DE102018129897A1 - Cooling device for cooling coils of a stator of an electrical machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kühlungseinrichtung (1) zur Kühlung von Spulen (11) eines Stators (10) einer elektrischen Maschine aufweisend:- mindestens einen kreisringförmigen Abschlussteil (2, 3) zum dichtenden Abschließen einer axialen Seite eines mit Spulen (11) versehenen Stators (10) und zum Leiten eines Kühlmediums.- Kunststoff und/oder ein elektrisch isolierendes Material umfasst.Ferner betrifft die Erfindung einen Stator (10) einer elektrischen Maschine mit Spulen (11) aufweisend: eine Kühlungseinrichtung (1).The invention relates to a cooling device (1) for cooling coils (11) of a stator (10) of an electrical machine, comprising: 10) and for conducting a cooling medium. Plastic and / or an electrically insulating material. The invention further relates to a stator (10) of an electrical machine with coils (11), comprising: a cooling device (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Kühlungseinrichtung zur Kühlung von Spulen eines Stators einer elektrischen Maschine sowie einen Stator einer elektrischen Maschine mit Spulen und einer Kühlungseinrichtung.The invention relates to a cooling device for cooling coils of a stator of an electrical machine and a stator of an electrical machine with coils and a cooling device.
Für die Kühlung eines Stators sind diverse Lösungen bekannt.Various solutions are known for cooling a stator.
So ist es beispielsweise bekannt, die gesamte elektrische Maschine in Öl einzutauchen. Nachteil daran ist, dass sich im Luftspalt zwischen Rotor und Stator eine erhebliche Menge an Öl befinden kann, die den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine begrenzt.For example, it is known to immerse the entire electrical machine in oil. The disadvantage of this is that there can be a considerable amount of oil in the air gap between the rotor and stator, which limits the efficiency of the electrical machine.
Auch existieren Konstruktionen, bei denen Kühlmittel an der Außenseite des Ständereisens des Stators strömt, um Wärme abzuführen. Jedoch weist eine derartige Lösung eine begrenzte Wirksamkeit zum Abführen von Wärme von den Kupferdrähten der Spulen eines Stators auf.There are also constructions in which coolant flows on the outside of the stator stator iron to dissipate heat. However, such a solution has limited effectiveness in removing heat from the copper wires of the coils of a stator.
Ferner sind Ausführungen bekannt, die Kühlfluid auf die axial außen liegenden Wicklungen der Statorspulen sprühen, aber kein Öl in den heißesten Teil eines Stators drücken, der nämlich zwischen zwei angrenzenden Statorspulen liegt.Furthermore, designs are known which spray cooling fluid onto the axially outer windings of the stator coils, but do not press oil into the hottest part of a stator, which is namely between two adjacent stator coils.
Des Weiteren ist eine Form der Kühlung einer elektrischen Maschine bekannt, bei der mithilfe eines Wassermantels gekühlt wird. Der Wassermantel kühlt den Stator außenseitig. Mithilfe einer derartigen Kühlung werden die Spulenwicklungen in der Nähe des Stators durch Wärmeleitung ebenfalls gekühlt. Die Spulenwicklungen hingegen, die der Außenseite des Stators abgewandt sind bzw. an der Innenseite des Stators (in radialer Richtung gesehen) angeordnet sind, werden im Vergleich schlechter gekühlt.Furthermore, a form of cooling an electrical machine is known, in which cooling is carried out using a water jacket. The water jacket cools the stator on the outside. With the help of such a cooling, the coil windings in the vicinity of the stator are also cooled by heat conduction. The coil windings, on the other hand, which face away from the outside of the stator or are arranged on the inside of the stator (viewed in the radial direction) are cooled less well in comparison.
Eine Möglichkeit, die Wicklungen an der Innenseite des Stators zu kühlen, besteht darin, Automatikgetriebeöl (ATF) aus dem Gehäuse der elektrischen Maschine oder aus Rotordüsen zu spritzen.One way to cool the windings on the inside of the stator is to inject automatic transmission oil (ATF) from the housing of the electrical machine or from rotor nozzles.
Das gespritzte ATF kühlt die innenseitig angeordneten Wicklungen effektiv, da das gespritzte ATF Wicklungen einer Spule mit dem ATF durchtränken kann. Die Wicklungen im Statorschlitz mit aktiver Länge hingegen erhalten zu wenig ATF aus dem Gehäuse oder den Rotordüsen. Der Statorschlitz mit aktiver Länge kann etwas ATF vom Rotor erhalten, wenn das ATF in den Stator-Rotor-Luftspalt tropft.The sprayed ATF effectively cools the windings arranged on the inside, since the sprayed ATF can soak the windings of a coil with the ATF. The windings in the active length stator slot, on the other hand, receive too little ATF from the housing or the rotor nozzles. The active length stator slot may receive some ATF from the rotor if the ATF drips into the stator-rotor air gap.
