.
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Bei einem mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ausgestatteten Antriebsstrang kann gemäß einer Ausführungsform der erste Ringkanal der elektrischen Maschine an einer dem Getriebe zugewandten Seite der elektrischen Maschine angeordnet sein. Mit anderen Worten können das Getriebe und die elektrische Maschine eines solchen Antriebsstrangs nahe beieinander angeordnet sein und dabei der mit dem Kühlmittelzuflusskanal und dem Kühlmittelabflusskanal versehene erste Ringkanal der elektrischen Maschine möglichst nahe an dem Getriebe angeordnet sein. Auf diese Weise ist es besonders einfach möglich, eine Kühlmittelzirkulation sowohl durch den Stator der elektrischen Maschine als auch durch das Getriebe zu bewirken, ohne dass von dem Kühlmittel große Distanzen beispielsweise durch Rohrleitungen oder Schläuche hindurch zurückgelegt werden müssten.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf eine elektrische Maschine und andere teilweise mit Bezug auf einen Antriebsstrang beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen Stator für eine elektrische Maschine.
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2 zeigt eine Seitenansicht auf einen Stator für eine elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem daran angeschlossenen Kühlkreis.
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3 zeigt eine Seitenansicht auf einen Stator für eine elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit teilweise weggeschnittenem Gehäuse.
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4 zeigt eine Seitenansicht auf einen Stator für eine elektrische Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit teilweise weggeschnittenem Gehäuse.
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5 zeigt einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators 3, wie er für eine elektrische Maschine 1 eingesetzt werden kann. Ein ebenfalls einen Teil der elektrischen Maschine 1 bildender Rotor wäre in einem Innenraum 5 des Stators 3 aufgenommen und relativ zu dem Stator drehbar, ist aber aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. Der Stator 3 weist einen Statorkörper 7 und darin angeordnete Statorwicklungen 9 auf. Der Statorkörper 7 wird aus vielen in Axialrichtung hintereinander gestapelten Lamellen in Form dünner Magnetbleche zusammengesetzt.
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Am Außenumfang des Statorkörpers 7 ist eine Vielzahl von parallel zu der Rotationsachse verlaufenden Kühlkanälen 11 vorgesehen. Im dargestellten Beispiel sind die Kühlkanäle 11 gerade und verlaufen parallel zu einer Rotationsachse der elektrischen Maschine 1. Alternativ können die Kühlkanäle jedoch auch in anderer Weise ausgebildet und angeordnet sein, beispielsweise in einer helix-artigen Anordnung. Die Kühlkanäle 11 sind im dargestellten Beispiel nach radial außen hin offene Kanäle, die durch im Querschnitt im Wesentlichen rechteckige längliche Ausnehmungen gebildet werden, die voneinander benachbart durch Längsstege 13 getrennt sind. Bei der fertigen elektrischen Maschine 1 ist der Statorkörper 7 von einem Gehäuse (in 1 nicht dargestellt) umgeben, so dass die Kühlkanäle 11 durchgehende geschlossene Kanäle sind, durch die ein Kühlmittel, wie mit den Pfeilen 15 angedeutet, von einer ersten Stirnseite 17 hin zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 19 des Stators 3 strömen kann.
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Um eine vorteilhafte Kühlung des Stators 3 zu ermöglichen, werden dabei jedoch nicht alle Kühlkanäle 11 entlang des Umfangs des Statorkörpers 7 parallel mit Kühlmittel durchströmt. Stattdessen werden an den gegenüberliegenden Stirnseiten 17, 19 des Statorkörpers 7, wie in 2 gezeigt, ein erster Ringkanal 21 bzw. ein zweiter Ringkanal 23 angeordnet. Die beiden Ringkanäle 21, 23 sind dabei so ausgestaltet, dass alle Kühlkanäle 11 an der ersten Stirnseite 17 in den ersten Ringkanal 21 münden und an der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 19 in den zweiten Ringkanal 23 münden.
