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Die Erfindung betrifft Aktivteil für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Aktivteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
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Ein solches Aktivteil für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Aktivteils sind beispielsweise bereits der
DE 10 2015 207 767 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Aktivteil weist wenigstens eine Wicklung mit wenigstens einen Wickelkopf auf. Des Weiteren sind Verfahren zum Betreiben von elektrischen Maschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Bei einem solchen Verfahren weist zumindest ein Aktivteil der elektrischen Maschine wenigstens eine Wicklung mit wenigstens einem Wickelkopf auf. Bei dem Aktivteil handelt es sich beispielsweise um einen Rotor beziehungsweise um einen Stator der elektrischen Maschine.
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Des Weiteren offenbart die
DE 102 60 314 A1 eine elektrische Maschine, mit einer Wicklung, die mehrere Leiter umfasst. Der
DE 10 2013 007 706 A1 ist eine elektrische Maschine als bekannt zu entnehmen, mit wenigstens einem Statorelement als erstes Maschinenelement und mit wenigstens einem Rotorelement als zweites Maschinenelement, welches um eine Drehachse relativ zu dem Rotorelement drehbar ist. Darüber hinaus offenbart die
EP 2 811 622 A1 einen Wickelkopf für eine dynamoelektrische Maschine. Schließlich ist aus der
WO 2010/061278 A2 ein Stator für eine elektrische Maschine bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Aktivteil sowie Verfahren der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Kühlung der elektrischen Maschine realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Aktivteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Aktivteil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafter Kühlung des Aktivteils und somit der elektrischen Maschine insgesamt realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das beispielsweise als Rotor oder aber als Stator der elektrischen Maschine ausgebildete Aktivteil einen offenen Kühlkreislauf aufweist, welcher eine Mehrzahl von innerhalb des Wickelkopfes des Aktivteils verlaufenden Kühlkanälen aufweist. Der Wickelkopf kann einteilig beziehungsweise einstückig ausgebildet sein oder mehrere Kopfteile beziehungsweise Köpfe aufweisen, die beispielsweise, insbesondere in Umfangsrichtung des Aktivteils, voneinander beabstandet sein können. Unter dem Wickelkopf ist insbesondere ein beispielsweise stirnseitiger Bereich zu verstehen, welcher beispielsweise an einem axialen Ende des Aktivteils vorgesehen ist, wobei beispielsweise die Wicklung beziehungsweise jeweilige Windungen der Wicklung ein Trägerelement, an welchem die Wicklung beziehungsweise die Windung gehalten ist beziehungsweise sind, in axialer Richtung, insbesondere nach außen hin, überragt beziehungsweise überragen. Bei dem Trägerelement handelt es sich beispielsweise um ein Blechpaket des Aktivteils.
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Die Kühlkanäle weisen jeweils zwei freie offene Enden auf, an welchen die Kühlkanäle an deren Umgebung münden. Somit weist beispielsweise der jeweilige Kühlkanal an dessen Enden jeweils eine Öffnung auf, über welche der Kühlkanal an dessen Umgebung mündet. Dadurch ist über jeweils eines der offenen Enden des jeweiligen Kühlkanals eine Kühlflüssigkeit wie beispielsweise Öl aus der Umgebung in den jeweiligen Kühlkanal einsprühbar, mittels welchem die über das jeweilige eine Ende in den jeweiligen Kühlkanal eingesprühte Kühlflüssigkeit gezielt zu dem jeweils anderen Ende des jeweiligen Kühlkanals zu führen ist beziehungsweise geführt