Statistisch gesehen, bilden die Wicklungen des mittleren Abschnitts eines Wickelkopfs bzw. einer Spule des Stators einer elektrischen Maschine den heißesten Ort in der elektrischen Maschine, da sie die geringste Menge an ATF erhält.Statistically speaking, the windings of the central section of a winding head or a coil of the stator of an electrical machine form the hottest place in the electrical machine since it receives the least amount of ATF.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlungseinrichtung zur Kühlung von Spulen eines Stators einer elektrischen Maschine sowie einen Stator einer elektrischen Maschine mit Spulen anzugeben, welche bzw. welcher den gesamten Wickelkopf einer Spule einer elektrischen Maschine bzw. die gesamte Spule eine elektrische Maschine kühlt und Wärme effektiv aus dem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Wickelköpfen bzw. Spulen abführt. In diesem Zusammenhang ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kühlflüssigkeit durch und zwischen den Spulen einer elektrischen Maschine durchdrücken zu können, ohne den Luftspalt der elektrischen Maschine zu überfluten und deren Effizienz zu reduzieren.It is therefore an object of the present invention to provide a cooling device for cooling coils of a stator of an electrical machine and a stator of an electrical machine with coils, which cools the entire winding head of a coil of an electrical machine or the entire coil of an electrical machine and effectively dissipates heat from the space between two adjacent end windings or coils. In this context, it is also an object of the present invention to be able to push cooling liquid through and between the coils of an electrical machine without flooding the air gap of the electrical machine and reducing its efficiency.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention, these objects are achieved by the features of the independent claims. Further advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß umfasst bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Kühlungseinrichtung zur Kühlung von Spulen eines Stators einer elektrischen Maschine:
- - mindestens einen kreisringförmigen Abschlussteil zum dichtenden Abschließen einer axialen Seite eines mit Spulen versehenen Stators und zum Leiten eines Kühlmediums.
- - At least one annular end part for sealingly closing an axial side of a stator provided with coils and for guiding a cooling medium.
Bevorzugterweise weist der mindestens eine kreisringförmige Abschlussteil einen C-förmigen Querschnitt auf.The at least one annular end part preferably has a C-shaped cross section.
Vorzugsweise ist der C-förmigen Querschnitt geometrisch auf die Spulen eines Stators angepasst. Somit kann das mindestens eine kreisringförmige Abschlussteil auf einfache Weise an einem Stator bzw. an dessen Spulen angebracht werden.The C-shaped cross section is preferably geometrically adapted to the coils of a stator. The at least one annular end part can thus be attached in a simple manner to a stator or to its coils.
Günstigerweise ist die Öffnung des C-förmigen Querschnitts auf die Größe der Spulen eines Stators, insbesondere auf die Größe in radialer Richtung der Spulen eines Stators, angepasst. Somit ist also die Öffnungsweite des C-förmigen Querschnitts an die Größe der Spulen, insbesondere in radialer Richtung, anpassbar.The opening of the C-shaped cross section is advantageously adapted to the size of the coils of a stator, in particular to the size in the radial direction of the coils of a stator. Thus, the opening width of the C-shaped cross section can be adapted to the size of the coils, in particular in the radial direction.
Ferner ist es günstig, dass der mindestens eine Abschlussteil einen Ein- und/oder Auslass für ein Kühlungsmedium umfasst.Furthermore, it is favorable that the at least one end part comprises an inlet and / or outlet for a cooling medium.
Auch kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Abschlussteil mindestens ein Umlenkelement zum Umlenken eines Kühlmediums, insbesondere eines Fluidstromes, umfasst.It can also be provided that the at least one end part comprises at least one deflection element for deflecting a cooling medium, in particular a fluid flow.
Vorteilhafterweise verschließt das mindestens eine Umlenkelement den C-förmigen Querschnitt des kreisringförmigen Abschlussteils, sodass das Umlenkelement ein Strömen eines Kühlmediums in Umfangsrichtung des kreisringförmigen Abschlussteils unterbindet und das Kühlmedium in axiale Richtung umlenkt. Advantageously, the at least one deflecting element closes the C-shaped cross section of the annular closing part, so that the deflecting element prevents the flow of a cooling medium in the circumferential direction of the annular closing part and deflects the cooling medium in the axial direction.