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Innerhalb des ersten Ringkanals 21 sind dabei zwei Trennstege 25 vorgesehen, die den ersten Ringkanal 21 in zwei voneinander fluiddicht getrennte Ringsegmente 27, 29 unterteilen. Die beiden Trennstege 25 sind hierbei entlang der Umfangsrichtung des ersten Ringkanals 21 voneinander beabstandet und vorzugsweise an etwa zueinander in etwa 180° versetzten Positionen innerhalb des Ringkanals 21 angeordnet, so dass beide Ringsegmente 27, 29 in etwa gleich groß sind. Ein Kühlmittelzuflusskanal 31 mündet in den ersten Ringkanal im Bereich des ersten Ringsegments 27, wohingegen ein Kühlmittelabflusskanal 33 in den ersten Ringkanal 21 im Bereich des zweiten Ringsegments 29 mündet.
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Kühlmittel beispielsweise in Form von Getriebeöl kann von einer Kühlmittelpumpe 35 durch den Kühlmittelzuflusskanal 31 in das erste Ringsegment 27 des ersten Ringkanals 21 gepumpt werden. Innerhalb dieses ersten Ringsegments 27 kann sich das Kühlmittel bis hin zu den Trennstegen 25 frei und mit geringem Strömungswiderstand verteilen. Von dem ersten Ringsegment 27 aus kann das Kühlmittel dann in jeden der in dieses erste Ringsegment 27 mündenden Kühlkanäle 11 innerhalb des Statorkörpers 7 strömen und durch diese Kühlkanäle 11 hin zur gegenüberliegenden Stirnseite 19 strömen. Dort kann das Kühlmittel in den zweiten Ringkanal 23 fließen. Da dieser zweite Ringkanal 23 nicht durch Trennstege 25 segmentiert ist oder, alternativ, die Trennstege dort an anderen Positionen als im ersten Ringkanal 21 angeordnet sind, kann das Kühlmittel hin zu anderen Kühlkanälen 11 strömen, durch die es dann zurück hin zur ersten Stirnseite 17 strömen kann. Dort kann das Kühlmittel in das zweite Ringsegment 29 des ersten Ringkanals 21 einströmen. Von dort aus kann das Kühlmittel letztendlich durch den Kühlmittelabflusskanal 33 wieder entweichen und hin zur Pumpe 35 oder, alternativ, hin zu einem Kühlmittelreservoir oder -tank geleitet werden.
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In 3 ist eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht durch einen Stator 3 dargestellt. Der Statorkörper 7 ist dabei in ein ihn umgebendes zylindrisches Gehäuse 37 eingepresst, so dass die an seinem Außenumfang vorgesehenen Kühlkanäle 11 von einer Innenoberfläche des Gehäuses 37 abgedeckt werden und somit als geschlossene Kanäle von der ersten Stirnseite 17 hin zur zweiten Stirnseite 19 führen. Die an den beiden Stirnseiten 17, 19 vorgesehenen Ringkanäle 21, 23 werden in diesem Fall jeweils mithilfe eines Ringkörpers 39, 41 gebildet. Jeder der Ringkörper 39, 41 schließt sich dabei an eine Stirnfläche des Statorkörpers 7 an. Jeder Ringkörper 39, 41 weist hierbei eine zylindrische oder, wie im dargestellten Beispiel veranschaulicht, kegelstumpfförmige Innenwand 43, 45 auf, welche mit einem Spalt 51, 53 von der Innenoberfläche des Gehäuses 37 beabstandet ist. Ferner weist jeder Ringkörper 39, 41 eine in Radialrichtung von der Innenwand 43, 45 nach außen flanschartig abragende Stirnwand 47, 49 auf, mit der Ringkörper 39, 41 dicht an der Innenoberfläche des Gehäuses 37 anliegt. Auf diese Weise bildet jeder der Ringkörper 39, 41 zusammen mit der Innenoberfläche des Gehäuses 37 und der Stirnfläche des Statorkörpers 7 einen zwischen diesen Komponenten ausgebildeten ringförmig Hohlraum, der als erster bzw. zweiter Ringkanal 21, 23 dienen kann.
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Wie in der perspektivischen Ansicht aus 3a dargestellt, ist dabei an dem ersten Ringkörper 39 ein Paar von Trennstegen 25 vorgesehen. Die beiden Trennstege 25 liegen einander entlang des Ringkörpers 39 in etwa diametral gegenüber. Jeder der Trennstege 25 erstreckt sich in einer Ebene, welche durch eine axiale Richtung und eine radiale Richtung der elektrischen Maschine aufgespannt ist. Dabei erstreckt sich ein Steg 25 ausgehend von der Innenwand 43 in Radialrichtung bis hin zur benachbarten Innenoberfläche des Gehäuses 37 und erstreckt sich gleichzeitig in Axialrichtung von der Stirnwand 47 bis hin zur gegenüberliegenden Stirnfläche des Statorkörpers 7. Auf diese Weise überbrückt ein Trennsteg 25 den Spalt 53 bzw. den den Ringkanal 21 bildenden Hohlraum vollständig und dichtet diesen ab, so dass dieser Ringkanal 21 in zwei Ringkanalsegmente 27, 29 unterteilt ist.
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Der Kühlmittelzuflusskanal 31 erstreckt sich dabei durch das Gehäuse 37 hindurch bis in das erste Ringsegment 27 des ersten Ringkanals 21. Der Kühlmittelabflusskanal 33 mündet in das zweite Ringsegment 29 des ersten Ringkanals 21.
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4 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Stators 3, welche in vieler Hinsicht gleich oder ähnlich ausgebildet ist wie bei dem in 3 dargestellten Beispiel. Allerdings sind in diesem Fall nicht nur in dem ersten Ringkanal 21, sondern auch in dem zweiten Ringkanal 23 Trennstege 25 vorgesehen. Dementsprechend sind beide Ringkanäle 21, 23 in Ringsegmente 27, 29, 28, 30 unterteilt. In den 4a und 4b sind perspektivische Ansichten hierfür einsetzbarer Ringkörper 39, 41 dargestellt. Während an dem den ersten Ringkanal 21 bildenden ersten Ringkörper 39 zwei Paare von einander gegenüberliegenden Trennstegen 25 vorgesehen sind, ist an dem den zweiten Ringkanal 23 bildenden Ringkörper 41 lediglich ein einziges Paar von Trennstegen 25 vorgesehen. Die beiden Ringkörper 39, 41 sind dabei außerdem derart relativ zu dem Statorkörper 7 positioniert in das Gehäuse 37 eingefügt, dass die Trennstege 25 des ersten Ringkörpers 39 nicht mit den Trennstegen 25 des zweiten Ringkörpers 41 fluchten, sondern in einer versetzten Orientierung angeordnet sind. Aufgrund einer hierdurch bewirkten Segmentierung und Zusammenfassung benachbarter Kühlkanäle 11 kann durch den Kühlmittelzuflusskanal 31 eingeführtes Kühlmittel mehrfach von dem ersten Ringkanal 21 hin zu dem zweiten Ringkanal 23 und von diesem zurück zu dem ersten Ringkanal 21 geleitet werden, wie dies mit den Pfeilen 15 veranschaulicht ist. Aufgrund der durch die Trennstege 25 bewirkten Segmentierung kommt es dabei sowohl in dem ersten Ringkanal 21 als auch in dem zweiten Ringkanal 23 zu einer Umlenkung des Kühlmittelflusses.
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Insgesamt lässt sich sowohl mit der in 3 dargestellten Ausgestaltung als auch mit der in 4 dargestellten Ausgestaltung ein über den Statorkörper 7 homogen verteilter Kühlmittelfluss erreichen, wobei sich Kühlmittel an einer gleichen Stirnseite 17 über den Kühlmittelzuflusskanal 31 einleiten als auch von dort über den Kühlmittelabflusskanal 33 ableiten lässt.
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5 zeigt sehr schematisch einen Antriebsstrang 100 für ein Kraftfahrzeug. Der Antriebsstrang 100 umfasst eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 1 sowie ein Getriebe 102. Beide sind an einen gemeinsamen Kühlkreislauf angeschlossen, bei dem Kühlmittel mithilfe einer Kühlmittelpumpe 35 sowohl durch das Getriebe 102 als auch durch die elektrische Maschine 1 zirkuliert wird. Der erste Ringkanal 21 der elektrischen Maschine 1 ist dabei an einer dem Getriebe 102 zugewandten Seite der elektrischen Maschine 1 angeordnet. Zuleitungen zwischen der Kühlmittelpumpe 35 und dem an diesem ersten Ringkanal 21 vorgesehenen Kühlmittelzuflusskanal 31 bzw. dem Kühlmittelabflusskanal 33 können daher kurz sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012022452 A1 [0006]