werden kann. Unter dem Merkmal, dass die beispielsweise als Öl ausgebildete Kühlflüssigkeit in den jeweiligen Kühlkanal einsprühbar ist beziehungsweise eingesprüht wird, ist insbesondere zu verstehen, dass die Kühlflüssigkeit beispielsweise gezielt mittels wenigstens einer Sprühvorrichtung in den jeweiligen Kühlkanal eingesprüht wird. Die in den jeweiligen Kühlkanal eingesprühte Kühlflüssigkeit wird beispielsweise auch als Sprühflüssigkeit, insbesondere Sprühöl, bezeichnet. Ferner kann unter dem Merkmal, dass die Kühlflüssigkeit in den jeweiligen Kühlkanal einsprühbar ist beziehungsweise eingesprüht wird, verstanden werden, dass beispielsweise während eines Betriebs der elektrischen Maschine Kühlflüssigkeit aufgewirbelt wird, insbesondere dadurch, dass beispielsweise wenigstens eine Relativdrehung zwischen dem Aktivteil und wenigstens einer weiteren Komponente der elektrischen Maschine stattfindet. Die aufgewirbelte Kühlflüssigkeit wird dadurch, dass sie aufgewirbelt wird, über das jeweilige eine Ende in den Kühlkanal eingebracht, das heißt eingesprüht, und mittels des jeweiligen Kühlkanals zu dem jeweils anderen Ende geführt. An dem anderen Ende kann die Kühlflüssigkeit aus dem jeweiligen Kühlkanal ausströmen und an dessen Umgebung strömen. Beispielsweise wird die Kühlflüssigkeit aus einem, insbesondere inneren, Bereich der elektrischen Maschine in den jeweiligen Kühlkanal eingebracht, insbesondere eingesprüht. Insbesondere wird beispielsweise die Kühlflüssigkeit in dem genannten Bereich aufgewirbelt und wird somit aus dem Bereich in den jeweiligen Kühlkanal eingesprüht. An dem jeweils anderen Ende kann die Kühlflüssigkeit, nachdem sie den jeweiligen Kühlkanal durchströmt hat, aus dem jeweiligen Kühlkanal ausströmen und beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, in den Bereich zurückströmen, wodurch der offene Kühlkreislauf geschlossen ist.
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Unter dem offenen Kühlkreislauf ist somit zu verstehen, dass die Kühlkanäle nicht etwa wie bei einem geschlossenen Kühlkreislauf fluidisch unmittelbar miteinander verbunden sind und somit Bestandteile eines zusammenhängende Kanals sind, sondern die Kühlkanäle sind an ihren jeweiligen Enden offen, sodass über die jeweiligen einen Enden, die beispielsweise in Umfangsrichtung des Aktivteils voneinander beabstandet sind, Kühlflüssigkeit in die Kühlkanäle eingesprüht werden kann. Dadurch, dass die Kühlkanäle innerhalb des Wickelkopfes verlaufen beziehungsweise innerhalb des Wickelkopfes angeordnet sind, kann infolge eines Wärmeübergangs von dem Wickelkopf an die die Kühlkanäle durchströmende Kühlflüssigkeit eine effiziente und effektive Wärmeabfuhr realisiert werden, sodass der Wickelkopf und somit die Wicklung und die elektrische Maschine insgesamt besonders vorteilhaft, effektiv und effizient gekühlt werden können.
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Der Erfindung liegt dabei die folgende Erkenntnis zugrunde: Die Leistungsdichte und Haltbarkeit von elektrischen Maschinen ist wesentlich von der Möglichkeit von der Abfuhr von Verlustwärme abhängig. Aktivteile wie beispielsweise Statoren, in die die felderzeugenden Spulen während der Herstellung eingezogen werden, haben bauartbedingt große Wickelköpfe. In der Regel werden diese geformt und kompaktiert, um beispielsweise den auch als Läufer bezeichneten Rotor in den jeweiligen Stator und den Stator wiederum in ein Gehäuse einsetzen zu können. Bei Betrieb der elektrischen Maschine entfällt ein Großteil der Wärmeentstehung auf den jeweiligen Wickelkopf. Gleichzeitig kann durch die kompakte Anordnung von Drähten zum Herstellen der Wicklung die Kühlung in den Wickelköpfen nur schwer realisiert werden.