Auch ist es von Vorteil, wenn das mindestens eine kreisringförmige Abschlussteil einen Kunststoff und/oder ein elektrisch isolierendes Material umfasst.It is also advantageous if the at least one annular end part comprises a plastic and / or an electrically insulating material.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Stator einer elektrischen Maschine.A second aspect of the present invention includes a stator of an electrical machine.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale der Kühlungseinrichtung, wie sie unter dem ersten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei dem Stator einer elektrischen Maschine Anwendung finden können.It is expressly pointed out that the features of the cooling device, as mentioned in the first aspect, can be used individually or in combination with one another in the stator of an electrical machine.
Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend die Kühlungseinrichtung können auch hier unter dem zweiten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden.In other words, the features relating to the cooling device mentioned above under the first aspect of the invention can also be combined here with further features under the second aspect of the invention.
Bevorzugterweise umfasst ein Stator einer elektrischen Maschine mit Spulen eine Kühlungseinrichtung nach dem ersten Aspekt.A stator of an electrical machine with coils preferably comprises a cooling device according to the first aspect.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Kühlungseinrichtung zwei kreisringförmige Abschlussteile umfasst.It is further preferred that the cooling device comprises two annular end parts.
Auch ist es günstig, wenn jeweils ein Abschlussteil an einer axialen Seite des Stators und an dessen Spulen angeordnet, insbesondere befestigt oder verriegelt, ist.It is also expedient if a terminating part is arranged, in particular fastened or locked, on an axial side of the stator and on its coils.
Vorteilhafterweise ist der Spalt, der sich in axialer Richtung zwischen zwei angrenzenden Spulen erstreckt, mit einem Dichtungselement verschließbar, um den Austritt eines Kühlmediums, insbesondere eines Kühlfluides, zu unterbinden.Advantageously, the gap, which extends in the axial direction between two adjacent coils, can be closed with a sealing element in order to prevent the escape of a cooling medium, in particular a cooling fluid.
Vorzugsweise ist eine Dichtungseinrichtung zwischen den Spulen und einem Abschlussteil angeordnet.A sealing device is preferably arranged between the coils and a closing part.
Ferner ist es günstig, dass ein erstes kreisringförmige Abschlussteil einen Einlass für ein Kühlmedium aufweist, wobei vorzugsweise ein zweites kreisringförmige Abschlussteil einen Auslass für ein Kühlmedium aufweist.Furthermore, it is expedient for a first annular closure part to have an inlet for a cooling medium, a second annular closure part preferably having an outlet for a cooling medium.
Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt.In the following, the inventive idea presented above is additionally expressed in other words.
Dieser Gedanke betrifft vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - eine Zwangskühlung für Wicklungen bzw. Spulen eines Stators einer elektrischen Maschine, welche ein Abschlussteil umfasst, das vorzugsweise halbtorusförmig (oder im Querschnitt C-förmig) ausgebildet ist.This idea preferably relates - to put it in simplified form - to forced cooling for windings or coils of a stator of an electrical machine, which comprises a closing part which is preferably semi-toroidal (or C-shaped in cross section).
Bevorzugterweise ist das Abschlussteil an dem Stator bzw. an einer ersten axialen Seite des Stators angeordnet.The end part is preferably arranged on the stator or on a first axial side of the stator.
Vorteilhafterweise erlaubt dieses Abschlussteil einen Strom eines Kühlmediums um die Wicklungen einer Spule eines Stators.This terminating part advantageously allows a flow of a cooling medium around the windings of a coil of a stator.
Das Abschlussteil zwingt das Kühlmedium, insbesondere ein Kühlöl, zwischen die Wicklungen bzw. zwischen zwei angrenzenden Spulen eines Stators von einer ersten axialen Seite des Stators zu einer zweiten axialen Seite in axialer Richtung zu strömen.The end part forces the cooling medium, in particular a cooling oil, to flow between the windings or between two adjacent coils of a stator from a first axial side of the stator to a second axial side in the axial direction.
Günstigerweise umfasst die zweite axiale Seite des Stators ebenfalls ein Abschlussteil, das vorzugsweise halbtorusförmig (oder im Querschnitt C-förmig) ausgebildet ist.The second axial side of the stator advantageously also comprises a closing part, which is preferably half-toroidal (or C-shaped in cross section).
Für den Fall dass ein Kühlmedium von der ersten axialen Seite durch einen Einlass eines Abschlussteils zur zweiten axialen Seite gepumpt wird, verteilt das Abschlussteil zunächst das Kühlmedium entlang des Durchmessers des Stators und zwingt im Anschluss daran das Kühlmedium in axialer Richtung zwischen den Spulen des Stators zu strömen.In the event that a cooling medium is pumped from the first axial side through an inlet of a closing part to the second axial side, the closing part first distributes the cooling medium along the diameter of the stator and then forces the cooling medium in the axial direction between the coils of the stator stream.
Sobald das Kühlmedium auf der zweiten axialen Seite von einem weiteren Abschlussteil aufgenommen wird und ebenfalls entlang des Durchmessers des Stators verteilt wurde, strömt dieses zum Auslass des weiteren Abschlussteils.As soon as the cooling medium is taken up on the second axial side by a further end part and has likewise been distributed along the diameter of the stator, this flows to the outlet of the further end part.
Vorteilhafterweise ist der Einlass des einen Abschlussteils diametral zum Auslass des anderen Abschlussteils angeordnet.The inlet of the one end part is advantageously arranged diametrically to the outlet of the other end part.
Günstigerweise ist der Auslass im Vergleich zum Einlass an einem höheren Ort gegenüber der Erdoberfläche angeordnet. Dies gestattet einen konvektiven Fluss des Kühlmediums.Conveniently, the outlet is located higher than the surface of the earth compared to the inlet. This allows a convective flow of the cooling medium.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
-
1 bis3 eine 3-dimensionale Ansicht aus verschiedenen Blickwinkeln auf einen erfindungsgemäßen Stator einer elektrischen Maschine mit einer erfindungsgemäßen Kühlungseinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel; -
4 eine Schnittansicht auf den erfindungsgemäßen Stator aus den1 bis3 ; -
5 eine 3-dimensionale Ansicht eines Abschlussteils einer erfindungsgemäßen Kühlungseinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel; und -
6 eine schematische Darstellung des Fluidstromes eines Kühlmediums unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kühlungseinrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
-
1 to3rd a 3-dimensional view from different angles on a stator according to the invention of an electrical machine with a cooling device according to the invention according to a first embodiment; -
4th a sectional view of the stator according to the invention from the1 to3rd ; -
5 a 3-dimensional view of a closing part of a cooling device according to the invention according to a second embodiment; and -
6 is a schematic representation of the fluid flow of a cooling medium using the cooling device according to the invention according to the second embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.In the following description, the same reference symbols are used for the same objects.
Der Einfachheit und Kürze halber werden nachstehend die
Genauer dargestellt zeigen die
Hierbei umfasst der Stator
Die Kühlungseinrichtung
Dabei haben die kreisringförmigen Abschlussteile
Mit anderen Worten ausgedrückt ist jeweils die Öffnung des C-förmigen Querschnitts eines Abschlussteils
Des Weiteren zeigt insbesondere
Jedes der beiden kreisringförmigen Abschlussteile
Der Spalt
Ferner ist eine Dichtungseinrichtung (nicht dargestellt) zwischen den Spulen
Wie den
Hierbei verschließt jedes Umlenkelement
Abschließend sei noch erwähnt, dass ein kreisringförmiges Abschlussteil
Nachstehend werden
Hierbei zeigen die
Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen Stator
Bevorzugterweise sind zwei aneinander liegende Spulen bzw. Wickelköpfe über einen Spalt
Innerhalb dieses Spalte
An den gegenüberliegenden axialen Seiten des Stators
Jedes Abschlussteil
Hierbei umfasst ein kreisringförmiges Abschlussteil
Zum Beispiel ist in
Vorteilhafterweise ist der Einlass
Die Wärmeübertragung durch das Kühlmedium ist dabei konvektiv und das Kühlmedium bewegt sich durch das Abschlussteil
Wie insbesondere
Die Umlenkelemente
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- KühlungseinrichtungCooling device
- 22nd
- AbschlussteilFinal part
- 33rd
- AbschlussteilFinal part
- 44th
- Einlassinlet
- 55
- AuslassOutlet
- 66
- UmlenkelementDeflecting element
- 77
- Spalt gap
- 1010th
- Statorstator
- 1111
- Spule Kitchen sink
- AA
- axiale Richtungaxial direction
- RR
- radiale Richtungradial direction
- UU
- UmfangsrichtungCircumferential direction
Claims (4)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102018129897.8A DE102018129897A1 (en) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | Cooling device for cooling coils of a stator of an electrical machine |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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DE102018129897.8A Withdrawn DE102018129897A1 (en) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | Cooling device for cooling coils of a stator of an electrical machine |
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DE (1) | DE102018129897A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022226555A1 (en) * | 2021-04-27 | 2022-11-03 | Andritz Hydro Gmbh | Electrical machine |
DE102021134614A1 (en) | 2021-12-23 | 2023-06-29 | Valeo Eautomotive Germany Gmbh | Rotor for an electric machine with coolant flow barriers |
-
2018
- 2018-11-27 DE DE102018129897.8A patent/DE102018129897A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
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WO2022226555A1 (en) * | 2021-04-27 | 2022-11-03 | Andritz Hydro Gmbh | Electrical machine |
DE102021134614A1 (en) | 2021-12-23 | 2023-06-29 | Valeo Eautomotive Germany Gmbh | Rotor for an electric machine with coolant flow barriers |
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---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |