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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 12.
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Ein solcher Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie eine solche elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sind beispielsweise bereits aus der
DE 10 20011 053 299 A1 bekannt. Der Stator weist dabei wenigstens ein Blechpaket auf, in welchem eine Mehrzahl von von einem Kühlfluid zum Kühlen des Stators durchströmbaren und sich axialer Richtung des Stator erstreckenden Kühlkanälen ausgebildet ist.
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Außerdem offenbart die
EP 1 271 747 A1 einen elektrischen Mittelfrequenzmotor, mit einem flüssigkeitsdurchflutetem Stator, der durch ein Spaltrohr von einem Rotor getrennt ist. Das Spaltrohr ist flüssigkeitsdicht in Lagerflanschen gelagert.
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Die
DE 10 2014 213 159 A1 offenbart eine Anordnung zur Statorkühlung für einen elektrischen Motor, mit einem Statorblechpaket, das eine Vielzahl von axial aneinandergereihten Statorblechen sowie mehrere in dem Statorblechpaket axial verlaufende Wicklungsnuten zur Aufnahme zugehöriger Statorwicklungen umfasst.
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Des Weiteren ist aus der
DE 10 2011 003 597 A1 eine elektrische Maschine bekannt, welche einen Stator mit einem Statorblechpaket und einer am Statorblechpaket angeordneten Statorwicklung aufweist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stator und eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Kühlung des Stators realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Der Stator weist dabei wenigstens ein Blechpaket auf, in welchem eine Mehrzahl von von einem Kühlfluid, insbesondere von einer Kühlflüssigkeit, zum Kühlen des Stators durchströmbaren und sich in axialer Richtung des Stators erstreckenden Kühlkanälen ausgebildet ist.
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Um nun eine besonders vorteilhafte und insbesondere effiziente und effektive Kühlung des Stators realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der jeweilige Kühlkanal in seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufend durch das Blechpaket begrenzt ist. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter und effektiver und effizienter Wärmeübergang von dem auch als Statorblechpaket bezeichneten Blechpaket an das den jeweilige Kühlkanal durchströmende Kühlfluid erfolgen, sodass in kurzer Zeit eine besonders hohe Wärmemenge von dem Blechpaket und somit von dem Stator insgesamt abtransportiert werden kann. Vorzugsweise ist der jeweilige Kühlkanal in seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufend direkt durch das Blechpaket begrenzt, sodass das den jeweiligen Kühlkanal durchströmende Kühlfluid das Blechpaket bzw. den jeweiligen Kühlkanal direkt begrenzende Wandungsbereich des Blechpakets direkt anströmt bzw. umströmt und somit direkt berühren bzw. kontaktieren kann. Dadurch kann das Blechpaket besonders effektiv gekühlt werden.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Stators ist, dass der jeweilige Kühlkanal innerhalb des Blechpakets verläuft und dabei eine Längserstreckungsrichtung aufweist, welche zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung des Stators und somit des Blechpakets bzw. im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung des Stators und somit des Blechpakets verläuft. Der jeweilige, fluiddurchströmte Kühlkanal ist somit nicht außerhalb des Stators bzw. des Blechpakets, sondern innerhalb des Blechpakets und somit innerhalb eines magnetisch aktiven Teils des Stators angeordnet.
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Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer herkömmlichen vorgesehen Wassermantelkühlung der Wärmestrom das gesamte Statorjoch durchqueren muss, denn die Wärme entsteht hauptsächlich in der Wicklung. Für die benötigte Kühlleistung stellt dies einen vergleichsweise hohen Wärmewiderstand dar. Typischerweise kann im Statorjoch ein Temperaturabfall von 30°C herrschen. Würde dies umgangen, wäre die elektrische Maschine um diesen Betrag kühler bzw. die Dauerleistung könnte erhöht werden. Somit besteht bei herkömmlichen elektrischen Maschinen das Problem, dass die Dauerleistung geringer als erwünscht ist bzw. dass die elektrische Maschine größer und somit kostenintensiver als nötig auszugestalten ist. Diese Probleme und Nachteile können mittels des erfindungsgemäßen Stators vermieden werden, da sich eine besonders effiziente und effektive Kühlung realisieren lässt.