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Beispielsweise kann ein externer Kühlmantel zum Einsatz kommen, der die Wärmeabfuhr nur über Wärmeleitung durch ein Statorblechpaket und das Gehäuse umsetzen kann. Dies hat den Nachteil, dass dabei verschiedene Wärmeübergangswiderstände überwunden werden müssen. Dadurch ist eine abführbare Wärmemenge aus dem Wickelkopf begrenzt. Bei alternativen Konzepten findet eine Besprühung des Wickelkopfes mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere in Form von Öl, statt. Dies kann entweder durch in das Gehäuse eingebrachte, feststehende Düsen erfolgen oder es wird Öl durch eine entsprechende Übergabe in eine Rotorwelle eingebracht. Durch radiale Bohrungen in der Welle können die bei der Drehung wirkenden Zentrifugalkräfte dann das Öl nach außen auf den Wickelkopf beziehungsweise jeweilige Köpfe des Wickelkopfes schleudern. Beiden Besprühungskonzepten ist gemein, dass das Öl nur in geringem Umfang oder nicht in das Innere des Wickelkopfes gelangt. Prinzipiell kann auch eine Kapselung des Wickelkopfes stattfinden, wodurch dieser direkt mit Öl umspült werden kann. Nachteilig ist hierbei der hohe konstruktive Aufwand, der benötigt wird, um die Kapselung im Bauraum des Gehäuses umzusetzen. Zudem ist Sorge zu tragen, dass kein Öl direkt in einen Luftspalt gespült wird, was hohe Schleppverluste zur Folge haben kann. Das Einbringen einer Sperre, die dies verhindern könnte, müsste direkt im Luftspalt erfolgen, was aus toleranz- und wirkungsgradtechnischen Gründen nachteilig sein kann.
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Daher liegt der Erfindung die Idee zugrunde, die Kühlkanäle als Möglichkeiten zur Führung der Kühlflüssigkeit direkt in den Wickelkopf zu schaffen. Dabei ist es denkbar, dass sich die einfach auch als Kanäle bezeichneten Kühlkanäle in Umfangsrichtung des Aktivteils erstrecken, wodurch eine besonders vorteilhafte Wärmeübertragung und in der Folge ein besonders vorteilhafter Wärmeabtransport realisiert werden können.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn der jeweilige Kühlkanal eine jeweilige, von dem jeweiligen einen Ende zu dem jeweiligen anderen Ende verlaufende Durchgangsrichtung aufweist, welche in radialer Richtung des Aktivteils oder schräg zur radialen Richtung des Aktivteils verläuft. Hierdurch können die Kühlkanäle zeit- und kostengünstig hergestellt werden. Gleichzeitig kann beispielsweise ein vorteilhaftes Einsprühen der auch als Kühlmedium bezeichneten Kühlflüssigkeit in die Kühlkanäle sichergestellt werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der jeweilige Kühlkanal durch ein jeweiliges, separat von der Wicklung ausgebildetes und zusätzlich zu der Wicklung vorgesehenes Leitungselement begrenzt ist, welches zumindest teilweise in dem Wickelkopf angeordnet und von der Wicklung umwickelt ist. Hierdurch kann eine gezielte und definierte Führung der Kühlflüssigkeit gewährleistet werden, sodass eine besonders vorteilhafte Kühlung dargestellt werden kann.
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Um dabei eine besonders definierte Führung der Kühlflüssigkeit realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass das Leitungselement an sich eigensteif beziehungsweise formstabil ausgebildet ist.
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Um einen besonders vorteilhaften Wärmeübergang von dem Wickelkopf über das Leitungselement an die das Leitungselement durchströmende Kühlflüssigkeit realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Leitungselement aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff gebildet ist.
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Um die Teileanzahl und somit die Kosten und das Gewicht des Aktivteils und somit der elektrischen Maschine in einem besonders geringen Rahmen halten zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der jeweilige Kühlkanal direkt durch die Wicklung selbst begrenzt ist. Dies bedeutet, dass die Wicklung jeweilige, den jeweiligen Kühlkanal bildende beziehungsweise begrenzende und beispielsweise rohrförmige Geometrien aufweist, sodass jeweilige, außenumfangsseitige Wandungsbereiche der Wicklung die Kühlkanäle begrenzen. Dadurch kann die die Kühlkanäle durchströmende Kühlflüssigkeit die außenumfangsseitigen Wandungsbereiche der Wicklung direkt an- und umströmen, wodurch ein besonders effizienter und effektiver Wärmeabtransport gewährleistet werden kann.
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Um dabei eine besonders vorteilhafte Kühlung zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der jeweilige Kühlkanal zumindest in einem Längenbereich in axialer Richtung des Aktivteils nach außen hin durch zumindest einen Teil des Wickelkopfes beziehungsweise der Wicklung überdeckt ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der jeweilige Kühlkanal zumindest in dem Längenbereich und/oder in einem sich an den Längenbereich anschließenden weiteren Längenbereich in axialer Richtung des Aktivteils nach innen hin durch zumindest einen weiteren Teil des Wickelkopfes überdeckt. Dadurch kann beispielsweise eine besonders großflächige Wärmeübertragung von dem Wickelkopf an die Kühlflüssigkeit realisiert werden, sodass das Aktivteil im Bereich des Wickelkopfes effektiv gekühlt werden kann.
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Insbesondere ist bei dem Aktivteil eine aktive Kühlung des Wickelkopfes vorgesehen, da die Kühlflüssigkeit gezielt und definiert mittels der Kühlkanäle geführt wird. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Kühlflüssigkeit aktiv beispielsweise mittels einer Sprühvorrichtung beziehungsweise mittels jeweiliger Düsen in die Kühlkanäle eingesprüht, insbesondere eingespritzt, wird, um dadurch eine definierte und gezielte Kühlung realisieren zu können. Das Aktivteil ist beispielsweise ein Rotor oder aber ein Stator der elektrischen Maschine.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Art derart weiter zu entwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Kühlung des Aktivteils und somit der elektrischen Maschine insgesamt realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein offener Kühlkreislauf derart hergestellt wird, dass eine Mehrzahl von innerhalb des Wickelkopfes verlaufenden Kühlkanälen gebildet wird, welche jeweils zwei freie offene Enden aufweisen, an welchen die Kühlkanäle an deren Umgebung münden, sodass über jeweils eines der offenen Enden des jeweiligen Kühlkanals eine Kühlflüssigkeit aus der Umgebung in den jeweiligen Kühlkanal einsprühbar ist, mittels welchem die über das jeweilige eine Ende in den jeweiligen Kühlkanal eingesprühte Kühlflüssigkeit gezielt zu dem jeweils anderen Ende des jeweiligen Kühlkanals zu führen ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Aktivteils sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Aktivteil in seinem vollständig hergestellten Zustand die Kühlkanäle aufweist, welche in vollständig hergestellten Zustand des Aktivteils die freien und offenen Enden aufweisen, wobei die zwei freien offenen Enden des jeweiligen Kühlkanals von den zwei freien offenen Enden der jeweils anderen Kühlkanäle beabstandet sind und umgekehrt.
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Im Rahmen des Verfahrens zum Herstellen des Aktivteils ist es beispielsweise vorgesehen, dass die zuvor genannten, separat von der Wicklung ausgebildeten und zusätzlich zur Wicklung vorgesehenen Leitungselemente verwendet werden, welche von beziehungsweise mit der Wicklung umwickelt werden und an beziehungsweise in dem Aktivteil verbleiben, sodass das Aktivteil in seinem fertig hergestellten Zustand die Leitungselemente aufweist.
