DE102017103631A1

DE102017103631A1 - Electrical machine of high power density and motor vehicle

Info

Publication number: DE102017103631A1
Application number: DE102017103631.8A
Authority: DE
Inventors: Zdeno Neuschl; Robert Plikat
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2018-08-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (50) hoher Leistungsdichte, aufweisend einen um eine Rotordrehachse (11) drehbeweglichen Rotor (10) und einen um einen Spalt (20) beabstandet um den Rotor (10) umlaufend angeordneten Stator (1), wobei der Stator (1) an seiner zum Rotor (10) zugewandten Seite eine Vielzahl von radial nach innen gerichteten Statorzähnen (2) aufweist, zwischen denen Statornuten (3) zur Aufnahme von auf die Statorzähne (2) gewickelten Statorwicklungen (4) des Stators (1) gebildet sind, aufweisend eine um den Stator (1) abdichtend angeordnete Hülse (30) zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufes im Stator (1), wobei die Hülse (30) wenigstens einen Kühlmittelanschluss (32) und wenigstens einen Kühlmittelabfluss (34) aufweist, wobei die elektrische Maschine (50) dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen der Hülse (30) und dem Rotor (10) fluiddichte Dichtungen (40) derartig angeordnet sind, dass zumindest ein Teil des Spaltes (20) zwischen dem Rotor (10) und dem Stator (1) als Innenkühlmittelkanal (24) des Kühlmittelkreislaufes (22) ausgebildet ist, wobei der Innenkühlmittelkanal (24) zum Durchfluss von Kühlmittel (36) mit dem wenigstens einen Kühlmittelanschluss (32) und dem wenigstens einen Kühlmittelabfluss (34) fluidkommunizierend verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen elektrischen Maschine (50).

The present invention relates to a high power density electric machine (50) comprising a rotor (10) rotatable about a rotor axis (11) and a stator (1) circumferentially spaced around the rotor (10) about a gap (20) Stator (1) on its side facing the rotor (10) has a plurality of radially inwardly directed stator teeth (2), between which stator slots (3) for receiving the stator teeth (2) wound stator windings (4) of the stator (1 ), comprising a sleeve (30) sealingly arranged around the stator (1) to form a coolant circuit in the stator (1), the sleeve (30) having at least one coolant port (32) and at least one coolant outflow (34) the electrical machine (50) is characterized in that between the sleeve (30) and the rotor (10) fluid-tight seals (40) are arranged such that at least a part of the gap (20) between de The rotor (10) and the stator (1) as internal coolant channel (24) of the coolant circuit (22) is formed, wherein the internal coolant channel (24) for flow of coolant (36) with the at least one coolant port (32) and the at least one coolant outflow (34) is connected in a fluid-communicating manner. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with such an electric machine (50).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine hoher Leistungsdichte, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen elektrischen Maschine hoher Leistungsdichte.The present invention relates to a high power density electric machine, especially for a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with such a high power density electric machine.

In der modernen Technik, insbesondere auch in der modernen Kraftfahrzeugtechnik, werden elektrische Maschinen mit hoher Leistungsdichte zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie und umgekehrt weitläufig eingesetzt. Bei einer derartigen Umwandlung von Energien entsteht Abwärme, die möglichst effizient abgeführt werden muss, um einerseits beispielsweise bereits eine Überhitzung der elektrischen Maschine zu verhindern und andererseits auch um eine Gesamteffizienz beim Betrieb der elektrischen Maschine zu erhöhen. D.h., die Leistungsdichte von elektrischen Maschinen ist unter anderem stark von der Art der Kühlung der elektrischen Maschine und der Leistungselektronik abhängig. Die im Betrieb entstehende Verlustleistung kann durch Kühlung effizient abgeführt werden.In modern technology, especially in modern automotive engineering, electric machines with high power density for the conversion of electrical energy into mechanical energy and vice versa are widely used. With such a conversion of energy, waste heat is generated which has to be dissipated as efficiently as possible in order, for example, to prevent overheating of the electrical machine, on the one hand, and also to increase overall efficiency during operation of the electrical machine, on the other hand. That is, the power density of electric machines depends, among other things, largely on the type of cooling of the electric machine and the power electronics. The power loss during operation can be dissipated efficiently by cooling.

Dabei kann die Kühlung im Bereich der Statorwicklungen des Stators und/oder im Bereich der Wickelköpfe des Stators erfolgen. Ferner wird zwischen einer direkten und einer indirekten Kühlung unterschieden. Bei der indirekten Kühlung haben die Statorwicklungen keinen Kontakt zum Kühlmedium. Das Kühlmedium wird hierbei in einem eigenständigen Kühlmediumkanal, dessen Wände an die Statorwicklungen angrenzen, geführt. Bei der direkten Kühlung umfließt das Kühlmedium die Statorwicklungen.In this case, the cooling can take place in the region of the stator windings of the stator and / or in the region of the winding heads of the stator. Furthermore, a distinction is made between direct and indirect cooling. In indirect cooling, the stator windings have no contact with the cooling medium. The cooling medium is in this case in an independent cooling medium channel whose walls adjoin the stator windings out. In direct cooling, the cooling medium flows around the stator windings.

Aus der DE 10 2014 205 930 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt bei der sowohl die Statorwicklungen, als auch die Wickelköpfe des Stators indirekt gekühlt werden. Aus der WO 2013/075783 A2 ist eine direkte Kühlung der Statorwicklungen des Stators einer elektrischen Maschine bekannt. Dort verlaufen axiale Kühlkanäle durch die parallel zueinander angeordneten Statorblechpakete.From the DE 10 2014 205 930 A1 An electric machine is known in which both the stator windings, as well as the windings of the stator are cooled indirectly. From the WO 2013/075783 A2 is a direct cooling of the stator windings of the stator of an electric machine known. There axial cooling passages run through the mutually parallel Statorblechpakete.

Als nachteilig hat sich herausgestellt, dass bei elektrischen Maschinen mit hoher Leistungsdichte, wie sie aufgrund des Platzmangels beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, die Kühlung der elektrischen Maschinen nicht ausreichend ist, um die entstehende Wärme während des Betriebs der elektrischen Maschine effektiv abzuleiten.A disadvantage has been found that in electric machines with high power density, as they are used due to lack of space, for example in motor vehicles, the cooling of the electrical machines is not sufficient to effectively dissipate the heat generated during operation of the electric machine.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei elektrischen Maschinen hoher Leistungsdichte und kompakter Bauweise sowie bei Kraftfahrzeugen mit derartigen elektrischen Maschinen zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrische Maschine hoher Leistungsdichte sowie ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen elektrischen Maschine bereitzustellen, die in einfacher und kostengünstiger Weise eine besonders gute Wärmeabfuhr der beim Betrieb der elektrischen Maschine entstehenden Wärme ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages described above in electrical machines of high power density and compact design and in motor vehicles with such electrical machines. In particular, it is an object of the present invention to provide an electric machine of high power density and a motor vehicle with such an electrical machine, which enables a particularly good heat dissipation of the heat generated during operation of the electric machine in a simple and cost-effective manner.

Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch eine elektrische Maschine hoher Leistungsdichte gemäß des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The above object is solved by the claims. In particular, the above object is achieved by an electric machine of high power density according to the independent claim 1 and by a motor vehicle according to the independent claim 10. Further advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. Here are features that are described in connection with an electric machine according to the invention, of course, also in connection with a motor vehicle according to the invention and in each case vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention always reciprocal reference is or can be.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine elektrische Maschine hoher Leistungsdichte, aufweisend einen um eine Rotordrehachse drehbeweglichen Rotor und einen um einen Spalt beabstandet um den Rotor umlaufend angeordneten Stator, wobei der Stator an seiner zum Rotor zugewandten Seite eine Vielzahl von radial nach innen gerichteten Statorzähnen aufweist, zwischen denen Statornuten zur Aufnahme von gewickelten Statorwicklungen des Stators gebildet sind, und aufweisend eine um den Stator abdichtend angeordnete Hülse zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufes im Stator, wobei die Hülse wenigstens einen Kühlmittelanschluss und wenigstens einen Kühlmittelabfluss aufweist. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist zwischen der Hülse und dem Rotor fluiddichte Dichtungen auf, die derartig angeordnet sind, dass zumindest ein Teil des Spaltes zwischen dem Rotor und dem Stator als Innenkühlmittelkanal des Kühlmittelkreislaufes ausgebildet ist, wobei der Innenkühlmittelkanal zum Durchfluss von Kühlmittel mit dem wenigstens einen Kühlmittelanschluss und dem wenigstens einen Kühlmittelabfluss fluidkommunizierend verbunden ist. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine hoher Leistungsdichte für den Einbau und den Betrieb in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Personen- oder Lastkraftwagen, ausgebildet. Eine derartige elektrische Maschine zeichnet sich neben der hohen Leistungsdichte durch ihre kompakten äußeren Ausmaße aus.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a high power density electric machine having a rotor rotatable about a rotor axis and a stator circumferentially spaced around the rotor, the stator having a plurality of radially outward directions on its side facing the rotor internally directed stator teeth, between which stator slots for receiving wound stator windings of the stator are formed, and comprising a sealingly disposed around the stator sleeve for forming a coolant circuit in the stator, wherein the sleeve has at least one coolant connection and at least one coolant outflow. The electrical machine according to the invention has fluid-tight seals between the sleeve and the rotor, which are arranged such that at least a part of the gap between the rotor and the stator is formed as an internal coolant channel of the coolant circuit, wherein the internal coolant channel for flow of coolant with the at least one Coolant connection and the at least one coolant outflow fluid communicating connected. Preferably, the electric machine of high power density is designed for installation and operation in a motor vehicle, in particular in a passenger or truck. Such an electrical machine is characterized by the high power density and its compact outer dimensions.

Eine derartig ausgebildete elektrische Maschine ermöglicht in einfacher und kostengünstiger Weise eine besonders gute Wärmeabfuhr der beim Betrieb der elektrischen Maschine entstehenden Wärme. Dies wird insbesondere dadurch gewährleistet, dass das Kühlmittel, welches vorzugsweise Öl ist, sowohl den Stator, als auch den Rotor der elektrischen Maschine direkt kühlt. D.h., dadurch, dass der Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor als Innenkühlmittelkanal des Kühlmittelkreislaufes ausgebildet ist. Das Kühlmittel gelangt in direkten Kontakt zu dem drehenden Rotor und strömt an dessen Außenmantelfläche entlang, während dieser sich im Betrieb der elektrischen Maschine dreht. Um den Stator herum begrenzt die Hülse den Kühlmittelkreislauf des Kühlmittels in dem Stator. Nur im Bereich des Rotors bildet die Außenmantelfläche des Rotors die Begrenzung für das Kühlmittel. Über wenigstens einen Kühlmittelanschluss und wenigstens einen Kühlmittelabfluss gelangt das Kühlmittel in den Kühlmittelkreislauf innerhalb der Hülse. Der Innenkühlmittelkanal zwischen dem Rotor und dem Stator ist dabei zur Kühlung der elektrischen Maschine sowohl mit dem wenigstens einen Kühlmittelanschluss als auch mit dem wenigstens einen Kühlmittelabfluss fluidkommunizierend verbunden. Damit das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf bleibt, sind fluiddichte Dichtungen zwischen der Hülse und dem Rotor angeordnet. Diese Dichtungen sind derartig ausgebildet und angeordnet zwischen dem Stator und dem Rotor, dass das Kühlmittel in dem wenigstens einen Kühlmittelanschluss durch den Stator fließt, wobei der Kühlmittelfluss einerseits durch die Hülse, andererseits durch zumindest einen Teil des Rotors, insbesondere durch zumindest einen Teil der Außenmantelfläche des Rotors, begrenzt wird. So kann an den jeweiligen Enden des Rotors jeweils eine umlaufende Dichtung an der Außenmantelfläche des Rotors und an der Innenmantelfläche des Stators abdichtend angeordnet sein.Such a trained electrical machine allows in a simple and cost-effective manner, a particularly good heat dissipation of the heat generated during operation of the electrical machine. This is ensured in particular by the fact that the coolant, which Preferably oil is, both the stator, and the rotor of the electric machine directly cools. That is, in that the gap between the stator and the rotor is designed as an internal coolant channel of the coolant circuit. The coolant comes into direct contact with the rotating rotor and flows along its outer circumferential surface while it rotates during operation of the electric machine. Around the stator, the sleeve defines the coolant circuit of the coolant in the stator. Only in the area of the rotor, the outer circumferential surface of the rotor forms the boundary for the coolant. Via at least one coolant connection and at least one coolant outflow, the coolant enters the coolant circuit within the sleeve. The internal coolant channel between the rotor and the stator is connected in a fluid-communicating manner both to the at least one coolant connection and to the at least one coolant outlet for cooling the electrical machine. So that the coolant remains in the coolant circuit, fluid-tight seals between the sleeve and the rotor are arranged. These seals are designed and arranged between the stator and the rotor such that the coolant flows through the stator in the at least one coolant connection, wherein the coolant flow on the one hand through the sleeve, on the other hand by at least a part of the rotor, in particular by at least a part of the outer circumferential surface of the rotor, is limited. Thus, at the respective ends of the rotor in each case a circumferential seal on the outer circumferential surface of the rotor and on the inner circumferential surface of the stator can be sealingly arranged.

Die fluiddichten Dichtungen sind vorzugsweise zwischen der Außenmantelfläche des Rotors und nach innen gerichteten Statorzähnen des Stators angeordnet. Die Dichtungen können als kühlmittelbeständige Radialwellendichtungen ausgebildet sein. Beispielsweise können die Dichtungen Filzringe, Stopfbuchse, Gleitringdichtungen oder Radialwellendichtringe sein.The fluid-tight seals are preferably arranged between the outer circumferential surface of the rotor and inwardly directed stator teeth of the stator. The seals may be formed as coolant-resistant radial shaft seals. For example, the seals may be felt rings, gland, mechanical seals, or radial shaft seals.

Das durch einen Kühler gekühlte Kühlmittel wird mittels einer Kühlmittelpumpe durch den wenigstens einen Kühlmittelanschluss in der Hülse dem Stator und dem zumindest einen Teil des Rotors zugeführt. Über den wenigstens einen Kühlmittelabfluss wird das durch die Abwärme des Stators und des Rotors erwärmte Kühlmittel wieder abgeführt und erneut dem Kühler zugeführt.The coolant cooled by a radiator is supplied by means of a coolant pump through the at least one coolant connection in the sleeve to the stator and the at least one part of the rotor. About the at least one coolant outflow heated by the waste heat of the stator and the rotor coolant is discharged again and fed to the cooler again.

Der Innenkühlmittelkanal weist vorzugsweise eine Dicke von 0,3 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise von 0,5 mm bis 1 mm, auf. Hierdurch sind eine optimale Übertragung der Magnetkraft zwischen Stator und Rotor und gleichzeitig eine optimale Kühlung im Bereich zwischen dem Rotor und dem Stator gewährleistet. Ein weiterer Vorteil einer derartigen elektrischen Maschine ist, dass durch die Berührung des Kühlmittels an den Rotor und durch dessen Drehung im Betrieb der elektrischen Maschine das im Kühlmittelkreislauf des Stators befindliche Kühlmittel besser durch den Stator beziehungsweise das Innere der Hülse gefördert wird. Dadurch, dass der Innenkühlmittelkanal durch den Rotor begrenzt wird, bewirkt die Drehung des Rotors eine Pumpenwirkung auf das Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf. Die beim Betrieb der elektrischen Maschine entstehende Wärme in der elektrischen Maschine kann durch die Bewegung und die Pumpenwirkung nochmals besser auf das Kühlmittel übertragen und abgeleitet werden.The internal coolant channel preferably has a thickness of 0.3 mm to 1.5 mm, preferably 0.5 mm to 1 mm. As a result, optimal transmission of the magnetic force between the stator and the rotor and at the same time optimal cooling in the region between the rotor and the stator are ensured. Another advantage of such an electric machine is that the coolant in the coolant circuit of the stator is better conveyed through the stator or the interior of the sleeve by the contact of the coolant to the rotor and by its rotation during operation of the electric machine. Characterized in that the inner coolant channel is limited by the rotor, the rotation of the rotor causes a pump action on the coolant in the coolant circuit. The heat generated in the operation of the electrical machine in the electric machine can be transmitted and discharged by the movement and the pump effect even better on the coolant.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist für einen Einsatz in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personen- oder Lastkraftwagen, vorgesehen. Dabei kann eine erfindungsgemäße elektrische Maschine prinzipiell überall dort eingesetzt werden, wo wenig Bauraum vorhanden, eine hohe Leistungsdichte erforderlich und eine gute Kühlung von Nöten sind.The electric machine according to the invention is intended for use in a motor vehicle, in particular a passenger or truck. In this case, an electric machine according to the invention can in principle be used wherever there is little space available, a high power density required and good cooling is needed.

Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen elektrischen Maschine kann vorgesehen sein, dass die Dichtungen zwischen der Außenmantelfläche des Rotors und der Hülse und/oder zwischen den Stirnseiten des Rotors und der Hülse angeordnet sind. D.h., die Abdichtung des Kühlmittels erfolgt vorzugsweise zwischen dem Rotor und der Hülse der elektrischen Maschine. Besonders bevorzugt sind die fluiddichten Dichtungen an den Stirnseiten des Rotors angeordnet. D.h., die Dichtungen sind vorzugsweise zwischen einer jeweiligen Stirnseite des Rotors und der Hülse zur fluiddichten Abdichtung angeordnet. Hierdurch bildet die gesamte Länge des Rotors die Begrenzung des Innenkühlmittelkanals, d.h. die gesamte Außenmantelfläche des Rotors kann dann durch das Kühlmittel gekühlt werden. Bei einer derartigen Anordnung der Dichtungen wird ermöglicht, dass das Kühlmittel gut axial entlang des Rotors beziehungsweise der Außenmantelfläche des Rotors entlangströmt, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels hoch ist. Das Kühlmittel kann nach dem Entlangfließen an der Außenmantelfläche des Rotors in einen Endbereich der Hülse eintreten und von dort leicht über den wenigstens einen Kühlmittelabfluss abgeleitet werden.In a preferred electrical machine according to the invention can be provided that the seals between the outer surface of the rotor and the sleeve and / or between the end faces of the rotor and the sleeve are arranged. That is, the sealing of the coolant is preferably carried out between the rotor and the sleeve of the electric machine. Particularly preferably, the fluid-tight seals are arranged on the end faces of the rotor. That is, the seals are preferably disposed between a respective end face of the rotor and the sleeve for fluid-tight sealing. As a result, the entire length of the rotor forms the boundary of the internal coolant channel, i. the entire outer circumferential surface of the rotor can then be cooled by the coolant. With such an arrangement of the seals, it is possible for the coolant to flow along the rotor or the outer circumferential surface of the rotor well axially, as a result of which the flow velocity of the coolant is high. After flowing along the outer circumferential surface of the rotor, the coolant can enter an end region of the sleeve and be discharged therefrom easily via the at least one coolant outflow.

Bevorzugt ist ferner eine elektrische Maschine, bei der zwischen der Außenmantelfläche des Stators und der Hülse ein Außenkühlmittelkanal zum Durchfluss von Kühlmittel mit dem wenigstens einen Kühlmittelanschluss und dem wenigstens einen Kühlmittelabfluss fluidkommunizierend verbunden ist. D.h., der Stator der elektrischen Maschine ist vorzugsweise beabstandet zu der Innenwandung der Hülse von dieser umgeben. Hierdurch ist zwischen der Innenwandung der Hülse und der Außenmantelfläche des Stators ein Außenkühlmittelkanal gebildet, durch den das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes fließen kann. Der Außenkühlmittelkanal und der Innenkühlmittelkanal sind vorzugsweise zur besseren Kühlung des Stators ebenfalls fluidkommunizierend miteinander verbunden. Der Außenkühlmittelkanal verläuft insbesondere radial umlaufend um den Stator um eine effiziente Kühlung der Wickelköpfe der Statorwicklungen sicherzustellen.Also preferred is an electrical machine, in which between the outer circumferential surface of the stator and the sleeve, an outer coolant channel for flow of coolant with the at least one coolant port and the at least one coolant outflow is connected in a fluid-communicating. That is, the stator of the electric machine is preferably spaced from the inner wall of the sleeve surrounded by the latter. As a result, between the inner wall of the sleeve and the outer circumferential surface of the stator, an outer coolant channel formed, through which the coolant of the coolant circuit can flow. The outer coolant passage and the inner coolant passage are also preferably connected to communicate with each other in a fluid-communicating manner for better cooling of the stator. In particular, the outer coolant channel runs radially around the stator in order to ensure efficient cooling of the winding heads of the stator windings.

Der Durchfluss des Kühlmittels durch die Hülse und damit durch den Stator der elektrischen Maschine hängt von der Position des wenigstens einen Kühlmittelanschlusses beziehungsweise von der des wenigstens einen Kühlmittelabflusses ab. So kann an beiden Seiten des Stators, insbesondere im Bereich der Wickelköpfe des Stators, jeweils ein Kühlmittelanschluss in der Hülse vorgesehen sein. Der Kühlmittelabfluss kann dann beispielsweise zentral in der Mitte des Stators in der Hülse angeordnet sein. Alternativ dazu, kann nur ein einziger Kühlmittelanschluss an einer Seite des Stators, insbesondere im Bereich eines seitlichen Wickelkopfes des Stators, in der Hülse angeordnet sein, währenddessen der Kühlmittelabfluss an der anderen Seite des Stators, insbesondere im Bereich des zum ersten Wickelkopf gegenüberliegenden zweiten Wickelkopfes des Stators, in der Hülse vorgesehen sein.The flow of the coolant through the sleeve and thus through the stator of the electric machine depends on the position of the at least one coolant connection or of the at least one coolant outflow. Thus, in each case a coolant connection can be provided in the sleeve on both sides of the stator, in particular in the region of the winding heads of the stator. The coolant outflow can then be arranged, for example, centrally in the center of the stator in the sleeve. Alternatively, only a single coolant connection on one side of the stator, in particular in the region of a lateral winding head of the stator, can be arranged in the sleeve, while the coolant outflow on the other side of the stator, in particular in the region of the second winding head of the stator opposite the first winding head Stators, be provided in the sleeve.

Bevorzugt kann bei einer elektrischen Maschine vorgesehen sein, dass der Stator eine Vielzahl axial zur Rotordrehachse nebeneinander angeordnete Statorbleche aufweist, die die Statorzähne und die Statornuten aufweisen, dass zwischen den Statorblechen und/oder einer Anzahl von Statorblechen radial zur Rotordrehachse verlaufende Statorscheiben angeordnet sind und dass die Statorscheiben Kühlmittelbohrungen zum Durchfluss von Kühlmittel zwischen dem Innenkühlmittelkanal und dem Außenkühlmittelkanal durch den Stator aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist besonders vorteilhaft, da bei einer derartigen elektrischen Maschine die Kühlung der elektrischen Maschine besonders effektiv betrieben werden kann.Preferably, it may be provided in an electrical machine, that the stator has a plurality of stator laminations arranged side by side axially to the rotor axis, which have the stator teeth and the stator, are arranged between the stator laminations and / or a number of stator laminations radially to the rotor axis of rotation stator and that the stator disks have coolant holes for flowing coolant between the inner coolant channel and the outer coolant channel through the stator. Such a configuration of the electric machine is particularly advantageous because in such an electric machine, the cooling of the electric machine can be operated particularly effectively.

Die Kühlmittelbohrungen in den Statorscheiben verlaufen vorzugsweise radial zu der Rotordrehachse des drehbeweglichen Rotors. Diese sternförmig um die Rotordrehachse angeordneten Kühlmittelbohrungen sind vorzugsweise derartig zueinander ausgerichtet, dass zwei benachbarte Kühlmittelbohrungen gleich weit zueinander beabstandet sind. Die Statorbleche können idealerweise eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm aufweisen. Entsprechend dicker sind die Statorpakete. Statorpakete sind eine Anhäufung von 2 oder mehr direkt nebeneinander angeordneten Statorblechen. Vorzugsweise ist ein Statorpaket aus 3 bis n Statorblechen gebildet. Zwischen zwei Statorblechen ist eine Statorscheibe angeordnet. Durch den Durchfluss von Kühlmittel durch die Kühlmittelbohrungen kann die Verlustwärme, die in den Statorpaketen beziehungsweise den Wicklungen in den Statorpaketen entsteht, sehr effektiv abgeleitet werden. Je weniger Statorbleche ein Statorpaket aufweist, umso besser kann die Verlustwärme abgeleitet werden. Die Statorbleche sind wie der Name schon sagt aus Blech gefertigt. Die Statorbleche sind elektromagnetisch leitend.The coolant holes in the stator disks preferably extend radially to the rotor axis of rotation of the rotatable rotor. These coolant holes arranged in a star shape about the rotor axis of rotation are preferably aligned with one another in such a way that two adjacent coolant bores are equidistant from one another. The stator laminations may ideally have a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm. The stator packages are correspondingly thicker. Stator packages are an accumulation of 2 or more stator plates arranged directly next to each other. Preferably, a stator core is formed from 3 to n stator laminations. Between two stator plates, a stator is arranged. Due to the flow of coolant through the coolant holes, the heat loss that occurs in the stator packs or the windings in the stator packs can be dissipated very effectively. The fewer stator laminations a stator pack has, the better the heat loss can be dissipated. The stator plates are, as the name suggests, made of sheet metal. The stator laminations are electromagnetically conductive.

Die Statorscheiben weisen vorzugsweise die exakte Querschnittsform auf wie die Statorbleche - Statorzähne, Nuten und magnetischen Rückschlüsse. Die Statorscheiben bestehen aus einem Pulverwerkstoff mit ferromagnetischen Eigenschaften. Die Statorscheiben haben die Funktion der Wicklungsaufnahme in den Nuten, der Flussführung durch die Statorzähne und zusätzlich die Funktion des Kühlmitteldurchflusses durch die radialen Bohrungen im Bereich der definierten Statorzähne.The stator disks preferably have the exact cross-sectional shape as the stator laminations - stator teeth, grooves and magnetic conclusions. The stator discs consist of a powder material with ferromagnetic properties. The stator discs have the function of winding reception in the grooves, the flow guidance through the stator teeth and additionally the function of the coolant flow through the radial bores in the region of the defined stator teeth.

Vorzugsweise weisen die Statorscheiben eine Dicke von 4 mm bis 9 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 mm bis 7 mm, auf. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Kühlmittelbohrungen eine genügend große Durchmesserstärke aufweisen, damit ein ausreichend hoher Durchfluss von Kühlmittel durch die Kühlmittelbohrungen gewährleistet werden kann. Die Kühlmittelbohrungen weisen vorzugsweise einen Durchmesser auf, der geringer ist als die Breite eines Statorzahnes. Der Durchmesser ist insbesondere so zu wählen, dass der Durchmesser unter Berücksichtigung der Durchmesserbegrenzung durch die entsprechende Statorzahnbreite einen ausreichend hohen Durchfluss an Kühlmittel durch die Kühlmittelbohrungen ermöglicht, gleichzeitig stellen Kühlmittelbohrungen mit einem sinnvoll ausgelegten Durchmesser sicher, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Statorpaketen nicht zu groß ist, um die Leistung der elektrischen Maschine negativ zu beeinflussen.Preferably, the stator discs have a thickness of 4 mm to 9 mm, more preferably between 5 mm to 7 mm. This can ensure that the coolant holes have a sufficiently large diameter thickness, so that a sufficiently high flow of coolant through the coolant holes can be ensured. The coolant holes preferably have a diameter which is smaller than the width of a stator tooth. In particular, the diameter should be chosen such that, taking into account the diameter limitation by the corresponding stator tooth width, the diameter allows a sufficiently high flow of coolant through the coolant holes, at the same time coolant holes with a meaningfully designed diameter ensure that the distance between two adjacent stator packets is not too great is to negatively affect the performance of the electric machine.

Besonders bevorzugt kann bei einer elektrischen Maschine vorgesehen sein, dass die Statorscheiben ein ferromagnetisches Material aufweisen, insbesondere aus einem ferromagnetischen Material bestehen, besonders bevorzugt aus gepresstem ferromagnetischem Pulver bestehen. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Statorscheiben elektromagnetisch leitend sind, was positiv auf das Magnetfeld der elektrischen Maschine ist. Ganz besonders vorteilhaft sind die Statorscheiben aus gepresstem ferromagnetischen Pulver ausgebildet. Hierdurch kann die elektrische Maschine hohe Drehmomente erzeugen. Die Statorscheiben können beispielsweise gepresste Eisenteilchen, insbesondere gepresstes Eisenkompositmaterial, aufweisen. Besonders bevorzugt sind die Statorscheiben aus gepresstem SMC Material (SMC = Sheet Molding Compound) ausgebildet, mit einem bestimmten Anteil an Eisenteilchen. Derartig ausgebildete Statorscheiben ermöglichen es, aufgrund ihrer hohen elektromagnetischen Leitfähigkeit, dass die elektrische Maschine eine hohe Leistungsdichte aufweist und große Drehmomente erzeugen kann im Vergleich zu einer elektrischen Maschine, die derartige Statorscheiben zu Kühlzwecken aus einem nicht ferromagnetischen Werkstoff aufweist. Durch die Verwendung derartiger Statorscheiben arbeitet die elektrische Maschine im Betrieb effizienter bzw. leistungsdichter.Particularly preferably, it can be provided in an electrical machine that the stator disks have a ferromagnetic material, in particular consist of a ferromagnetic material, particularly preferably consist of pressed ferromagnetic powder. This ensures that the stator disks are electromagnetically conductive, which is positive to the magnetic field of the electric machine. Most advantageously, the stator discs are formed from pressed ferromagnetic powder. As a result, the electric machine can generate high torques. The stator disks may, for example, comprise pressed iron particles, in particular pressed iron composite material. Particularly preferably, the stator discs are made of pressed SMC material (SMC = Sheet Molding Compound), with a certain proportion of iron particles. Such trained stator discs make it possible, due to their high electromagnetic Conductivity that the electric machine has a high power density and can generate large torques compared to an electric machine having such stator discs for cooling purposes of a non-ferromagnetic material. By using such stator disks, the electric machine operates more efficiently or more power-tight during operation.

Bei einer elektrischen Maschine kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Stator Wickelköpfe aufweist, die zur Ausbildung von Wickelkopfkühlkanälen zumindest bereichsweise beabstandet zu der Innenmantelfläche der Hülse innerhalb der Hülse angeordnet sind, wobei die Wickelkopfkühlkanäle zum Durchfluss von Kühlmittel mit dem wenigstens einen Kühlmittelanschluss und dem wenigstens einen Kühlmittelabfluss fluidkommunizierend verbunden sind. Hierdurch wird bei der elektrischen Maschine eine besonders gute Kühlwirkung erzielt. Neben der Wärme, die in den Statorwicklungen entsteht, kann auch die Wärme, die in den Wickelköpfen des Stators entsteht, sehr effizient abgeleitet und somit die elektrische Maschine gekühlt werden. Die elektrische Maschine kombiniert auf einfache Art und Weise die Kühlung des eigentlichen Stators, d.h. der aktiven Teile der Wicklung, mit der Kühlung der Wickelköpfe, wodurch eine optimale Kühlung der elektrischen Maschine gewährleistet ist. Dadurch, dass die Wickelkopfkühlkanäle zum Durchfluss von Kühlmittel mit dem wenigstens einen Kühlmittelanschluss und dem wenigstens einen Kühlmittelabfluss fluidkommunizierend verbunden sind, sind die Wickelkopfkühlkanäle auch fluidkommunizierend mit dem Innenkühlmittelkanal und ggf. auch mit dem Außenkühlmittelkanal und den Kühlmittelbohrungen verbunden.In an electric machine can preferably be provided that the stator has winding heads, which are at least partially spaced to form the inner circumferential surface of the sleeve within the sleeve to form winding head cooling channels, the winding head cooling channels for flow of coolant with the at least one coolant connection and the at least one Coolant outflow are connected fluid communicating. As a result, a particularly good cooling effect is achieved in the electric machine. In addition to the heat generated in the stator windings, the heat generated in the windings of the stator can be dissipated very efficiently and thus the electric machine can be cooled. The electric machine combines in a simple way the cooling of the actual stator, i. the active parts of the winding, with the cooling of the winding heads, whereby an optimal cooling of the electric machine is ensured. Due to the fact that the winding head cooling channels are connected in a fluid-communicating manner to the flow of coolant with the at least one coolant connection and the at least one coolant outlet, the winding head cooling channels are also connected in a fluid-communicating manner with the inner coolant channel and possibly also with the outer coolant channel and the coolant bores.

Besonders bevorzugt ist daher eine elektrische Maschine, die Statorscheiben mit Kühlmittelbohrungen, die einen Innenkühlmittelkanal und einen Außenkühlmittelkanal aufweist, wobei die Kühlmittelbohrungen den Innenkühlmittelkanal und den Außenkühlmittelkanal fluidkommunizierend verbindet, und die Wickelkopfkühlkanäle aufweist, die zur direkten Weiterleitung des Kühlmittels fluidkommunizierend mit dem Innenkühlmittelkanal und/oder dem Außenkühlmittelkanal verbunden sind. Hierdurch kann eine vollständige Kühlung aller im Betrieb sich erwärmenden Bereiche der elektrischen Maschine erzielt werden. Die Wickelköpfe der elektrischen Maschine sind daher bevorzugt nicht voll umgossen, sondern sind zumindest bereichsweise zur Ausbildung von Wickelkopfkühlkanälen beabstandet zu der Innenseite der Hülse angeordnet.Particularly preferred is therefore an electric machine having stator bores with coolant bores having an inner coolant channel and an outer coolant channel, the coolant bores fluidly communicating the inner coolant channel and the outer coolant channel, and the winding end cooling channels communicating with the inner coolant channel and / or directly communicating the coolant the external coolant channel are connected. In this way, a complete cooling of all areas of the electrical machine that heat up during operation can be achieved. The winding heads of the electric machine are therefore preferably not fully encapsulated, but are at least partially arranged to form winding head cooling channels spaced from the inside of the sleeve.

Eine derartig elektrische Maschine hat den Vorteil, dass nur ein einziges Kühlmittel erforderlich ist, um die elektrische Maschine zu kühlen. Der Kühlkreislauf innerhalb des Stators, beziehungsweise innerhalb der Hülse, kann mit einer einzigen Kühlmittelpumpe und nur einem Kühler effektiv betrieben werden. Durch eine geeignete Anordnung der Kühlkanäle in der elektrischen Maschine, besteht die Möglichkeit der Kühlung zuerst der heißeren Teile der Wicklung, im Normalfall der Wickelköpfe, und anschließend der kühleren Teile der Wicklung, im Normalfall des Aktivteils der Wicklung. Die Kühlmittelbohrungen in den Statorscheiben ermöglichen zusammen mit dem Innenkühlmittelkanal eine sogenannte Direktkühlung der Statorwicklungen in den Statornuten. Der Bereich der Wickelköpfe wird mit dem Kühlmittel in den Wickelkopfkühlkanälen ebenfalls direkt gekühlt.Such an electric machine has the advantage that only a single coolant is required to cool the electric machine. The cooling circuit within the stator, or within the sleeve, can be effectively operated with a single coolant pump and only one radiator. By a suitable arrangement of the cooling channels in the electric machine, there is the possibility of cooling first the hotter parts of the winding, usually the winding heads, and then the cooler parts of the winding, normally the active part of the winding. The coolant holes in the stator discs, together with the internal coolant channel, allow so-called direct cooling of the stator windings in the stator slots. The area of the winding heads is also cooled directly with the coolant in the winding head cooling channels.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung kann bei einer elektrischen Maschine vorgesehen sein, dass der Rotor an der zum Stator zugewandten Seite axial zur Rotordrehachse verlaufende Kühlmittelschlitze aufweist. Die ermöglicht neben der guten Kühlung des Stators der elektrischen Maschine, auch eine hohe Kühlleistung des Rotors der elektrischen Maschine. Ferner kann durch das Vorsehen von Kühlmittelschlitzen in der Außenmantelfläche des Rotors bei der Drehung des Rotors eine Pumpenwirkung auf das umlaufende Kühlmittel erzielt werden. Die Drehung des Rotors entlang des Innenkühlmittelkanals sorgt für eine gute Weiterleitung des Kühlmittels in Richtung der Kühlmittelbohrungen und/oder in Richtung der Wickelkopfkühlkanäle. Dadurch, dass Kühlmittelschlitze vorhanden sind, wird dieser Effekt nochmals verstärkt. Die Zirkulation des Kühlmittels durch den Stator, beziehungsweise durch die Hülse der elektrischen Maschine, wird durch die Kühlmittelschlitze nochmals erhöht, wodurch eine hohe Kühlwirkung der Bauteile der elektrischen Maschine erzielt werden kann. Im Betrieb mit niedriger Rotordrehzahl oder Rotorstillstand wird das Kühlmittel mittels einer Kühlmittelpumpe bewegt.According to a further preferred development, it can be provided in an electric machine that the rotor has coolant slots extending axially relative to the stator to the rotor axis of rotation. This allows not only the good cooling of the stator of the electric machine, but also a high cooling capacity of the rotor of the electric machine. Further, by providing coolant slots in the outer circumferential surface of the rotor upon rotation of the rotor, a pumping action on the circulating coolant can be achieved. The rotation of the rotor along the inner coolant channel ensures good forwarding of the coolant in the direction of the coolant holes and / or in the direction of the winding head cooling channels. The fact that coolant slots are present, this effect is reinforced again. The circulation of the coolant through the stator, or through the sleeve of the electric machine, is further increased by the coolant slots, whereby a high cooling effect of the components of the electrical machine can be achieved. During operation with low rotor speed or rotor standstill, the coolant is moved by means of a coolant pump.

Bevorzugt weist der Rotor eine Vielzahl von Kühlmittelschlitzen auf. Zwei benachbarte Kühlmittelschlitze sind vorteilhafterweise gleich weit zueinander angeordnet. Dadurch sind die Kühlmittelschlitze homogen über den Umfang des Rotors verteilt angeordnet. Die Kühlmittelschlitze können geneigt zur Rotordrehachse verlaufen und/oder sie können einen abgewinkelten Verlauf aufweisen. D.h., die Kühlmittelschlitze verlaufen bevorzugt nicht parallel zu der Rotordrehachse des Rotors, sondern geneigt, vorzugsweise in einem Winkel von 5° bis 20° zur Rotordrehachse. Hierdurch kann bei einer Drehung des Rotors das in den Kühlmittelschlitzen und in dem Innenkühlmittelkanal vorhandene Kühlmittel sehr gut in Richtung der Kühlmittelbohrungen befördert werden. Die Kühlleistung der elektrischen Maschine kann dadurch sehr hoch sein.Preferably, the rotor has a plurality of coolant slots. Two adjacent coolant slots are advantageously arranged equidistant to each other. As a result, the coolant slots are distributed homogeneously over the circumference of the rotor. The coolant slots may be inclined to the rotor axis of rotation and / or they may have an angled course. That is, the coolant slots are preferably not parallel to the rotor axis of rotation of the rotor, but inclined, preferably at an angle of 5 ° to 20 ° to the rotor axis of rotation. As a result, during a rotation of the rotor, the coolant present in the coolant slots and in the inner coolant channel can be conveyed very well in the direction of the coolant bores. The cooling capacity of the electric machine can be very high.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine hoher Leistungsdichte gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die elektrische Maschine gemäß dem zuvor beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Auf diese Weise können sämtliche Vorteile, die bereits ausführlich in Bezug auf eine erfindungsgemäße elektrische Maschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, auch bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung erzielt werden. Da in Kraftfahrzeugen elektrische Maschinen hoher Leistungsdichte und kompakten räumlichen Ausmaßen zum Einsatz kommen, ist eine effektive Kühlung der elektrischen Maschinen während ihres Betriebs im Kraftfahrzeug von hoher Bedeutung. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Personen- oder Lastkraftwagen. Eine elektrische Maschine, wie sie gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausführlich erläutert worden ist, erfüllt diese Bedingung. Durch die Ausbildung des Innenkühlmittelkanals in zumindest einem Teil des Spaltes zwischen dem Rotor und dem Stator und der Anordnung der fluiddichten Dichtungen zwischen der Hülse und dem Rotor, derart, dass sich ein geschlossener Kühlmittelkreislauf in dem Stator ergibt, der durch die Hülse einerseits und den Rotor andererseits begrenzt wird, kann eine sehr hohe Kühlwirkung auf die beim Betrieb der elektrischen Maschine entstehende Verlustwärme erzielt werden.According to the second aspect of the invention, the object of the invention by a motor vehicle with an electric machine is high Power density solved, which is characterized in that the electric machine is formed according to the first aspect of the invention described above. In this way, all the advantages that have already been described in detail with respect to an electrical machine according to the invention according to the first aspect of the invention, also in a motor vehicle according to the invention according to the second aspect of the invention can be achieved. Since electrical machines of high power density and compact spatial dimensions are used in motor vehicles, effective cooling of the electrical machines during their operation in the motor vehicle is of great importance. The motor vehicle is preferably a passenger or truck. An electric machine, as has been explained in detail according to the first aspect of the invention, fulfills this condition. By forming the inner coolant channel in at least a part of the gap between the rotor and the stator and the arrangement of the fluid-tight seals between the sleeve and the rotor, such that a closed coolant circuit results in the stator, by the sleeve on the one hand and the rotor On the other hand, limited, a very high cooling effect can be achieved on the generated during operation of the electrical machine heat loss.

Weitere, die Erfindung verbessernden Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumliche Anordnungen können sowohl für sich, als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.Further, measures improving the invention will become apparent from the following description of various embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All of the claims, the description or the figures resulting features and / or advantages, including design details and spatial arrangements may be essential to the invention, both in itself, and in the various combinations.

Es zeigen jeweils schematisch:

1 eine erste Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
2 eine zweite Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
3 ein dritte Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
4 eine vergrößerte Darstellung einer Statorscheibe und
5 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.

Each show schematically:

1 A first embodiment of an electrical machine according to the invention,
2 a second embodiment of an electrical machine according to the invention,
3 a third embodiment of an electrical machine according to the invention,
4 an enlarged view of a stator and
5 an inventive motor vehicle.

Elemente mit gleicher Funktion und/oder Wirkungsweise sind in den 1 bis 5 mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and / or mode of operation are in the 1 to 5 provided with the same reference numerals.

Die 1 bis 3 zeigen verschiedene Ausgestaltungsformen einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 50.The 1 to 3 show various embodiments of an electrical machine according to the invention 50 ,

1 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 50. 1 schematically shows a first embodiment of an electrical machine according to the invention 50 ,

Die 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausgestaltungsformen eines erfindungsgemäßen Stators 1 einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 50. Die elektrische Maschine 50 hoher Leistungsdichte weist einen um eine Rotordrehachse 11 drehbeweglichen Rotor 10 und einen um einen Spalt 20 beabstandet um den Rotor 10 umlaufend angeordneten Stator 1 auf. Der Stator 1 weist an seiner zum Rotor 10 zugewandten Seite eine Vielzahl von radial nach innen gerichteten Statorzähnen 2 auf, zwischen denen Statornuten 3 zur Aufnahme von auf die Statorzähne 2 gewickelten Statorwicklungen 4 des Stators 1 gebildet sind. Ferner weist die elektrische Maschine 50 eine um den Stator 1 abdichtend angeordnete Hülse 30 zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufes 22 im Stator 1 auf. Die Hülse 30 weist einen Kühlmittelanschluss 32, über den Kühlmittel 36 ins Innere der Hülse 30 zu dem Stator 1 und der Außenmantelfläche des Rotors 10 gelangt, und einen Kühlmittelabfluss 34, über den das aufgeheizte Kühlmittel 36 abgeführt wird, auf.The 1 to 4 show various embodiments of a stator according to the invention 1 an electrical machine according to the invention 50 , The electric machine 50 high power density has one around a rotor axis of rotation 11 rotatable rotor 10 and one by one gap 20 spaced around the rotor 10 circumferentially arranged stator 1 on. The stator 1 indicates at its to the rotor 10 facing side a plurality of radially inwardly directed stator teeth 2 on, between which stator grooves 3 for receiving onto the stator teeth 2 wound stator windings 4 of the stator 1 are formed. Furthermore, the electric machine has 50 one around the stator 1 sealingly arranged sleeve 30 for the formation of a coolant circuit 22 in the stator 1 on. The sleeve 30 has a coolant connection 32 , about the coolant 36 inside the sleeve 30 to the stator 1 and the outer circumferential surface of the rotor 10 passes, and a coolant drain 34 over which the heated coolant 36 is dissipated.

Zwischen der Hülse 30 und dem Rotor 10 sind fluiddichte Dichtungen 40 angeordnet. Zwischen den fluiddichten Dichtungen 40, der von den Dichtungen 40 eingeschlossenen Außenmantelfläche des Rotors 10 und dem Stator 1 ist ein Innenkühlmittelkanal 24 ausgebildet, durch den Kühlmittel 36 fließen kann. D.h., der Spalt 20 zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 1 ist als Innenkühlmittelkanal 24 des Kühlmittelkreislaufes 22 ausgebildet. Der Innenkühlmittelkanal 24 ist zum Durchfluss von Kühlmittel 36 mit dem Kühlmittelanschluss 32 und dem Kühlmittelabfluss 34 fluidkommunizierend verbunden. Zwischen der Innenmantelfläche 38 der Hülse 30 und der Außenmantelfläche 5 des Stators 1 ist ein Außenkühlmittelkanal 26 gebildet, durch den ebenfalls Kühlmittel 36 fließen kann. Sowohl der Innenkühlmittelkanal 24, als auch der Außenkühlmittelkanal 26 sind ferner mit Wickelkopfkühlkanälen 44, die um die Wickelkopf 42 angeordnet sind, fluidkommunizierend verbunden. Der Kühlmittelanschluss 32 ist im Bereich des ersten Wickelkopfes 42 des Stators 1 in der Hülse 30 angeordnet, währenddessen der Kühlmittelabfluss 34 im Bereich des zweiten Wickelkopfes 42 des Stators 1 in der Hülse 30 angeordnet ist. Das durch den Kühlmittelanschluss 32 in das Innere der Hülse 30 eintretende Kühlmittel 36 durchströmt die Wickelkopfkühlkanäle 44, den Innenkühlmittelkanal 24 und den Außenkühlmittelkanal 26 und tritt durch den Kühlmittelabfluss 34 wieder aus der Hülse 30 aus. Während des Durchströmens der Kanäle 24, 26, 44 kühlt das Kühlmittel 36 den Stator 1. Das Kühlmittel 36 leitet die Verlustwärme, die während des Betriebes der elektrischen Maschine 50 entsteht, sehr effektiv ab, so dass die elektrische Maschine 50 mit einer hohen Leistung betrieben werden kann oder alternativ energieeffizienter betrieben werden kann.Between the sleeve 30 and the rotor 10 are fluid-tight seals 40 arranged. Between the fluid-tight seals 40 that of the seals 40 enclosed outer circumferential surface of the rotor 10 and the stator 1 is an internal coolant channel 24 formed by the coolant 36 can flow. That is, the gap 20 between the rotor 10 and the stator 1 is as an inner coolant channel 24 of the coolant circuit 22 educated. The internal coolant channel 24 is to the flow of coolant 36 with the coolant connection 32 and the coolant drain 34 connected in a fluid-communicating manner. Between the inner circumferential surface 38 the sleeve 30 and the outer circumferential surface 5 of the stator 1 is an external coolant channel 26 formed by the also coolant 36 can flow. Both the internal coolant channel 24 , as well as the external coolant channel 26 are also with winding head cooling channels 44 around the winding head 42 are arranged, connected fluidkommunizierend. The coolant connection 32 is in the range of the first winding head 42 of the stator 1 in the sleeve 30 arranged, while the coolant drain 34 in the region of the second winding head 42 of the stator 1 in the sleeve 30 is arranged. That through the coolant connection 32 into the interior of the sleeve 30 entering coolant 36 flows through the winding head cooling channels 44 , the inner coolant channel 24 and the outer coolant channel 26 and passes through the coolant drain 34 back out of the sleeve 30 out. While flowing through the channels 24 . 26 . 44 cools the coolant 36 the stator 1 , The coolant 36 Guides the heat loss during operation of the electric machine 50 arises very effectively, leaving the electric machine 50 with a high performance can be operated or alternatively can be operated more energy efficient.

Die fluiddichten Dichtungen 40 sind in dieser Ausführungsform der elektrischen Maschine 50 zwischen der Hülse 30 und den jeweiligen Stirnseiten 13, 14 des Rotors 10 angeordnet. Die Dichtungen 40 sind vorzugsweise als kühlmittelbeständige Radialwellendichtungen ausgebildet. Beispielsweise können die Dichtungen Filzringe, Stopfbuchsen, Gleitringdichtungen oder Radialwellendichtringe sein. Die Dichtungen 40 ermöglichen es, dass der Rotor 10 sich drehen kann, ohne dass Kühlmittel 36 durch die Dichtungen 40 hindurchtreten kann.The fluid-tight seals 40 are in this embodiment of the electric machine 50 between the sleeve 30 and the respective front sides 13 . 14 of the rotor 10 arranged. The seals 40 are preferably designed as coolant-resistant radial shaft seals. For example, the seals may be felt rings, stuffing boxes, mechanical seals or radial shaft seals. The seals 40 allow the rotor 10 can turn without any coolant 36 through the seals 40 can pass through.

Eine derartig ausgebildete elektrische Maschine 50 schafft eine sehr hohe Kühlwirkung aufgrund des direkten Kühlens des Stators 1 und der Außenmantelfläche 12 des Rotors 10. Insbesondere durch die optional vorhandenen Kühlmittelschlitze 15 in der Außenmantelfläche 12 des Rotors 10 kann die Kühlleistung des Kühlmittelkreislaufes 22 nochmals erhöht werden. Bei einer Drehung des Rotors 1 bewirken die Kühlmittelschlitze 15 eine sogenannte Pumpenwirkung auf das Kühlmittel 36, so dass dieses schnell durch den Innenkühlmittelkanal 24 zu dem Kühlmittelabfluss 34 befördert wird.Such a trained electrical machine 50 creates a very high cooling effect due to the direct cooling of the stator 1 and the outer circumferential surface 12 of the rotor 10 , In particular through the optionally available coolant slots 15 in the outer circumferential surface 12 of the rotor 10 can reduce the cooling capacity of the coolant circuit 22 be increased again. Upon rotation of the rotor 1 cause the coolant slots 15 a so-called pump action on the coolant 36 so that it quickly flows through the internal coolant channel 24 to the coolant drain 34 is transported.

In 2 ist schematisch eine alternative Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 50 gezeigt. Der Stator 1 der elektrischen Maschine 50 weist eine Vielzahl axial zur Rotordrehachse 11 nebeneinander angeordnete Statorbleche beziehungsweise Statorblechpakete 7 auf. Zwischen den Statorblechen/Statorblechpaketen 7 sind zusätzlich zur elektrischen Maschine 50 gemäß 1 radial zur Rotordrehachse 11 verlaufende Statorscheiben 8 aus ferromagnetischem Material angeordnet. Die Statorscheiben 8 weisen jeweils eine Vielzahl radial zur Rotordrehachse 11 verlaufende Kühlmittelbohrungen 9 auf. Eine beispielhafte Statorscheibe 8 ist in 4 gezeigt. Die Kühlmittelbohrungen 9 verbinden den Innenkühlmittelkanal 24 und den Außenkühlmittelkanal 26 fluidkommunizierend. Hierdurch kann Kühlmittel 36 unmittelbar in die Nähe der Statorwicklungen 4 des Stators 1 gelangen, um die dort entstehende Wärme direkt aufzunehmen. Die Statorscheiben 8 weisen Kühlmittelbohrungen 9 mit einem von der Statorzahnbreite begrenzten Durchmesser auf. Hierdurch kann ein ausreichender Durchfluss an Kühlmittel 36 durch die Kühlmittelbohrungen 9 ermöglicht werden. Die Statorscheiben 8 können aus gepresstem ferromagnetischem Pulver ausgebildet sein. Hierdurch kann die elektrische Maschine 50 höhere Drehmomente erzeugen als eine vergleichbare elektrische Maschine mit Statorscheiben zu Kühlzwecken aus einem nicht ferromagnetischen Werkstoff. Die Statorscheiben 8 weisen beispielsweise gepresste Eisenteilchen, insbesondere gepresstes Eisenkompositmaterial, auf. Durch die Statorscheiben 8 wird die Kühlleistung der elektrischen Maschine 50 nochmals verbessert. Bei einer Drehung des Rotors 10 wird das durch den Innenkühlmittelkanal 24 fließende Kühlmittel 36 durch die Kühlmittelbohrungen 9 der Statorscheiben 8 gefördert. Optional vorhandene Kühlmittelschlitze 15 in dem Rotor 10 erhöhen die Pumpwirkung des Rotors 10 auf das Kühlmittel 36. Die Kühlmittelschlitze 15 verlaufen geneigt, vorzugsweise in einem Winkel von 5° bis 20°, zur Rotordrehachse 11 des Rotors 10. Hierdurch wird das Fließen des Kühlmittels 36 durch die Kühlmittelschlitze 15 bei einer Drehung des Rotors 10 erhöht. Zwischen der Außenmantelfläche 5 des Stators 1 und der Innenmantelfläche 38 der Hülse 30 sind fluiddichte Dichtungen 46 angeordnet, die ein seitliches Entweichen des Kühlmittels 36 verhindern.In 2 schematically is an alternative embodiment of an electrical machine according to the invention 50 shown. The stator 1 the electric machine 50 has a plurality of axially to the rotor axis of rotation 11 juxtaposed stator laminations or stator laminations 7 on. Between the stator laminations / stator laminations 7 are in addition to the electric machine 50 according to 1 radial to the rotor axis of rotation 11 running stator discs 8th arranged from ferromagnetic material. The stator discs 8th each have a plurality of radial to the rotor axis of rotation 11 running coolant holes 9 on. An exemplary stator disk 8th is in 4 shown. The coolant holes 9 connect the internal coolant channel 24 and the outer coolant channel 26 fluidkommunizierend. This may cause coolant 36 immediately near the stator windings 4 of the stator 1 arrive to absorb the heat produced there directly. The stator discs 8th have coolant holes 9 with a diameter limited by the stator tooth width. This allows a sufficient flow of coolant 36 through the coolant holes 9 be enabled. The stator discs 8th may be formed of pressed ferromagnetic powder. This allows the electric machine 50 generate higher torques than a comparable electric machine with stator for cooling purposes of a non-ferromagnetic material. The stator discs 8th have, for example, pressed iron particles, in particular pressed iron composite material. By the stator 8, the cooling capacity of the electric machine 50 improved again. Upon rotation of the rotor 10 this is through the internal coolant channel 24 flowing coolant 36 through the coolant holes 9 the stator discs 8th promoted. Optionally available coolant slots 15 in the rotor 10 increase the pumping action of the rotor 10 on the coolant 36 , The coolant slots 15 are inclined, preferably at an angle of 5 ° to 20 °, to the rotor axis of rotation 11 of the rotor 10 , This will cause the coolant to flow 36 through the coolant slots 15 upon rotation of the rotor 10 elevated. Between the outer circumferential surface 5 of the stator 1 and the inner circumferential surface 38 the sleeve 30 are fluid-tight seals 46 arranged, which is a lateral escape of the coolant 36 prevent.

Die in 2 gezeigte elektrische Maschine 50 weist zwei Kühlmittelanschlüsse 32 auf, die im Bereich der Wickelköpfe 42 des Stators 1 in der Hülse 30 angeordnet sind. Ferner weist die elektrische Maschine 50 einen zentral angeordneten Kühlmittelabfluss 34 auf. Der Kühlmittelfluss verläuft nach Einritt des Kühlmittels 36 in die Kühlmittelanschlüsse 32 durch den Innenkühlmittelkanal 24 und von dort durch die Kühlmittelbohrungen 9 zu dem Außenkühlmittelkanal 26. Von dem Außenkühlmittelkanal 26 wird das Kühlmittel 36 zu dem Kühlmittelabfluss 34 gefördert, von wo es aus der Hülse 30 austritt.In the 2 shown electric machine 50 has two coolant connections 32 on, in the area of the winding heads 42 of the stator 1 in the sleeve 30 are arranged. Furthermore, the electric machine has 50 a centrally located coolant drain 34 on. The coolant flow runs after the coolant has entered 36 into the coolant connections 32 through the internal coolant channel 24 and from there through the coolant holes 9 to the external coolant channel 26 , From the outdoor coolant channel 26 becomes the coolant 36 to the coolant drain 34 promoted from where it is from the sleeve 30 exit.

In der 3 ist eine ähnliche elektrische Maschine 50, wie in 2 gezeigt, dargestellt. Im Unterschied zur elektrischen Maschine 50 gemäß 2 weist die elektrische Maschine 50 der 3 an einer Seite der Hülse 30 im Bereich eines ersten Wickelkopfes 42 einen einzigen Kühlmittelanschluss 32 und an der anderen Seite der Hülse 30 im Bereich des zweiten Wickelkopfes 42 des Stators 1 einen einzigen Kühlmittelabfluss 34 auf. Auch bei dieser elektrischen Maschine 50 wird das Kühlmittel 36 über den Kühlmittelanschluss 32 durch die Wickelkopfkühlkanäle 44 zu dem Innenkühlmittelkanal 24 geleitet. Von dort wird das Kühlmittel zur intensiven Kühlung des Stators 1 durch die Kühlmittelbohrungen 9 der Statorscheiben 8 befördert, bevor es über den Außenkühlmittelkanal 26 zum Kühlmittelabfluss 34 gelangt.In the 3 is a similar electric machine 50 , as in 2 shown shown. In contrast to the electric machine 50 according to 2 has the electric machine 50 of the 3 on one side of the sleeve 30 in the region of a first winding head 42 a single coolant connection 32 and on the other side of the sleeve 30 in the region of the second winding head 42 of the stator 1 a single coolant drain 34 on. Also with this electrical machine 50 becomes the coolant 36 via the coolant connection 32 through the winding head cooling channels 44 to the internal coolant channel 24 directed. From there, the coolant for intensive cooling of the stator 1 through the coolant holes 9 the stator discs 8th transported before passing through the external coolant channel 26 to the coolant drain 34 arrives.

Die Kühlmittelschlitze 15 des Rotors 10 der elektrischen Maschinen 50 gemäß den 1 und 3 verlaufen parallel zu der Rotordrehachse 11 des Rotors 10. Auch eine derartige Ausgestaltung der Kühlmittelschlitze 15 verbessert bei einer Drehung des Rotors 10 die Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels 36.The coolant slots 15 of the rotor 10 the electrical machines 50 according to the 1 and 3 run parallel to the rotor axis of rotation 11 of the rotor 10 , Also, such a configuration of the coolant slots 15 improves upon rotation of the rotor 10 the flow rate of the coolant 36 ,

5 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 70 mit einer symbolhaft dargestellten erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 50. Die elektrische Maschine 50 kann als alleiniger Antrieb des Kraftfahrzeugs 70 dienen oder auch Teil eines Hybridantriebs sein. Durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 50 können die Leistung der elektrischen Maschine 50 und damit auch die Leistung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 70 insgesamt verbessert werden. 5 schematically shows a motor vehicle 70 with a symbolically represented electrical machine according to the invention 50 , The electric machine 50 can as sole propulsion of the motor vehicle 70 serve or be part of a hybrid drive. By the use of an electric machine according to the invention 50 can the power of the electric machine 50 and thus also the performance of the motor vehicle 70 according to the invention can be improved overall.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Statorstator
22: Statorzähnestator teeth
33: Statornutenstator
44: Statorwicklungenstator windings
55: Außenmantelfläche des StatorsOuter jacket surface of the stator
77: Statorbleche/StatorblechpaketeStator / stator cores
88th: Statorscheibestator
99: Kühlmittelbohrungen Coolant holes
1010: Rotorrotor
1111: RotordrehachseRotor axis of rotation
1212: Außenmantelfläche des RotorsOuter circumferential surface of the rotor
1313: Stirnseite des RotorsFront side of the rotor
1414: Stirnseite des RotorsFront side of the rotor
1515: Kühlmittelschlitze Coolant slots
2020: Spaltgap
2222: KühlmittelkreislaufCoolant circuit
2424: InnenkühlmittelkanalInternal coolant channel
2626: Außenkühlmittelkanal External coolant channel
3030: Hülseshell
3232: KühlmittelanschlussCoolant connection
3434: KühlmittelabflussCoolant outflow
3636: Kühlmittelcoolant
3838: Innenmantelfläche der Hülse Inner circumferential surface of the sleeve
4040: fluiddichte Dichtungenfluid-tight seals
4242: Wickelkopfwinding
4444: WickelkopfkühlkanälenWinding cooling channels
4646: fluiddichte Dichtungen fluid-tight seals
5050: elektrische Maschine electric machine
7070: Kraftfahrzeugmotor vehicle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014205930 A1 [0004]
WO 2013/075783 A2 [0004]

Claims

A high power density electric machine (50) comprising a rotor (10) rotatable about a rotor axis (11) and a stator (1) circumferentially spaced about the rotor (10) about a gap (20), the stator (1) engaging its side facing the rotor (10) has a plurality of radially inwardly directed stator teeth (2), between which stator slots (3) for receiving stator windings (4) of the stator (1) are formed, comprising one around the stator (1) sealingly arranged sleeve (30) for forming a coolant circuit in the stator (1), wherein the sleeve (30) has at least one coolant connection (32) and at least one coolant outflow (34), characterized in that between the sleeve (30) and the rotor (10) fluid-tight seals (40) are arranged such that at least a part of the gap (20) between the rotor (10) and the stator (1) as an inner coolant channel (24) of the coolant circuit (22) is formed, wobe i, the inner coolant channel (24) is connected in fluid communication with the at least one coolant connection (32) and the at least one coolant outflow (34) for the flow of coolant (36).

Electric machine (50) after Claim 1 , characterized in that the seals (40) between the outer circumferential surface (12) of the rotor (10) and the sleeve (30) and / or between the end faces (13, 14) of the rotor (10) and the sleeve (30) are.

Electric machine (50) according to one of the preceding claims, characterized in that between the outer lateral surface (5) of the stator (1) and the sleeve (30) an outer coolant channel (26) for flow of coolant (36) with the at least one coolant connection ( 32) and the at least one coolant outflow (34) is connected in a fluid-communicating manner.

Electric machine (50) after Claim 3 , characterized in that the stator (1) has a plurality of axially to the rotor axis of rotation (11) juxtaposed stator laminations (7) having the stator teeth (2) and the stator (3) that between the stator laminations (7) and / or a number of stator laminations (7) are arranged radially to the rotor axis of rotation (11) extending stator discs (8) and that the stator discs (8) coolant holes (9) for flow of coolant (36) between the inner coolant channel (24) and the outer coolant channel (26) through the stator (1).

Electric machine (50) after Claim 4 , characterized in that the stator discs (8) comprise a ferromagnetic material, in particular consist of a ferromagnetic material, particularly preferably consist of pressed ferromagnetic powder.

Electric machine (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator (10) has winding heads (42) which are at least partially spaced apart from the inner circumferential surface (38) of the sleeve (30) within the winding head cooling channels (44) Sleeve (30) are arranged, wherein the winding head cooling channels (44) for the flow of coolant (36) with the at least one coolant port (32) and the at least one coolant outflow (34) are connected fluidkommunizierend.

Electric machine (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor (10) on the side facing the stator (1) axially to the rotor axis of rotation (11) extending coolant slots (15).

Electric machine (50) after Claim 7 , characterized in that the coolant slots (15) inclined to the rotor axis of rotation (11) and / or that the coolant slots (15) have an angled course.

A motor vehicle (70) with an electric machine (50) of high power density, characterized in that the electric machine (50) is designed according to one of the preceding claims.