DE102018000875A1

DE102018000875A1 - Aktivteil für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018000875A1
Application number: DE102018000875.5A
Authority: DE
Inventors: Mike Fuchslocher; Torben Schulze
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2038-02-03
Also published as: WO2019149651A1; DE102018000875B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Aktivteil (10) für eine elektrische Maschine, mit wenigstens einer Wicklung (14), welche zumindest einen Wickelkopf (16) bildet, und mit wenigstens einem Kühlkanal (20), welcher von einem Kühlmittel zum Kühlen zumindest des Wickelkopfes (16) durchströmbar ist, wobei sich der Kühlkanal (20) in Umfangsrichtung (22) des Aktivteils (10) um den Wickelkopf (16) herum windet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Aktivteil für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solches, beispielsweise als Rotor oder Stator ausgebildetes Aktivteil für ein eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der DE 10 2015 015 797 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Aktivteil weist wenigstens eine Wicklung auf, welche zumindest einen Wickelkopf bildet. Außerdem weist das Aktivteil wenigstens einen Kühlkanal auf, welcher von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Mittels des Kühlmittels kann zumindest der Wickelkopf gekühlt werden.
Des Weiteren offenbart die DE 10 2008 022 105 A1 eine elektrische Maschine, mit einem Maschinengehäuse, in dem ein Rotor und eine Statorwicklung aufgenommen sind. Außerdem ist aus der DE 10 2012 221 325 A1 eine elektrische Maschine für ein Transportmittel bekannt, mit einem Statorelement mit einer Spulenwicklung und zumindest einem Wickelkopf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Aktivteil der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Kühlung realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Aktivteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Aktivteil für eine elektrische Maschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders vorteilhafte Kühlung realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich der Kühlkanal in Umfangsrichtung des Aktivteils um den Wickelkopf herum windet. Mit anderen Worten weist der Kühlkanal eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Wickelkopfs aufeinanderfolgend angeordneten Windungen auf, wobei sich der Wickelkopf in Umfangsrichtung des Aktivteils und somit in Umfangsrichtung des Wickelkopfs durch die Windungen hindurch erstreckt. Unter dem Merkmal, dass sich der Kühlkanal in Umfangsrichtung des Wickelkopfes um diesen herum windet, ist insbesondere zu verstehen, dass der Kühlkanal sowohl auf einer ersten axialen Stirnseite des Wickelkopfes als auch auf einer der ersten axialen Stirnseite in axialer Richtung des Aktivteils abgewandten zweiten axialen Stirnseite des Wickelkopfes angeordnet ist, und der Kühlkanal ist auch auf einer in radialer Richtung des Aktivteils nach innen weisenden ersten Seite und auf einer in radialer Richtung des Aktivteils nach außen weisenden und somit in radialer Richtung des Aktivteils der ersten Seite abgewandten zweiten Seite des Wickelkopfes angeordnet.
Wieder mit anderen Worten ausgedrückt sind beispielsweise erste Teile des Kühlkanals beziehungsweise der jeweiligen Windungen auf der ersten axialen Stirnseite, zweite Teile des Kühlkanals beziehungsweise der jeweiligen Windungen auf der zweiten axialen Stirnseite, dritte Teile des Kühlkanals beziehungsweise der jeweiligen Windungen auf der ersten Seite und vierte Teile des Kühlkanals beziehungsweise der jeweiligen Windungen auf der zweiten Seite angeordnet, wobei diese Teile fluidisch miteinander verbunden sind, sodass das vorzugsweise als Kühlflüssigkeit ausgebildete Kühlmittel auf seinem Weg durch den Kühlkanal sukzessive die jeweiligen Teile durchströmt. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Strömung des Kühlmittels realisiert werden, sodass ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem Wickelkopf an das Kühlmittel gewährleistet werden kann. In der Folge können der Wickelkopf und somit das Aktivteil beziehungsweise die elektrische Maschine insgesamt besonders vorteilhaft gekühlt werden.