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Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Leitungselemente, nachdem sie mit beziehungsweise von der Wicklung umwickelt wurden, aus der Wicklung und somit aus dem Wickelkopf herausgezogen werden, sodass das fertig hergestellte Aktivteil die Leitungselemente nicht mehr aufweist. Die Leitungselemente werden beziehungsweise wurden als Formelemente genutzt um die Kühlkanäle zu formen und dadurch herzustellen. Dadurch, dass die Wicklung um die Leitungselemente gewickelt wird beziehungsweise wurde, woraufhin die Leitungselemente aus der Wicklung herausgezogen werden, wird die Wicklung an jeweiligen Stellen mittels der Leitungselemente geformt, sodass sich an den Stellen die Kühlkanäle ausbilden. Hierdurch können die Kühlkanäle auf einfache Weise hergestellt werden, wobei dadurch, dass das Aktivteil in seinem fertig hergestellten Zustand die Leitungselemente nicht aufweist, eine besonders geringe Teileanzahl und somit ein besonders geringes Gewicht aufweist.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 10 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Aktivteil und somit die elektrische Maschine besonders vorteilhaft gekühlt werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Wicklung mittels eines offenen Kühlkreislaufes derart gekühlt wird, dass der offene Kühlkreislauf eine Mehrzahl von innerhalb des Wickelkopfes verlaufenden Kühlkanälen mit jeweils zwei freien offenen Enden aufweist, an welchen die Kühlkanäle an deren Umgebung münden, wobei über jeweils eines der offenen Enden des jeweiligen Kühlkanals eine Kühlflüssigkeit wie beispielsweise Öl aus der Umgebung in den jeweiligen Kühlkanal eingesprüht wird, mittels welchem die über das jeweilige eine Ende in den jeweiligen Kühlkanal eingesprühte Kühlflüssigkeit gezielt zu dem jeweils anderen Ende des jeweiligen Kühlkanals geführt wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Aktivteils und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Aktivteils sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer elektrischen Maschine anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Aktivteils gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Herstellen des Aktivteils; und
- 3 eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer elektrischen Maschine mit dem Aktivteil gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und perspektivischen Seitenansicht eine erste Ausführungsform eines Aktivteils 10 für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das Aktivteil 10 gemäß der ersten Ausführungsform ist beispielsweise ein Stator der elektrischen Maschine. In vollständig hergestelltem Zustand umfasst das Kraftfahrzeug einen Antriebsstrang, mittels welchem das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Dabei umfasst der Antriebsstrang beispielsweise die elektrische Maschine, sodass das Kraftfahrzeug beispielsweise mittels der elektrischen Maschine elektrisch angetrieben werden kann. In vollständig hergestellten Zustand umfasst die elektrische Maschine das Aktivteil 10 und ein in 1 nicht dargestelltes weiteres Aktivteil in Form eines Rotors, welcher von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Beispielsweise kann die elektrische Maschine über den Rotor Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen.
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Das Aktivteil 10 umfasst wenigstens ein Trägerelement in Form eines Blechpakets 12. Da das Aktivteil 10 beispielsweise als Stator ausgebildet ist, ist das Blechpaket 12 beispielsweise ein Statorblechpaket. Das Aktivteil 10 umfasst ferner wenigstens eine Wicklung 14, welche beispielsweise zumindest um jeweilige Teilbereiche, insbesondere um jeweilige Zähne des Blechpakets 12 gewickelt ist. Die Wicklung 14 ist beispielsweise durch eine Mehrzahl von insbesondere eingelegten Spulen 16 gebildet. Die Wicklung 14 weist dabei wenigstens einen im Ganzen mit 18 bezeichneten Wickelkopf auf, welcher beispielsweise eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten und auch als Kopfteile oder Köpfe bezeichnete Wickelkopfteile 20 aufweist. Aus 1 ist erkennbar, dass der Wickelkopf 18 ein Bereich beziehungsweise ein Teil der Wicklung 14 ist, der insbesondere an einer axialen Stirnseite 22 des Blechpaketes 12 in axialer Richtung des Aktivteils 10 das Blechpaket 12 überragt beziehungsweise von diesem absteht. Dabei ist die axiale Richtung des Aktivteils 10 in 1 durch einen Doppelpfeil 24 veranschaulicht. Die Wicklung 14 umfasst beispielsweise wenigstens einen oder mehrere elektrische Leiter, der beziehungsweise die beispielsweise als Draht ausgebildet ist beziehungsweise sind.
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Um nun eine besonders effektive und effiziente und somit vorteilhafte Kühlung des Aktivteils 10 und somit der elektrischen Maschine insgesamt realisieren zu können, weist das Aktivteil 10 einen offenen Kühlkreislauf 26 auf. Der offene Kühlkreislauf 26 ist - wie im Folgenden noch erläutert wird - von einer beispielsweise als Öl ausgebildeten Kühlflüssigkeit durchströmbar und umfasst hierzu eine Mehrzahl von innerhalb des Wickelkopfes 18 verlaufenden Kühlkanälen 28, welche jeweils zwei freie offene Enden 30 und 32 aufweisen. Der jeweilige Kühlkanal 28 endet jeweils an den offenen freien Enden 30 und 32 an dessen Umgebung 34, sodass beispielsweise über jeweils eines der offenen Enden 30 und 32 die Kühlflüssigkeit aus der Umgebung 34 in den jeweiligen Kühlkanal 28 einsprühbar ist beziehungsweise eingesprüht wird. Mittels des jeweiligen Kühlkanals 28 wird die über das jeweilige eine Ende 30 beziehungsweise 32 in den jeweiligen Kühlkanal 28 eingesprühte Kühlflüssigkeit gezielt zu dem jeweils anderen Ende 32 beziehungsweise 30 des jeweiligen Kühlkanals 28 geführt. Wird beispielsweise die Kühlflüssigkeit während eines Betriebs der elektrischen Maschine über das jeweilige Ende in den jeweiligen Kühlkanal 28 eingesprüht, insbesondere eingespritzt, so wird die Kühlflüssigkeit mittels des Kühlkanals 28 von dem Ende 30 zu dem Ende 32 geführt. Die Kühlflüssigkeit kann dann über das offene freie Ende 32 aus dem jeweiligen Kühlkanal 28 ausströmen und an die Umgebung 34 strömen, wodurch der offene Kühlkreislauf geschlossen ist.
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Aus 1 ist besonders gut erkennbar, dass die jeweiligen Enden 30 in Umfangsrichtung des Aktivteils 10 voneinander beabstandet sind, wobei auch die jeweiligen anderen Enden 32 in Umfangsrichtung des Aktivteils 10 voneinander beabstandet sind. Dabei ist die Umfangsrichtung in 1 durch einen Doppelpfeil 36 veranschaulicht, wobei die Umfangsrichtung beispielsweise um die Drehachse beziehungsweise um die axiale Richtung verläuft. Der jeweilige Kühlkanal 28 weist eine jeweilige, von dem jeweiligen einen Ende 30 zu dem jeweiligen anderen Ende 32 verlaufende und in 1 durch einen Doppelpfeil 38 veranschaulichte Durchgangsrichtung auf, welche bei der ersten Ausführungsform in radialer Richtung des Aktivteils 10 verläuft. Insbesondere verläuft die jeweilige Durchgangsrichtung beispielsweise in einer Ebene, welche senkrecht zur axialen Richtung des Aktivteils 10 verlaufen kann.
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Bei der ersten Ausführungsform ist der jeweilige Kühlkanal 28 durch ein jeweiliges, separat von der Wicklung 14 ausgebildetes und zusätzlich zur Wicklung 14 vorgesehenes Leitungselement 40 gebildet, welches vorzugsweise an sich eigensteif ausgebildet sowie aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff gebildet ist. Bei der ersten Ausführungsform ist das jeweilige Leitungselement 40 ein Röhrchen, das zumindest teilweise in den Wickelkopf 18 eingebracht ist und somit zumindest teilweise innerhalb des Wickelkopfes 18 verläuft. Dadurch kann insbesondere der Wickelkopf 18 besonders effektiv gekühlt werden.
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2 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Seitenansicht ein auch als Wickelwerkzeug bezeichnetes Werkzeug 42, welches zum Herstellen des Aktivteils 10 genutzt wird. Insbesondere wird das Wickelwerkzeug genutzt, um den beziehungsweise die Leiter um das Blechpaket 12 zu wickeln und somit die in 2 mit 44 bezeichneten Spulen und in der Folge die Wicklung 14 herzustellen. Dabei umfasst das Wickelwerkzeug jeweilige Schieber 46, mittels welchen Wickelebenen 48 der Wicklung 14 hergestellt werden können, sodass mittels des Wickelwerkzeugs die Wickelebenen 48 und davon unterschiedliche weitere Wickelebenen 50 hergestellt werden können. Die Schieber 46 sind beispielsweise verfahrbare Schieber, welche beispielsweise in axialer Richtung insbesondere relativ zu einem Grundkörper 52 des Wickelwerkzeugs bewegt, insbesondere verschoben, werden können. Die axiale Richtung des Wickelwerkzeugs fällt dabei mit der axialen Richtung des Aktivteils 10 zusammen. Während nun die Wicklung 14 hergestellt wird, wird sie abwechselnd auf die Schieber 46 und in dazwischen angeordnete Zwischenräume 54 gelegt, sodass die Wicklung 14 in den unterschiedlichen Wickelebenen 48 und 50 hergestellt wird. Hierdurch ist die Wicklung 14 beziehungsweise sind jeweilige Teile der Wicklung 14 in axialer Richtung des Aktivteils 10 sowohl vor als auch hinter dem jeweiligen Leitungselement 40 angeordnet. Mit anderen Worten ist es beispielsweise bei der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass der jeweilige Kühlkanal 28, insbesondere das jeweilige Leitungselement 40, zumindest in einem oder mehreren Längenbereichen L1 in axialer Richtung des Aktivteils 10 nach außen hin durch zumindest einen Teil T1 des Wickelkopfes 18 überdeckt ist. Ferner ist der jeweilige Kühlkanal 28, insbesondere das jeweilige Leitungselement 40, in dem jeweiligen Längenbereich L1 und/oder in zumindest einem sich an den jeweiligen Längenbereich L1 anschließenden weiteren Längenbereich L2 in axialer Richtung des Aktivteils 10 nach innen hin durch zumindest einen weiteren Teil T2 der Wicklung 14 beziehungsweise des Wickelkopfes 18 überdeckt.
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Insbesondere ist es denkbar, dass das jeweilige Leitungselement 40 in seiner radialen Richtung zumindest teilweise in einer jeweiligen Nut des jeweiligen Schiebers 46 aufgenommen ist beziehungsweise in die Nut eingeführt wird. Werden beispielsweise nach dem Wickeln der Wicklung 14 die Schieber 46 zurückgefahren, so sind die Kühlkanäle 28 beziehungsweise die Leitungselemente 40 in die Wicklung 14 und insbesondere in den Wickelkopf 18 integriert. Daran schließt sich beispielsweise ein schonender Transport- und Einzugsprozess an, wodurch eine aktive und effektive Wickelkopfkühlung dargestellt werden kann. Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform verbleiben die Leitungselemente 40 in dem Wickelkopf 18, sodass das Aktivteil 10 beziehungsweise die elektrische Maschine in seinem beziehungsweise ihrem vollständig hergestellten Zustand die Leitungselemente 40 aufweist.
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Bei einer beispielsweise in 3 veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist es vorgesehen, die Leitungselemente 40 nach dem Herstellen beziehungsweise Wickeln der Wicklung 14 aus dem Wickelkopf 18 herauszuziehen, sodass das Aktivteil 10 beziehungsweise die elektrische Maschine in seinem beziehungsweise ihrem fertig hergestellten Zustand zwar die Leitungselemente 40 nicht mehr aufweist. Die Leitungselemente 40 wurden jedoch genutzt, um - wie aus 3 erkennbar ist - die Kühlkanäle 28 herzustellen. Mit anderen Worten sind im fertig hergestellten Zustand der in 3 mit 56 bezeichneten elektrischen Maschine anstelle der Leitungselemente 40 die Kühlkanäle 28 vorgesehen, welche bei der zweiten Ausführungsform direkt durch die Wicklung 14 selbst begrenzt sind.
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Bei der zweiten Ausführungsform verläuft der jeweilige Kühlkanal 28 schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung des Aktivteils 10, sodass beispielsweise der jeweilige Kühlkanal 28 in einer Ebene verläuft, welche schräg zur axialen Richtung der elektrischen Maschine 56 beziehungsweise des Aktivteils 10 verläuft. Bei beiden Ausführungsformen ist es vorgesehen, dass der jeweilige Kühlkanal 28 entlang einer Geraden verläuft und somit einen gradlinigen Verlauf aufweist.
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Es ist denkbar, dass die Kühlkanäle 28 direkt an eine Kühlflüssigkeitsversorgung angeschlossen werden. Dazu werden beispielsweise die Kühlkanäle 28 beziehungsweise Leitungselemente 40 mit einem entsprechenden Kontaktstück ausgestattet, sodass eine Anbringung von Schläuchen oder ähnlichen Verteilungskonzepten an die Kühlkanäle 28 beziehungsweise Leitungselemente 40 ermöglicht wird. Der Anschluss an eine Kühlmittelversorgung kann aus Richtung eines Gehäuses 58 oder eines Lagerschilds 60 beziehungsweise 62 der elektrischen Maschine 56 erfolgen.
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Im Gegensatz dazu ist jedoch bei der ersten Ausführungsform und bei der zweiten Ausführungsform der offene Kühlkreislauf 26 vorgesehen, sodass an den jeweiligen, voneinander beabstandeten offenen freien Enden 30 und 32 Kühlflüssigkeit in die Kühlkanäle eingesprüht, insbesondere eingespritzt, werden kann. Insbesondere werden die Leitungselemente 40 beispielsweise nach einer Kompaktierung aus dem Wickelkopf 18 entfernt, sodass durch die verbleibenden Kühlkanäle 28 die Kühlflüssigkeit hindurchgeleitet werden kann. Hierdurch kann eine effektive Wärmeleitung realisiert werden. Als die Kühlflüssigkeit wird vorzugsweise eine elektrisch nicht-leitende Kühlflüssigkeit wie beispielsweise Öl, insbesondere Getriebeöl, verwendet, um eine effektive und effiziente Kühlung realisieren zu können.
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Bei der zweiten Ausführungsform ist das Aktivteil 10 als Stator ausgebildet, wobei der zuvor genannte Rotor in 3 mit 64 bezeichnet ist. Der Rotor 64 ist von dem Stator antreibbar und dadurch um die in 3 mit 66 bezeichnete Drehachse relativ zu dem Rotor drehbar. Über die Lagerschilde 60 und 62 ist der Rotor drehbar an dem Gehäuse 58 gelagert, wobei der Rotor drehbar an den Lagerschilden 60 und 62 selbst gelagert ist. Hierzu sind beispielsweise Lager 68 vorgesehen, welche als Wälzlager ausgebildet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Aktivteil
- 12
- Blechpaket
- 14
- Wicklung
- 16
- Spulen
- 18
- Wickelkopf
- 20
- Wickelkopfteil
- 22
- Stirnseite
- 24
- Doppelpfeil
- 26
- Kühlkreislauf
- 28
- Kühlkanal
- 30
- Ende
- 32
- Ende
- 34
- Umgebung
- 36
- Doppelpfeil
- 38
- Doppelpfeil
- 40
- Leitungselement
- 42
- Werkzeug
- 44
- Spule
- 46
- Schieber
- 48
- Wickelebene
- 50
- Wickelebene
- 52
- Grundkörper
- 54
- Zwischenraum
- 56
- elektrische Maschine
- 58
- Gehäuse
- 60
- Lagerschild
- 62
- Lagerschild
- 64
- Rotor
- 66
- Drehachse
- 68
- Lager
- L1
- Längenbereich
- L2
- Längenbereich
- T1
- Teil
- T2
- Teil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015207767 A1 [0002]
- DE 10260314 A1 [0003]
- DE 102013007706 A1 [0003]
- EP 2811622 A1 [0003]
- WO 2010/061278 A2 [0003]