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Der jeweilige Kühlkanal ist beispielsweise als von dem Kühlfluid durchströmbares Kühlrohr ausgebildet, wobei der jeweilige, beispielsweise als Kühlrohr ausgebildete Kühlkanal einen zumindest im Wesentlichen kreisrunden ,von dem Kühlfluid durchströmbaren Querschnitt aufweist.
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Um jedoch eine besonders effiziente und effektive Kühlung des Blechpakets und somit des Stators insgesamt realisieren zu können, ist es bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der jeweilige Kühlkanal als Kühlschlitz ausgebildet ist, dessen von dem Kühlfluid durchströmbarer Querschnitt eine gegenüber der Höhe wesentlich größere Breite aufweist. Dadurch kann ein besonders effektiver und effizienter Wärmeübergang von dem Blechpaket an das den Kühlkanal durchströmende Kühlfluid erfolgen, sodass in kurzer Zeit eine besonders hohe Wärmemenge von dem Blechpaket abtransportiert werden kann.
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Das Kühlfluid ist vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit, insbesondere ein Öl, wobei das Kühlfluid auch als Kühlmedium bezeichnet wird. Durch die Nutzung der Kühlflüssigkeit als das Kühlfluid kann eine besonders effektive Kühlung dargestellt werden. Durch die Ausgestaltung des jeweiligen Kühlkanals als Kühlschlitz ist eine sogenannte Schlitzkühlung des Stators realisierbar, sodass der Stator besonders effektiv gekühlt werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Breite des Kühlschlitzes mindestens 2,5-mal größer, insbesondere mindestens 3-mal größer, als die Höhe ist. Dadurch kann eine besonders hohe Kühlleistung realisiert werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der jeweilige Kühlkanal zumindest über mehr als die Hälfte der in axialer Richtung des Stators verlaufenden Länge des Blechpakets, insbesondere unterbrechungsfrei. Hierdurch kann der Stator besonders effektiv gekühlt werden.
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Vorzugsweise weist der Kühlkanal zumindest einen Längenbereich auf, welcher sich in axialer Richtung des Blechpakets durch dieses hindurcherstreckt. Zumindest in diesem Längenbereich ist der Kühlkanal in seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufen durch das Blechpaket, insbesondere direkt, begrenzt. Dabei erstreckt sich zumindest dieser Längenbereich unterbrechungsfrei zumindest über mehr als die Hälfte der in axialer Richtung des Stators verlaufenden Länge des Blechpakets. Insbesondere erstreckt sich der Längenbereich über die gesamte in axialer Richtung verlaufende Länge des Blechpakets, sodass sich der Längenbereich beispielsweise unterbrechungsfrei vollständig erstreckt. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es somit vorgesehen, dass sich der jeweilige Kühlkanal in axialer Richtung vollständig durch das Blechpaket erstreckt, sodass das Blechpaket auf einer gesamten axialen Länge effektiv und effizient gekühlt werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Blechpaket eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Blechpakets aufeinanderfolgenden Zähnen und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Blechpakets aufeinanderfolgenden, zwischen den Zähnen angeordneten Nuten zum zumindest teilweisen aufnehmen wenigstens einer Wicklung des Stators auf. Mit anderen Worten ist in Umfangsrichtung des Blechpakets zwischen zwei in Umfangsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgenden der Nuten genau einer der Zähne angeordnet, sodass in Umfangsrichtung paarweise zwischen jeweils zwei der Nuten genau einer der Zähne des Blechpakets angeordnet ist.
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Um dabei eine besonders effektive und effiziente Kühlung des Stators zu realisieren, ist in dem jeweiligen Zahn wenigstens einer der Kühlkanäle zumindest teilweise angeordnet, sodass in dem jeweiligen Zahn wenigstens einer der Kühlkanäle zumindest teilweise verläuft. Der Kühlkanal ist somit als Zahnkanal ausgebildet, wobei er Zahnkanal zumindest in Umfangsrichtung zumindest teilweise, insbesondre zumindest überwiegend oder vollständig, zwischen zwei in Umfangsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgenden der Nuten angeordnet ist.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der wenigstens eine Kühlkanal vollständig in dem jeweiligen Zahn verläuft. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere im Bereich der Wicklung, die an dem Zahn gehalten bzw. um den Zahn gewickelt ist, ein besonders hoher Betrag an Wärmeenergie entstehen kann. Da nun der Kühlkanal zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder wollständig, durch den Zahn verläuft, kann Wärmeenergie besonders vorteilhaft von dem Zahn und dem Blechpaket insgesamt abtransportiert werden.
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Um einen besonders hohen Betrag an Wärmeenergie von dem jeweiligen Zahn abtransportieren zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass in dem jeweiligen Zahn mehrere der Kühlkanäle zumindest teilweise verlaufen.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die mehreren, jeweils zumindest teilweise in dem jeweiligen Zahn verlaufenden Kühlkanale in radialer Richtung des Stators aufeinanderfolgend bzw. hintereinander angeordnet sind. Hierdurch kann Wärmeenergie besonders effektiv von dem Blechpaket abtransportiert werden.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn wenigstens einer der Kühlkanäle in eine parallel zur axialen Richtung des Stators verlaufende erste Richtung und wenigstens ein anderer der Kühlkanäle in eine parallel zur axialen Richtung des Stators verlaufende und der ersten Richtung entgegensetzte zweite Richtung von dem Kühlfluid durchströmbar ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass während eines Betriebs der elektrischen Maschine das Kühlfluid in die erste Richtung durch den wenigstens einen Kühlkanal und in die der ersten entgegengesetzte zweite Richtung durch den wenigstens einen anderen Kühlkanal hindurchströmt, sodass das Kühlfluid gegensinnig bzw. entgegengesetzt durch die Kühlkanäle strömt. Dadurch kann eine besonders hohe Kühlleistung realisiert werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die elektrische Maschine umfasst wenigstens einen Stator, insbesondere wenigstens einen erfindungsgemäßen Stator, welcher wenigstens ein Blechpaket aufweist. In dem Blechpaket ist eine Mehrzahl von von einem Kühlfluid zum Kühlen des Stators durchströmbaren und sich in axialer Richtung des Stators erstreckenden Kühlkanälen ausgebildet.
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Um nun eine besonders effektive Kühlung des Starters und somit der elektrischen Maschine insgesamt realisieren zu können, ist es bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass der jeweilige Kühlkanal in seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufend durch das Blechpaket begrenzt ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der ersten Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der zweiten Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
- 1 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Vorderansicht eines Stators gemäß einer ersten Ausführungsform für eine elektrische Maschine, mit wenigstens einem Blechpaket, in welchem eine Mehrzahl von von einem Kühlfluid zum Kühlen des Stators durchströmbaren und sich in axialer Richtung des Stators erstreckenden Kühlkanälen ausgebildet ist, wobei der jeweilige Kühlkanal in seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufend durch das Blechpaket begrenzt ist;
- 2 eine schematische und perspektivische Seitenansicht der elektrischen Maschine mit dem Stator gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 3 eine schematische und geschnittene Seitenansicht der elektrischen Maschine mit dem Stator gemäß einer dritten Ausführungsform; und
- 4 eine schematische und geschnittene Vorderansicht des Stators gemäß einer vierten Ausführungsform
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Vorderansicht einen im Ganzen mit 1 bezeichneten Stator gemäß einer ersten Ausführungsform für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet und umfasst in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Hierzu ist die elektrische Maschine zum Beispiel in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar. In Zusammenschau mit 3 ist erkennbar, dass die in 2 und 3 mit 2 bezeichnete elektrische Maschine den Stator 1 und einen Rotor 3 umfasst, welcher beispielsweise zumindest teilweise oder vollständig in dem Stator 1 angeordnet ist. Der Rotor 3 ist dabei um eine Drehachse relativ zu dem Stator 1 drehbar.
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Aus 1 ist erkennbar, dass der Stator 1 zumindest ein Blechpaket 4 aufweist, welches ein Joch 5 und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Stators 1 und somit des Blechpakets 4 aufeinanderfolgend bzw. hintereinander angeordneten Zähnen 6 umfasst, welche mit dem Joch 5 verbunden sind. Das Joch 5 wird auch als Statorjoch bezeichnet, wobei die Zähne 6 auch als Statorzähne bezeichnet werden. Beispielsweise sind die Zähne 6 einstückig mit dem Joch 5 ausgebildet. Außerdem weist das Blechpaket 4 eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Stators 1 und somit des Blechpakets 4 aufeinanderfolgenden Nuten 7 auf, wobei in Umfangsrichtung des Blechpakets 4 zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung des Blechpakets 4 unmittelbar aufeinanderfolgenden der Nuten 7 genau einer der Zähne 6 angeordnet ist. Somit ist jeweils paarweise zwischen zwei der Nuten 7 genau einer der Zähne 6 angeordnet.
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Wie ferner aus 1 erkennbar ist, ist in dem Blechpaket 4 eine Mehrzahl von von einem Kühlfluid zum Kühlen des Blechpakets 4 und somit des Stators 1 insgesamt durchströmbaren und sich in axialer Richtung des Stators 1 und somit des Blechpakets 4 erstreckenden Kühlkanälen 8 ausgebildet. In 1 und 2 ist die axiale Richtung des Stators 1 und somit des Blechpakets 4 durch einen Pfeil 9 veranschaulicht.
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Um nun eine besonders vorteilhafte, effektive und effiziente Kühlung des Blechpakets 4 und somit des Stators 1 und der elektrischen Maschine 2 insgesamt realisieren zu können, ist der jeweilige Kühlkanal 8 in seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufend durch das Blechpaket 4, insbesondere direkt, begrenzt. Unter der direkten Begrenzung ist zu verstehen, dass das den jeweiligen Kühlkanal 8 durchströmende Kühlfluid das Blechpaket 4, insbesondere jeweilige, den jeweiligen Kühlkanal 8 begrenzende Wandungsbereiche des Blechpakets 4, direkt anströmt bzw. umströmt und somit direkt berührt. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem Blechpaket 4 an das jeweilige den jeweiligen Kühlkanal 8 durchströmende Kühlfluid erfolgen.
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In 1 Ist mit V1 eine erste Variante des jeweiligen Kühlkanals 8 bezeichnet. Ferner ist mit V2 eine jeweilige zweite Variante des jeweiligen Kühlkanals 8 bezeichnet, wobei mit V3 eine jeweilige dritte Variante des jeweiligen Kühlkanals 8 bezeichnet ist. Als das Kühlfluid wird vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit, insbesondere ein Öl, verwendet, um dadurch in kurzer Zeit eine besonders hohe Wärmemenge von dem Blechpaket 4 abtransportieren zu können. Bei einer in den Figuren nicht veranschaulichten Ausführungsform ist der jeweilige Kühlkanal 8 als Kühlrohr ausgebildet, wobei der jeweilige Kühlkanal 8 einen zumindest im Wesentlichen kreisrunden, von dem Kühlfluid durchströmbaren Querschnitt aufweist.
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Bei den in den Figuren veranschaulichten Ausführungsformen und insbesondere bei den Varianten V1, V2 und V3 ist eine Schlitzkühlung des Blechpakets 4 und somit des Stators 1 vorgesehen. Hierzu ist der jeweilige Kühlkanal 8 als Kühlschlitz ausgebildet, dessen von dem Kühlfluid durchströmbarer Querschnitt eine, am Beispiel der zweiten Variante V2 veranschaulichte Höhe H und eine ebenfalls am Beispiel der zweiten Variante V2 veranschaulichte Breite B aufweist, wobei die Breite B wesentlich größer als die Höhe H ist. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Breite B mindestens 2,5-mal größer, insbesondere mindestens 3-mal größer und vorzugsweise mindestens 4-mal größer, als die Höhe H ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Kühlleistung dargestellt werden.
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Während eines Betriebs der elektrischen Maschine 2 strömt das Kühlfluid durch den jeweiligen Kühlkanal 8 in axialer Richtung des Stators 1 und somit der elektrischen Maschine 2 insgesamt, wodurch der Stator 1 effektiv gekühlt wird. Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen und Varianten V1, V2 und V3 sowie die zuvor genannte, nicht gezeigte Ausführungsform können dabei jeweils für sich alleine oder aber in beliebiger Kombination zum Einsatz kommen, um eine vorteilhafte und bedarfsgerechte Kühlung zu realisieren.
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Der als Kühlschlitz ausgebildete Kühlkanal 8 ist bei der ersten Variante V1 als Jochschlitz gebildet, da sich der Kühlkanal 8 bei der ersten Variante V1 vollständig in dem Joch 5 befindet und sich vollständig in dem Joch 5 erstreckt. Somit ist der Kühlkanal 8 bei der ersten Variante V1 überdeckungsfrei zu den Nuten 7 angeordnet.
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Bei der zweiten Variante V2 ist in dem jeweiligen Zahn 6 genau ein Kühlschlitz angeordnet, wobei bei der zweiten Variante V2 der Kühlschlitz vollständig in dem Zahn 6 angeordnet ist bzw. verläuft. Somit ist der Kühlschlitz bei der zweiten Variante V2 vollständig zwischen den in Umfangsrichtung unmittelbar aufeinander folgenden Nuten 7 angeordnet. Bei der zweiten Variante V2 verläuft die Breite B zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung des Stators 1 und somit des Zahns 6, in welchem der Kühlschlitz 6 angeordnet ist. Die in radialer Richtung verlaufende Breite B ist dabei wesentlich größer als die Hälfte der in radialer Richtung verlaufenden Erstreckung des Zahns 6, in welchem der Kühlschlitz angeordnet ist.
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Bei der dritten Variante V3 ist es vorgesehen, dass in dem jeweiligen Zahn 6 mehrere der Kühlkanäle 8, zumindest teilweise, insbesondere jeweils zumindest überwiegend oder vollständig, verlaufen. Dabei sind die mehreren, jeweils zumindest teilweise in dem jeweiligen Zahn 6 verlaufenden Kühlkanäle 8 in radialer Richtung des Stators 1 aufeinanderfolgend bzw. hintereinander angeordnet. Auch bei der dritten Variante V3 verläuft die jeweilige Breite B des jeweiligen Kühlkanals 8 zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung, wobei die jeweilige Breite B des jeweiligen Kühlkanals 8 für sich betrachtet geringer als die Hälfte der in radialer Richtung verlaufenden Erstreckung des Zahns 6 ist, in welchem die Kühlkanäle 8 angeordnet sind. Die Summe der Breiten B der in dem Zahn 6 angeordneten bzw. verlaufenden Kühlkanäle 8 jedoch ist größer als die Hälfte der in radialer Richtung verlaufenden Länge bzw. Erstreckung des Zahns 6, in dem die mehreren Kühlkanäle 8 angeordnet sind bzw. verlaufen. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeabtransport realisiert werden.
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Vorzugsweise erfolgt der Durchfluss des Kühlfluids durch den jeweiligen Kühlkanal 8 zumindest im Wesentlichen kontinuierlich. Hierzu ist wenigstens ein oder mehrere Kühlmittelverteilringe vorgesehen, wobei beispielsweise der wenigstens eine Kühlmittelverteilring in axialer Richtung hinter dem Blechpaket 4 angeordnet ist oder dem Blechpaket 4 vorweggeht. Über den Kühlmittelverteilring wird das Kühlfluid beispielsweise auf die Kühlkanäle 8 aufgeteilt bzw. verteilt. Beispielsweise wird ein erster der Kühlmittelverteilungsringe genutzt, um das Kühlfluid den Kühlkanälen 8 zuzuführen. Dabei wird das Kühlfluid mittels des ersten Kühlmittelverteilrings auf die Kühlkanäle 8 verteilt. Ferner wird wenigstens ein zweiter der Kühlmittelverteilerringe genutzt, um das aus den Kühlkanälen 8 strömende Kühlfluid zu sammeln und entsprechend von den Kühlkanälen 8 abzuführen.
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Vorzugsweise ist eine Fließrichtung des Kühlfluids in entgegengesetzte, parallel zur axialen Richtung des Stators 1 verlaufende Richtungen vorgesehen, was beispielsweise in 2 veranschaulicht ist. 2 zeigt den Stator 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform strömt das Kühlfluid während eines Betriebs der elektrischen Maschine durch diejenigen der Kühlkanäle 8, welche in 2 mit Z bezeichnet sind, in eine parallel zur axialen Ausrichtung des Stators 1 verlaufende erste Richtung. Ferner strömt das Kühlfluid während des Betriebs der elektrischen Maschine 2 durch diejenigen der Kühlkanäle 8, die in 2 mit A bezeichnet sind, in eine parallel zur axialen des Stators 1 verlaufende und der ersten Richtung entgegengesetzte, zweite Richtung. Die erste Richtung ist dabei in 2 durch einen Pfeil 10 veranschaulicht, wobei die zweite Richtung durch einen Pfeil 11 veranschaulicht ist. Somit ist beispielsweise eine Art Gegenstromkühlung realisierbar, wodurch eine besonders effektive Kühlung dargestellt werden kann.
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In 2 ist beispielsweise eine erste Seite des Stators 1 mit 12 bezeichnet, wobei eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des Stators 1 mit 13 bezeichnet ist. Dabei ist es denkbar, dass das Kühlfluid, welches auch als Kühlmedium oder Kühlmittel bezeichnet wird, jeweils zu gleichen Teilen von der Seite 12 zur Seite 13 in die erste Richtung und von der Seite 13 zur Seite 12 in die zweite Richtung strömt, sodass beispielsweise ein in die erste Richtung strömender Gesamtmassenstrom des Kühlfluids einem in die zweite Richtung strömendem Gesamtmassenstrom des Fluids entspricht.
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Es ist denkbar, dass das Kühlfluid durch einen Kühlmittelkreislauf strömt, welcher geschlossen oder halboffen ausgestaltet sein kann. Ein solcher halboffener Kühlmittelkreislauf ist in 2 veranschaulicht. Dabei ist auf der Seite 12 eine erste Auffangwanne 14 angeordnet, und auf der Seite 13 ist eine zweite Auffangwanne 15 angeordnet. Mittels der Auffangwanne 14 wird das beispielsweise die Kühlkanäle A durchströmende und auf der Seite 12 aus den Kühlkanälen A ausströmende Kühlfluid aufgefangen. Mittels der Auffangwanne 15 wird beispielsweise das die Kühlkanäle Z und auf der Seite 13 aus den Kühlkanälen Z ausströmende Kühlfluid aufgefangen. Beispielsweise mittels einer Fördereinrichtung wird das mittels der Auffangwange 14 aufgefangene und sich somit zunächst in der Auffangwanne 14 befindende Kühlfluid aus der Auffangwanne 14 zu den und insbesondere in und durch die Kühlkanäle Z und somit von der Seite 12 zur Seite 13 gefördert. Dementsprechend ist es zum Beispiel möglich, mittels der Fördereinrichtung das mittels der Auffangwange 15 aufgefangene und sich somit zunächst in der Auffangwange 15 befindende Kühlfluid von der Auffangwanne 15 zu den und insbesondere in und durch die Kühlkanäle A und somit von der Seite 13 zu der Seite 12 zu fördern.
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Das aufgefangene Kühlfluid wird beispielsweise, insbesondere bevor das jeweilige Kühlfluid aus der jeweiligen Auffangwanne 14 bzw. 15 wieder durch die jeweiligen Kühlkanäle 8 hindurchgefördert wird, einem Wärmetauscher zugeführt, mittels welchem das Kühlfluid gekühlt wird. Der Wärmetauscher umfasst dabei beispielsweise einen Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher und/oder einen Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher. Der Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher ist von dem als Kühlflüssigkeit ausgebildeten Kühlfluid und von Luft durchströmbar bzw. umströmbar, sodass über den Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher ein Wärmeübergang von dem Kühlfluid an die Luft erfolgen kann. Dadurch wird das Kühlfluid gekühlt.
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Der Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher ist beispielsweise von dem als Kühlflüssigkeit ausgebildeten Kühlfluid und von einer weiteren, beispielsweise als Wasser ausgebildeten Kühlflüssigkeit durchströmbar. Infolge eines Wärmeübergangs über den Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher von dem Kühlfluid an die weitere Kühlflüssigkeit wird das Kühlfluid gekühlt. Anschließend kann das Kühlfluid auf die beschriebene Weise, insbesondere mittels der Fördereinrichtung, wieder in die Kühlkanäle 8 eingebracht bzw. durch diese hindurchgefördert werden. Alternativ ist es denkbar, dass das aus den jeweiligen Kühlkanälen 8 ausströmende Kühlfluid direkt über ein geschlossenes Leitungssystem, insbesondere über ein geschlossenes Rohrleitungssystem, in einen Wärmetauscher zu Abkühlung des Kühlfluids geleitet und anschließend wieder in den Stator 1 bzw. in die Kühlkanäle 8 eingebracht wird, um dadurch einen geschlossenen Kühlkreislauf zu realisieren.
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3 zeigt eine dritte Ausführung des Stators 1. Bei der dritten Ausführungsform ist ein von dem Kühlfluid durchströmbarer und vorzugsweise geschlossener Kühlkreislauf mit 16 bezeichnet. Ferner ist die beispielsweise als Pumpe ausgebildete Fördereinrichtung mit 17 bezeichnet. Mittels der Fördereinrichtung 17 wird das Kühlfluid durch den Kühlkreislauf 16 gefördert. Die Fördereinrichtung 17 ist beispielsweise über Leitungselemente, insbesondere über Schläuche und/oder Rohre, fluidisch mit den Kühlkanälen 8 verbunden, sodass mittels der Fördereinrichtung 17 das Kühlfluid durch die Kühlkanäle 8 gefördert werden kann. Dabei veranschaulichen in 3 Pfeile eine jeweilige Strömungsrichtung, in die das Kühlfluid mittels der Fördereinrichtung 17 gefördert wird.
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Ferner sind bei der dritten Ausführungsform Auslaufrinnen 18 vorgesehen, welche vorzugsweise ortsfest an dem Stator 1 angebracht sind und dafür sorgen, dass das Kühlfluid nicht in einen beispielsweise in radialer Richtung zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 1 angeordneten Luftspalt gelangt.
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Schließlich veranschaulicht die 4 eine vierte Ausführungsform. In 4 ist die zuvor beschriebene Strömung des Kühlfluids durch die jeweiligen Kühlkanäle 8 veranschaulicht. Wie in 4 durch in die Kühlkanäle Z eingezeichnete Kreuze veranschaulicht ist, strömt das die Kühlkanäle Z durchströmende Kühlfluid in die erste Richtung, welche senkrecht zur Bildebene von 4 und dabei in die Bildebene von 4 verläuft. Ferner veranschaulichen in 4 in die Kühlkanäle A eingezeichnete Punkte die zweite Richtung, in die das die Kühlkanäle A durchströmende Kühlfluid strömt. Dabei verläuft die zweite Richtung senkrecht zur Bildebene von 4 und dabei aus der Bildebene von 4 heraus.
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Bei der in 4 veranschaulichten vierten Ausführungsform sind die Kühlkanäle 8 als Kühlrohre ausgebildet und weisen jeweils einen zumindest im Wesentlichen kreisrunden, von dem Kühlfluid durchströmbaren Querschnitt auf. Ferner sind die jeweiligen Kühlkanäle 8 in dem jeweiligen Joch 5 angeordnet. Bei der vierten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Strömungsrichtung bzw. Fließrichtung des Kühlfluids von einem der Kühlkanäle 8 zum jeweils nächsten Kühlkanal 8 jeweils wechselweise gerichtet ist. Somit strömt das Kühlfluid beispielsweise aus einem der Kühlkanäle 8 bzw. A aus und danach in einen der Kühlkanäle 8 bzw. Z ein. Insbesondere folgt beispielsweise der Kühlkanal Z, in den das Kühlfluid einströmt, in Umfangsrichtung des Stators 1 unmittelbar auf den Kühlkanal A, aus welchem das Kühlfluid zuvor ausgeströmt ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in Umfangsrichtung des Stators 1 zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung des Stators 1 unmittelbar aufeinanderfolgenden Kühlkanälen Z genau ein Kühlkanal A angeordnet. Ferner ist es vorgesehen, dass in Umfangsrichtung des Stators 1 zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung des Stators 1 unmittelbar aufeinanderfolgenden Kühlkanälen A genau ein Kühlkanal Z angeordnet ist.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann eine besonders effektive Kühlung des Stators 1 realisiert werden, sodass der Bauraumbedarf des Stators 1 und somit der elektrischen Maschine 2 insgesamt besonders gering gehalten werden kann. Durch die Anordnung der Kühlkanäle 8 innerhalb des Blechpakets 4 kann beispielsweise ein das Blechpaket 4 umgebender Wassermantel in einem Gehäuse der elektrischen Maschine 2 vermieden werden, sodass die elektrische Maschine 2 mit besonders kleinen Abmessungen ausgestaltet werden kann. Dadurch kann eine besonders hohe Leistungsdichte insbesondere im Hinblick auf einen Betrieb mit Dauerleistung realisiert werden. Darüber hinaus kann ein besonders leistungsfähiges Kühlsystem realisiert werden, sodass eine besonders hohe Dauerleistung darstellbar ist. Somit ist es möglich, eine gewünschte Dauerleistung mit einer besonders kleinen elektrischen Maschine zu realisieren, sodass eine besonders hohe Dauerleistungsdichte dargestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- elektrische Maschine
- 3
- Rotor
- 4
- Blechpaket
- 5
- Joch
- 6
- Zahn
- 7
- Nut
- 8
- Kühlkanal
- 9
- Pfeil
- 10
- Pfeil
- 11
- Pfeil
- 12
- Seite
- 13
- Seite
- 14
- Auffangwanne
- 15
- Auffangwanne
- 16
- Kühlmittelkreislauf
- 17
- Fördereinrichtung
- 18
- Auslaufrinne
- A
- Kühlkanal
- B
- Breite
- H
- Höhe
- V1
- erste Variante
- V2
- zweite Variante
- V3
- dritte Variante
- Z
- Kühlkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1020011053299 A1 [0002]
- EP 1271747 A1 [0003]
- DE 102014213159 A1 [0004]
- DE 102011003597 A1 [0005]