Der Wickelkopf ist insbesondere dadurch gebildet, dass jeweilige Bereiche, insbesondere Längenbereiche oder Windungen, der Wicklung in axialer Richtung von einem die Wicklung tragenden Träger abstehen beziehungsweise diesen Träger in axialer Richtung überragen, wobei sich durch vorteilhafte Kühlung des Wickelkopfes eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine realisieren lässt.
Das erfindungsgemäße Aktivteil ist beispielsweise als ein Rotor oder als ein Stator der elektrischen Maschine ausgebildet, wobei die elektrische Maschine vorzugsweise eine so genannte Traktionsmaschine eines Kraftfahrzeugs ist. Das Kraftfahrzeug ist dabei vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet und mittels der elektrischen Maschine antreibbar. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass an elektrische, insbesondere elektronische Traktionsmaschine beziehungsweise Traktionsmotoren, insbesondere von Kraftfahrzeugen, hohe Anforderungen an Dauerdrehmoment und Dauerleistungsdichte bei gleichzeitig vorteilhaftem Wirkungsgrad gestellt werden. Hierbei sollte eine maximale Betriebstemperatur entsprechend einer Temperaturklasse nicht überschritten werden. Zudem ist ein weiterer entscheidender Faktor das thermische Beanspruchungskollektiv mit bestimmten Temperaturgrenzen. Neben einer vorteilhaften Auslegung spielt hierbei eine entscheidende Rolle, die thermischen Verluste möglichst gleichmäßig und effizient abzuführen. Dies kann bei dem erfindungsgemäßen Aktivteil vorteilhaft realisiert werden.
Eine solche definierte Strömungskontur einer Wickelkopfkühlung, wie sie ein erfindungsgemäßes Aktivteil aufweist, dient zur Verbesserung der Wickelkopfkühlung und so auch zum Schutz einer thermischen Überlastung im Allgemeinen.
Grundsätzlich ist es denkbar, den Wickelkopf mittels einer Kappe zu kapseln und hierbei die Kappe über den Wickelkopf zu stülpen. Die Kappe wird beispielsweise hin zu dem Aktivteil beziehungsweise hin zu dem genannten Träger sowie hin zu einem Luftspalt der elektrischen Maschine mittels wenigstens eines beispielsweise als Fluormoosgummidichtung ausgebildeten Dichtungselements und/oder mittels Klebstoff abgedichtet. Insbesondere wird die Kappe derart über den Wickelkopf gestülpt, dass zwischen der Kappe und dem Wickelkopf wenigstens ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Zwischenraum entsteht, welcher beispielsweise teilweise durch den Wickelkopf und teilweise durch die Kappe begrenzt ist. Ferner kann der Zwischenraum teilweise durch das Dichtungselement begrenzt sein. Der Zwischenraum ist beispielsweise ein zumindest im Wesentlichen kreisringförmiger Spalt, insbesondere zwischen dem Wickelkopf und der auch als Kapsel bezeichneten Kappe, wodurch ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Strömungsquerschnitt definiert beziehungsweise erzeugt werden kann. Ein Mindestabstand zwischen dem Wickelkopf und der Kappe beträgt beispielsweise vier Millimeter, sodass der Strömungsquerschnitt sehr groß ist. Dadurch können nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten resultieren. Dies hat einen ebenfalls kleinen Wärmestrom zur Folge. Zudem resultieren aus stark unterschiedlichen Strömungsquerschnitten Gebiete geringer Strömungsgeschwindigkeit. Dadurch kann eine nur unzureichende Wärmeabfuhr gewährleistet werden.
Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun bei dem erfindungsgemäßen Aktivteil gelöst beziehungsweise vermieden werden, da sich dadurch, dass sich der Kühlkanal in Umfangsrichtung des Aktivteils um den Wickelkopf herum windet, vorteilhafte hohe Strömungsgeschwindigkeiten des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmittels realisiert werden können. In der Folge können hohe Wärmemengen in kurzer Zeit von dem Wickelkopf abtransportiert werden, sodass sich eine effiziente und effektive Kühlung darstellen lässt.
Auf seinem Weg durch den Kühlkanal strömt das Kühlmittel beispielsweise durch die jeweiligen Windungen und dabei beispielsweise auf der ersten Seite zunächst in eine mit der axialen Richtung des Aktivteils zusammenfallende erste Richtung und wird dann mittels des Kühlkanals an einer ersten Stelle umgelenkt, sodass dann das Kühlmittel in radialer Richtung beziehungsweise schräg dazu nach innen strömt, insbesondere auf der ersten axialen Stirnseite. An einer zweiten Stelle wird das Kühlmittel dann wieder umgeleitet, sodass dann das Kühlmittel, insbesondere auf der zweiten Seite, in eine mit der axialen Richtung zusammenfallende und der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung strömt. An einer dritten Stelle wird dann das Kühlmittel mittels des Kühlkanals erneut umgelenkt, sodass dann das Kühlmittel, insbesondere auf der zweiten axialen Stirnseite, in radialer Richtung beziehungsweise schräg dazu nach außen strömt. Die erste Stelle und die zweite Stelle sind dabei in Umfangsrichtung des Aktivteils versetzt zueinander angeordnet, sodass ein Winkelversatz zwischen der ersten Stelle und der zweiten Stelle vorgesehen ist. Durch diesen Winkelversatz kann sich der Kühlkanal in Umfangsrichtung des Aktivteils um den Wickelkopf herum winden, sodass der Kühlkanal beispielsweise spulen- oder schlaufenartig beziehungsweise -förmig um den Wickelkopf herum erstreckt. Dieser Winkelversatz kann beispielsweise bei zumindest zwei der Windungen voneinander unterschiedlich sein beziehungsweise in Umfangsrichtung des Aktivteils variieren.
Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn der Winkelversatz, insbesondere bei allen Windungen, gleich ist, sodass sich der Kühlkanal in Umfangsrichtung des Aktivteils helixfömig um den Wickelkopf herum erstreckt. Der Kühlkanal weist somit eine Schraubenform mit immer gleicher Steigung beziehungsweise Steighöhe auf. Ferner ist es denkbar, dass zumindest einer der Teile radial in dem Zwischenkopf verläuft, sodass beispielsweise das Kühlmittel in streng radialer Richtung nach außen strömen kann.
Um einen besonders vorteilhaften Wärmeabtransport zu realisieren, ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Kühlkanal teilweise direkt durch den Wickelkopf begrenzt ist. Dadurch berührt beziehungsweise kontaktiert das den Kühlkanal durchströmende Kühlmittel den Wickelkopf direkt, sodass in kurzer Zeit eine hohe Wärmemenge von dem Wickelkopf abtransportiert werden kann.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Kühlkanal zumindest teilweise durch wenigstens ein separat von dem Wickelkopf gebildetes Führungselement begrenzt beziehungsweise gebildet. Dadurch kann der Kühlkanal definiert und kostengünstig realisiert werden, sodass sich eine effektive und effiziente Kühlung realisieren lässt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, wenn das Führungselement aus einem elastischen, elektrisch-isolierenden Werkstoff gebildet ist, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Führungselement aus einem elastischen Werkstoff, insbesondere aus Gummi gebildet ist. Hierdurch kann ferner eine besonders vorteilhafte Abdichtung der Windungen in solche Richtungen realisiert werden, welche schräg oder senkrecht zur gewünschten Strömungsrichtung des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmittels verlaufen, sodass unerwünschte Strömungen, insbesondere Leckageströmungen, vermieden werden können. Dadurch kann eine definierte und somit vorteilhafte Kühlung gewährleistet werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Führungselement aus einem thermisch expandierten Werkstoff gebildet ist. Hierzu wird das Führungselement beispielsweise zunächst an dem Wickelkopf angeordnet und danach erwärmt, wodurch das Führungselement beziehungsweise dessen Werkstoff expandiert wird. In der Folge kann eine besonders vorteilhafte Abdichtung realisiert werden, sodass eine gezielte und definierte Führung des Kühlmittels und in der Folge eine effektive Kühlung realisiert werden können.
Um einen besonders vorteilhaften Wärmeabtransport zu realisieren und unerwünschte Wärmeströme zu vermeiden, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Führungselement aus einem Kunststoff gebildet ist. Hierdurch können ferner unerwünschte Strömungen des Kühlmittels vermieden werden, sodass eine effektive Kühlung realisiert werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Führungselement als Spritzgussteil, insbesondere als Kunststoff-Spritzgussteil, ausgebildet. Hierdurch können auch komplexe Geometrien des Kühlkanals realisiert werden, sodass eine besonders effektive Kühlung dargestellt werden kann.
Um eine besonders gute Kühlung auf besonders einfache Weise realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Aktivteil eine separat von dem Wickelkopf und separat von dem Führungselement ausgebildete Kappe aufweist, welche den Kühlkanal teilweise begrenzt und den Wickelkopf und das Führungselement nach außen überdeckt. Im Rahmen einer Herstellung beziehungsweise Montage des Aktivteils ist dabei beispielsweise vorgesehen, dass das Führungselement als von dem Wickelkopf und von der Kappe separates Bauteil und dabei als innere Struktur verwendet wird, welche beispielsweise in einem ersten Schritt zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Wickelkopf angeordnet wird. In einem beispielsweise auf den ersten Schritt folgenden zweiten Schritt wird die als Abdeckung fungierende Kappe montiert, indem beispielsweise die Kappe auf die innere Struktur (Führungselement) und auf den Wickelkopf aufgestülpt wird. Mit anderen Worten werden beispielsweise die innere Struktur und der Wickelkopf in der Kappe angeordnet.
Alternativ ist es denkbar, dass die Kappe und das Führungselement einstückig miteinander ausgebildet sind, sodass die Kappe und das Führungselement gleichzeitig und somit zeit- und kostengünstig montiert werden. Ferner ist es denkbar, dass das Führungselement und die Kappe als separat voneinander ausgebildete Bauteile ausgebildet sind, welche jedoch vor der Anordnung der Kappe und des Führungselements an dem Wickelkopf aneinander angeordnet beziehungsweise miteinander verbunden werden. Die Kappe und das separat von der Kappe ausgebildete und an der Kappe befestigte und somit mit dieser verbundene Führungselement bilden somit einen Zusammenbau, welcher montiert und dabei beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Wickelkopf montiert wird, insbesondere derart, dass das Führungselement an dem Wickelkopf angeordnet und der Wickelkopf in der Kappe angeordnet wird. Dadurch kann eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung des Aktivteils realisiert werden, wobei gleichzeitig eine besonders effektive Kühlung dargestellt werden kann.
Als das Kühlmittel wird beispielsweise eine elektrisch nicht-leitende Flüssigkeit wie beispielsweise ein Öl verwendet. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Wickelkopf in einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere in einen elektrisch isolierenden Kunststoff, eingegossen beziehungsweise mit dem Material, insbesondere mit dem Kunststoff, vergossen oder umgossen ist. Bei dem Material handelt es sich vorzugsweise um ein wärmeleitfähiges Material. Dann könnte als das Kühlmittel auch eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser oder ähnliches genutzt werden.
Das Kühlmittel wird beispielsweise aus einem eigenen Kühlkreis mit Pumpe und/oder Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlmittels dem Kühlkanal zugeführt, oder das Kühlmittel wird aus einem anderen Kühlsystem wie beispielsweise eine Motorkühlung, einer Batteriekühlung, einer Getriebekühlung etc. bereitgestellt.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Aktivteil wenigstens zwei Anschlüsse aufweist. Ein erster der Anschlüsse ist beispielsweise als ein Zuführanschluss ausgebildet, über welchen das Kühlmittel in den Kühlkanal einleitbar ist. Der zweite Anschluss ist beispielsweise als Abführanschluss ausgebildet, über welchen das Kühlmittel aus dem Kühlkanal ausleitbar beziehungsweise abführbar ist. Dabei sind die Anschlüsse vorzugsweise in Umfangsrichtung des Wickelkopfes über dessen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Führung des Kühlmittels realisiert werden, sodass eine besonders vorteilhafte Kühlung darstellbar ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels 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.
Die Zeichnung zeigt in:

1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäße Aktivteils;
2 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Vorderansicht des Aktivteils;
3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Aktivteils;
4 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Aktivteils;
5 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Aktivteils;
6 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Aktivteils; und
7 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Aktivteils.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein als Stator 10 ausgebildetes Aktivteil für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, welches beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug ist mittels der elektrischen Maschine antreibbar, sodass die elektrische Maschine als Traktionsmaschine ausgebildet ist. Das Aktivteil umfasst wenigstens einen Träger 12, welcher beispielsweise als Blechpaket ausgebildet ist. Manchmal ist der Träger 12 auch als Statorkern bezeichnet. Des Weiteren umfasst das Aktivteil wenigstens eine an dem Träger 12 gehaltene Wicklung 14, welche - wie besonders gut in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist - zumindest einen Wickelkopf 16 bildet. Der Wickelkopf 16 ist ein Bereich der Wicklung 14, wobei der Bereich in axialer Richtung des Aktivteils von dem Träger 12 absteht. Mit anderen Worten überragt der Bereich beziehungsweise der Wickelkopf 16 den Träger 12 in axialer Richtung des Aktivteils. Dabei ist in 1 die axiale Richtung des Aktivteils (Stator 10) durch einen Doppelpfeil 18 veranschaulicht. Das Aktivteil weist darüber hinaus wenigstens einen Kühlkanal 20 auf, welcher von einem vorzugsweise als Kühlflüssigkeit ausgebildeten Kühlmittel durchströmbar ist. Mittels des Kühlmittels wird zumindest der Wickelkopf 16 gekühlt, insbesondere dadurch, dass ein Wärmeübergang von dem Wickelkopf 16 an das den Kühlkanal 20 durchströmende Kühlmittel erfolgt.
Um nun eine besonders effektive Kühlung des Wickelkopfes 16 realisieren zu können, windet sich der Kühlkanal 20 in Umfangsrichtung des Aktivteils um den Wickelkopf 16 herum. Bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass sich der Kühlkanal 20 in Umfangsrichtung des Aktivteils helixförmig um den Wickelkopf 16 herum erstreckt. Die Umfangsrichtung ist dabei in 1 durch einen Doppelpfeil 22 veranschaulicht und verläuft beispielsweise in einer Ebene, welche zumindest im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung verläuft. Dadurch, dass sich der Kühlkanal 20 helixförmig um den Wickelkopf 16 herum erstreckt, strömt das Kühlmittel dann, wenn es durch den Kühlkanal 20 strömt, helixförmig um den Wickelkopf 16 herum, sodass sich eine zumindest im Wesentlichen helixförmige Umspülung beziehungsweise Umströmung des Wickelkopfes 16 mit dem Kühlmittel ergibt. Hierbei wird beispielsweise radial außen am Wickelkopf zugeströmt. Anschließend strömt beispielsweise das Kühlmittel an einer ersten axialen Stirnseite 24 mit einem Winkelversatz und dabei beispielsweise schräg zur radialen Richtung nach innen. Der Kühlkanal 20 ist somit nach Art einer Helix ausgebildet, deren Steigung durch den genannten Winkelversatz gebildet beziehungsweise definiert wird. Im Folgenden strömt das Kühlmittel beispielsweise am Wickelkopf 16 zurück in Richtung Träger 12 und dann wieder beispielsweise in radialer Richtung beziehungsweise schräg dazu nach außen, und der Kreislauf beginnt erneut. Beispielsweise strömt das Kühlmittel in radialer Richtung nach außen durch eine Kavität zwischen dem Träger 12 und dem Wickelkopf 16.
Die Strömung des Kühlmittels durch den Kühlkanal 20 ist besonders gut aus 2 erkennbar und dort durch Pfeile 26 veranschaulicht. Um die helixförmige Strömung des Kühlmittels auf einfache und somit kostengünstige Weise zu realisieren, ist es beispielsweise vorgesehen, dass der Kühlkanal 20 teilweise direkt durch den Wickelkopf 16 begrenzt ist. Hierdurch berührt das den Kühlkanal 20 durchströmende Kühlmittel den Wickelkopf 16 direkt, sodass ein vorteilhafter Wärmeübergang von dem Wickelkopf 16 an das Kühlmittel realisierbar ist.
Des Weiteren ist wenigstens ein separat von dem Wickelkopf 16 und separat von dem Träger 12 ausgebildetes Führungselement 28 vorgesehen, welches den Kühlkanal 20 teilweise begrenzt. Dabei bildet das Führungselement 28 die genannte Helix an sich, sodass die helixförmige Strömung des Kühlmittels um den Wickelkopf 16 herum grundsätzlich durch das Führungselement 28 bewirkt wird. Außerdem ist eine separat von dem Träger 12, separat von dem Wickelkopf 16 und separat von dem Führungselement 28 ausgebildete Kappe 30 vorgesehen, welche beispielsweise den Wickelkopf 16 und das Führungselement 28 nach außen hin überdeckt und beispielsweise gegen den Träger 12 abgedichtet ist. somit sind das Führungselement 28 und der Wickelkopf 16 jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in der Kappe 30 aufgenommen, wobei die Kappe 30 den Kühlkanal 20 teilweise begrenzt. Insbesondere wird beispielsweise der Kühlkanal 20 zumindest in axialer Richtung in eine erste Richtung durch die Kappe 30 und in axialer Richtung in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung durch den Wickelkopf 16 begrenzt. In Umfangsrichtung wird der Kühlkanal 20 beispielsweise durch das Führungselement 28 begrenzt beziehungsweise definiert, sodass beispielsweise die helixförmige Umspülung an sich durch das Führungselement 28 gebildet ist.
Das Führungselement 28 ist vorzugsweise aus einem nachgiebigen Material und dabei vorzugsweise aus Gummi gebildet. Insbesondere ist das Führungselement 28 aus einem Kunststoff gebildet. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Führungselement 28 als ein Spritzgussteil, insbesondere als ein Kunststoff-Spritzgussteil, ausgebildet ist. Insbesondere kann das Führungselement 28 aus Fluormoosgummi gebildet sein, welches ein Kompressionsverhalten von bis zu 50 Prozent aufweist und hierdurch eine besonders vorteilhafte Abdichtung von unterschiedlichen Kavitäten, insbesondere zwischen dem Wickelkopf 16 und der Kappe 30, ermöglicht.
Das den Kühlkanal 20 durchströmende Kühlmittel strömt entlang einer Strömungsrichtung durch den Kühlkanal 30, wobei die Strömungsrichtung gemäß der Helix helixförmig verläuft. Um beispielsweise von der gewünschten Strömungsrichtung unterschiedliche, insbesondere schräg oder senkrecht dazu verlaufende Strömungen des Kühlmittels zu vermeiden, ist beispielsweise die Kappe 30 gegen den Wickelkopf 16 und/oder der Wickelkopf 16 gegen den Träger 12 und/oder das Führungselement 28 gegen die Kappe 30 und/oder gegen den Träger 12 abzudichten. Dies kann mittels des Führungselements 28 insbesondere dann vorteilhaft realisiert werden, wenn das Führungselement 28 aus einem elastisch verformbaren Werkstoff wie beispielsweise Gummi gebildet ist. Alternativ ist es denkbar, dass das Führungselement 28 aus Teroson® beziehungsweise aus einem thermisch expandierbaren oder expandierten Werkstoff, insbesondere Kunststoff, gebildet ist. Ein solcher thermisch expandierbarer Kunststoff expandiert beispielsweise bei Erwärmung um bis zu 600 Prozent, wodurch eine besonders vorteilhafte Abdichtung von unterschiedlichen Kavitäten realisierbar ist.
Hierzu ist es beispielsweise vorgesehen, das der thermische expandierbare Werkstoff in noch nicht thermisch expandierten Zustand an dem Wickelkopf 16 angeordnet, insbesondere auf den Wickelkopf 16 aufgetragen, wird. Daran anschließend wird beispielsweise die separat von dem Führungselement 28 ausgebildete Kappe 30 zumindest mittelbar an dem Wickelkopf 16 insbesondere derart angebracht, dass der Wickelkopf 16 und das Führungselement 28 in der Kappe 30 angeordnet werden. Daraufhin wird beispielsweise das Führungselement 28 erwärmt, wodurch der thermisch expandierbare Werkstoff expandiert wird. In der Folge können unterschiedliche Kavitäten abgedichtet werden
Das Führungselement 28 weist beispielsweise bereits vor seiner Montage an dem Wickelkopf 16 eine helixförmige Kontur auf. Das die helixförmige Kontur aufweisende Führungselement 28 wird dann beispielsweise über den Wickelkopf 16 gezogen, bevor die Kappe 30 montiert wird. Anschließend wird die Kappe 30 montiert und dabei über den Wickelkopf 16 und das Führungselement 28 gestülpt.
Durch die helixförmige Erstreckung des Kühlkanals 20 kann ein von dem Kühlmittel zu durchströmender Strömungsquerschnitt besonders gering gehalten werden, sodass sich vorteilhaft hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels von bis zu einem Meter pro Sekunde realisieren lassen. Dadurch kann eine starke Konvektion erzwungen werden, sodass ein vorteilhafter Wärmeabtransport darstellbar ist. zudem können übermäßig hohe Totwassergebiete vermieden werden, sodass die Gefahr von lokaler Überhitzung besonders gering gehalten werden kann.
3 zeigt das Aktivteil ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht. In 3 veranschaulicht ein Pfeil 32 das Kühlmittel, welches dem Kühlkanal 20 zugeführt beziehungsweise in den Kühlkanal eingeleitet wird. Das in den Kühlkanal 20 eingeleitete Kühlmittel kann den Kühlkanal 20 durchströmen und strömt dabei helixförmig um den Wickelkopf 16 herum.
Aus 4 sind besonders gut die Kappe 30 und das separat davon ausgebildete Führungselement 28 erkennbar, wobei in 4 auch der Wickelkopf 16 erkennbar ist. Ferner ist aus 4 und 5 ein erster Anschluss 34 des Kühlkanals 20 erkennbar, wobei der erste Anschluss 34 ein Zuführanschluss ist. Über den Zuführanschluss wird das Kühlmittel dem Kühlkanal 20 zugeführt, das heißt in den Kühlkanal 20 eingeleitet, woraufhin das Kühlmittel den Kühlkanal 20 durchströmen kann. Dies ist in 5 durch Pfeile 36 veranschaulicht.
Aus 5 ist besonders gut ein zweiter Anschluss 38 des Kühlkanals 20 erkennbar. Der zweite Anschluss 38 ist ein Abführanschluss, über welchen das Kühlmittel - wie in 5 durch einen Pfeil 40 veranschaulicht ist - aus dem Kühlkanal 20 abführbar ist beziehungsweise abgeführt wird. Dabei sind die Anschlüsse 34 und 38 in Umfangsrichtung des Wickelkopfes 16 über dessen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet, um dadurch eine effektive Kühlung realisieren zu können.
Aus 1 ist erkennbar, dass zwei oder mehr, als Zuführanschlüsse ausgebildete erste Anschlüsse 34 sowie zwei oder mehr als Abführanschlüsse ausgebildete zweite Anschlüsse 38 vorgesehen sein können, wobei die Anschlüsse 34 und 38 in Umfangsrichtung des Wickelkopfes 16 über dessen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Stator 10 im Bereich der Kappe 30 in einem Zustand, in welchem das Führungselement 28 beziehungsweise der thermisch expandierbare Werkstoff, aus welchem das Führungselement 28 gebildet ist, in thermisch noch nicht expandiertem Zustand an dem Wickelkopf 16 angeordnet ist. Wird dann der thermisch expandierbare Werkstoff erwärmt, so dehnt sich der thermisch expandierbare Werkstoff aus, was in 6 durch Pfeile veranschaulicht ist.
7 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Stator 10 im Bereich der Kappe 30 gemäß 6, wobei gemäß 7 der thermisch expandierbare Werkstoff thermisch expandiert ist. Hierdurch schmiegt sich das Führungselement 28 besonders gut an den Wickelkopf 16 sowie an die Kappe 30 und gegebenenfalls an den Träger 12 an, sodass unerwünschte Leckagen vermieden werden können. In der Folge kann ein definierter beziehungsweise gezielter Strom des Kühlmittels durch den Kühlkanal 20 gewährleistet werden, sodass eine besonders effektive und leistungsstarke Kühlung realisierbar ist.
Bezugszeichenliste

10: Stator
12: Träger
14: Wicklung
16: Wickelkopf
18: Doppelpfeil
20: Kühlkanal
22: Doppelpfeil
24: Stirnseite
26: Pfeile
28: Führungselement
30: Kappe
32: Pfeil
34: erster Anschluss
36: Pfeile
38: Zweiter Anschluss
40: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015015797 A1 [0002]
DE 102008022105 A1 [0003]
DE 102012221325 A1 [0003]

Claims

Aktivteil (10) für eine elektrische Maschine, mit wenigstens einer Wicklung (14), welche zumindest einen Wickelkopf (16) bildet, und mit wenigstens einem Kühlkanal (20), welcher von einem Kühlmittel zum Kühlen zumindest des Wickelkopfes (16) durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kühlkanal (20) in Umfangsrichtung (22) des Aktivteils (10) um den Wickelkopf (16) herum windet.
Aktivteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kühlkanal (20) in Umfangsrichtung (22) des Aktivteils (10) helixfömig um den Wickelkopf (16) herum erstreckt.
Aktivteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (20) teilweise direkt durch den Wickelkopf (16) begrenzt ist.
Aktivteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (20) zumindest teilweise durch wenigstens ein separat von dem Wickelkopf (16) gebildetes Führungselement (28) begrenzt ist.
Aktivteil (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (28) aus einem elastischen Werkstoff gebildet ist.
Aktivteil (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (28) aus einem thermisch expandierten Werkstoff gebildet ist.
Aktivteil (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (28) aus einem Kunststoff gebildet ist.
Aktivteil (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (28) als Spritzgussteil ausgebildet ist.
Aktivteil (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine separat von dem Wickelkopf (16) und separat von dem Führungselement (28) ausgebildete Kappe (30) vorgesehen ist, welche den Kühlkanal (20) teilweise begrenzt und den Wickelkopf (14) und das Führungselement (28), insbesondere in axialer Richtung (18) und/oder in radialer Richtung des Aktivteils (10), nach außen überdeckt.
Aktivteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zuführanschluss (34), über welchen das Kühlmittel in den Kühlkanal (20) einleitbar ist, und wenigstens ein Abführanschluss (38) vorgesehen sind, über welchen das Kühlmittel aus dem Kühlkanal (20) ausleitbar ist, wobei der Zuführanschluss (34) und der Abführanschluss (38) in Umfangsrichtung des Wickelkopfes (16) über dessen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind.