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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektro-Motor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
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Ein Elektromotor umfasst im Wesentlichen einen Stator und einen Rotor. Zur Ausbildung von magnetischen Kräften sind Wicklungen vorgesehen, die entsprechend bestromt werden. Die Wicklung des Stators, die beispielsweise Formlitze und/oder Stableiter umfassen kann, weist sogenannte Wickelköpfe auf, die an den axialen Enden des Statorblechpaketes hervorstehen.
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Wickelköpfe von E-Motoren werden sehr heiß. Um thermisches Versagen zu verhindern, werden diese daher oftmals gekühlt. Als Kühlmedium kommt ein dielektrisches Kühlfluid zum Einsatz (in aller Regel ein Öl). Die Ölkühlung ist zumeist über eine „Kühlkappe“ realisiert, welche einen den Wickelkopf umgebenden Ringkanal ausbildet, in dem ein Kühlfluid strömt, wie es beispielsweise aus der
DE102017107165A1 für elektrische Maschinen bekannt geworden ist.
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Auch bei zusammengesetzten Wicklungen - d.h. Segmentleitern, welche in Statornuten eingeschoben und anschließend mittel- oder unmittelbar miteinander verbunden werden-ist diese Art der Wickelkopfkühlung bekannt. Unmittelbar meint z.B. dabei das Aufeinanderzubiegen der Stableiter und direktes Verschweißen; mittelbar meint den Einsatz von Verschaltungsstegen, welche die Distanz zwischen zwei Stableitern überbrückt. Auch Stableiter und Verschaltungsstege können miteinander verschweißt sein. Ein Beispiel zu Verschaltungsstegen ist aus der
US4321497A bekannt geworden. Ein Beispiel für ein Zueinanderbiegen ist aus der
US2014070639A1 bekannt geworden.
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Segmentleiter können z.B. Hairpins sein, d.h. u-förmig gebogene Massivleiterstäbe. Weiterhin ist es bekannt, als Segmentleiter Formlitzen einzusetzen, d.h. verpresste und gegebenenfalls verdrillte Drahtlitzen. Hierzu kann beispielsweise auf die
DE112015001994A5 verwiesen werden.
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Für eine effektive Kühlung ist es vorteilhaft, diejenigen Stellen zu kühlen, bei denen ein hoher Wärmeübergangskoeffizient erreicht werden kann. Dies sind besonders jene Stellen, an denen keine Isolation (Hauptisolation und bei einer Formlitze auch die Einzeldrahtisolation) den Wärmeübergang zwischen Kühlfluid und elektrischem Leiter hindert. Zugleich muss aber zwischen den einzelnen Leitern eine ausreichende elektrische Isolierung bzw. eine ausreichend lange Kriechstrecke zur Vermeidung von Kurzschlüssen und Überschlägen gewährleistet sein.
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Aus diesem Grund sind beispielsweise gesamte Wickelköpfe vollständig mit Harz vergossen oder die Verbindungszonen einzeln mit Isolationsharz oder Isolationskappen überzogen. Beides ist nachteilig, weil es den thermischen Wärmeübergang behindert. Alternativ sind die Abstände zwischen den Kontaktierungsstellen so groß gewählt, dass eine separate Isolierung nicht mehr notwendig ist. Eine weitere Möglichkeit ist das Einlegen von Streifen von Isolationspapier.
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Analog müssen bei Verwendung von Verschaltungststegen auch diese gegeneinander isoliert sein. Hierfür sind Verschaltungsstege z.B. von einem Isolationsharz überzogen, Isolationspapier eingelegt, oder isolierende Abstandshalter eingefügt.
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Nachteilig im Stand der Technik ist die pauschale Beaufschlagung des Wickelkopfes mit einem konstant strömenden Kühlfluid, da der Wärmeübergang bei laminarer Kühlströmung (Ausbildung von Grenzschichten) beschränkt ist.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, einen verbesserten Stator vorzuschlagen, insbesondere einen Stator vorzuschlagen, dessen Wickelköpfe effektiver gekühlt werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Stator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass der Kanal für das Kühlfluid (Fluidkanal) mit mindestens einem Fluidleitmittel ausgestattet ist, welches dazu eingerichtet ist, das Kühlfluid oder mindestens einen Teil des anströmenden Kühlfluids in Richtung des Wickelkopfs zu lenken, kann eine zielgerichtete Kühlung vorgenommen werden. Insbesondere können diejenigen Bereiche zielgerichtet gekühlt werden, die mutmaßlich nicht isoliert sind, bei denen entsprechend ein Wärmeübergang Metall-Kühlfluid möglich ist. Insofern wird insbesondere die lokale Beeinflussung einer Kühl-Strömung im Wickelkopf, insbesondere im Wickelkopf, bevorzugt im Verbindungsbereich, zweier Leiter (Segmentleiter-Segmentleiter bzw. Segmentleiter-Verschaltungssteg), vorgeschlagen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
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Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann ein ggf. beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Segmentleiter als Massivleiter oder als Formlitze ausgestaltet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kontaktierungsbereich als Hülse ausgestaltet ist. Diese Variante bietet sich insbesondere bei einer Ausgestaltung des Segmentleiters als Formlitze an, um für die Einzeldrähte der Formlitze einen monolithischen Kontaktierungsbereich bereitzustellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wickelkopf eine Verschweißung und/oder einen Verschaltungssteg umfasst.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wickelkopf unmittelbar, d.h. als paarweise Verschweißung der Segmentleiter, oder mittelbar, d.h. als paarweise Verbindung von Segmentleitern mittels Verschaltungssteg, ausgestaltet ist. Auch die Verbindung von Segmentleiter und Verschaltungssteg erfolgt bevorzugt als eine Verschweißung. Grundsätzlich müssen die Segmentleiter von zusammengesetzten Wicklungen verbunden werden. Produktionstechnisch ist die unmittelbare Verschweißung weniger aufwendig als der Einsatz von Verschaltungsstegen. Über Verschaltungsstege lassen sich jedoch grundsätzlich komplexere Wicklungsmuster realisieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kühlkappe bzw. der Kanal mit einem Einlass und einem Auslass für Kühlfluid ausgestattet ist, wobei der Auslass für das Kühlfluid an entfernter Stelle des Einlasses, vorzugsweise um 180° Grad versetzt, angeordnet ist. Durch den Ein- und Auslass kann Kühlfluid in den Kanal eingebracht und wieder abgeführt werden. In dem Kanal bzw. den Zwischenkanälen entsteht eine entsprechende Strömung.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kühlkappe einen Deckel, sowie zwei Seitenwände aufweist. Ferner kann die Kühlkappe ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Eine mehrteilige Ausführung kann z.B. in Seitenwände und Deckelteile erfolgen. Die Kühlkappe ist vorzugsweise aus einem technisch vorteilhaften Material gebildet. Dies kann insbesondere ein elektrisch isolierender Kunststoff sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Fluidleitmittel als Düse, Flügel, Aussparung, Rippe, erhöhte bzw. vertiefte Aufnahme des Segmentleiters, insbesondere des Kontaktierungsbereiches, in einem Verschaltungssteg und/oder als Wärmeleitfahne ausgestaltet ist. Vorgenannte Mittel stellen bevorzugte Ausführungsformen eines Fluidleitmittels dar, wobei die Aufzählung nicht abschließend ist. Es sind weitere Ausführungsformen denkbar, ferner auch grundsätzlich beliebige Kombinationen der vorgenannten Mittel.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kühlkappe mindestens eine Doppelwand, umfassend eine Innenwand und eine Außenwand aufweist, wobei ein Zwischenkanal für das Kühlfluid zwischen der Innenwand und der Außenwand ausgebildet wird, wobei mindestens ein als Düse ausgestaltetes Fluidleitmittel in der zu dem Wickelkopf gewandten Innenwand angeordnet ist, wobei die Düse dazu eingerichtet ist, das Kühlfluid auf einen zugeordneten Wickelkopf zu lenken und/oder zu sprühen. Durch die entsprechende Anordnung der Düsen können die Wickelköpfe sehr zielgerichtet mit Kühlfluid beaufschlagt beziehungsweise besprüht und der Stator damit insgesamt sehr effektiv gekühlt werden. Vorteilhaft sind die Düsen dabei auf nicht-isolierte Teile des Wickelkopfes, vorzugsweise auf die Kontaktstellen der Segmentleiter, ausgerichtet. Durch einen vorzugsweise senkrechten Aufprall auf vorgenannte Teile bzw. Oberflächen kann ein verbesserter Wärmeübergang gegenüber einem nur vorbeifließenden Fluid erreicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mindestens ein als Flügel ausgestaltetes Fluidleitmittel in dem Kanal angeordnet ist, wobei der Flügel dazu eingerichtet ist zumindest einen Teil des anströmenden Kühlfluids in Richtung des Wickelkopfs abzulenken. Auch diese Ausgestaltung eines Fluidleitmittels ermöglicht eine entsprechend zielgenaue Anströmung eines Wickelkopfes. Die Umsetzung ist zudem produktionstechnisch leicht realisierbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wickelkopf einen Verschaltungssteg umfasst, wobei der Kontaktierungsbereich des ersten Segmentleiters und der Kontaktierungsbereich des zweiten Segmentleiters in dem Verschaltungssteg aufgenommen ist, wobei das Fluidleitmittel als Aussparung in dem Verschaltungssteg ausgestaltet ist, wobei die Aussparung vor mindestens einem Kontaktierungsbereich in dem Verschaltungssteg angeordnet ist. Im Wesentlichen beruht diese Ausführungsform darauf, dass eine gezielte Verwirbelung des Kühlfluids vor dem Segmentleiter, insbesondere vor dem Kontaktierungsbereich, stattfinden kann, der zu einer effizienten Kühlung beitragen kann. Durch die Verwirbelung werden Grenzschichten aufgebrochen und es kommt zu einem höheren Wärmeübergang und besserem Wärmeabtransport.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wickelkopf einen Verschaltungssteg umfasst, wobei das Fluidleitmittel als Rippe in dem Verschaltungssteg ausgestaltet ist, wobei die Rippe dazu eingerichtet ist zumindest einen Teil des anströmenden Kühlfluids in Richtung des Wickelkopfs, insbesondere einer Kontaktierungsstelle, abzulenken. Die Rippe dient im Wesentlichen dazu, einen Teil des Kühlfluidstroms in Richtung des Kontaktierungsbereiches abzulenken und/oder einen Verwirbelungseffekt herbeizuführen, um den Kontaktierungsbereich effektiv zu kühlen.
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In diesem Zusammenhang kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Rippe bzw. die Rippen quer oder schräg zur Längsrichtung des Verschaltungssteges ausgerichtet ist und/oder dass die Rippe bzw. die Rippen auf der Oberseite und/oder der Unterseite des Verschaltungssteges angeordnet sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wickelkopf einen Verschaltungssteg umfasst, wobei der Kontaktierungsbereich des ersten Segmentleiters und der Kontaktierungsbereich des zweiten Segmentleiters in dem Verschaltungssteg aufgenommen ist, wobei das Fluidleitmittel dadurch ausgebildet ist, dass die Oberfläche mindestens eines Kontaktierungsbereiches oberhalb oder unterhalb der Verschaltungsstegoberfläche angeordnet ist. Diese Ausführungsvariante lässt sich besonders einfach realisieren, da die Kontaktierungsbereiche lediglich etwas mehr bzw. etwas weniger tief in die vorgesehenen Öffnungen des Verschaltungssteges eingeführt bzw. fixiert werden müssen.
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Gleichwohl lassen sich auch auf diese Weise an vorbestimmter Stelle Verwirbelungen erzeugen, die dem Wärmeabtransport dienlich sind.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine verbesserte elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, vorzuschlagen, insbesondere eine elektrische Maschine vorzuschlagen, die effektiver gekühlt werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Hierdurch können die oben skizzierten Vorteile des erfindungsgemäßen Stators für den Elektromotor nutzbar gemacht werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
- 1/1a einen Segmentleiter, insbesondere in Form einer Formlitze, eines erfindungsgemäßen Stators in einer Draufsicht bzw. Schnittansicht;
- 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor (oberer Teil) in einer schematischen Schnittdarstellung;
- 3 eine Ansicht auf ein abgewickeltes Statorblechpaket mit über Schweißnähte verbundenen Segmentleitern;
- 4 eine geschnittene Draufsicht auf eine Kühlkappe mit Düsen zur direkten Beaufschlagung der Segmentleiterköpfe mit Kühlmedium;
- 5 eine geschnittene Seitenansicht auf einen Wickelkopf analog 4;
- 6 eine Ansicht auf einen Stator mit Verschaltungsstegen zur mittelbaren Verbindung zweier Formlitzen;
- 7 eine Ansicht auf mehrlagig angeordnete Verschaltungsstege zur Realisierung verschiedener Wicklungsmuster;
- 8 eine Kühlkappe mit wandseitig angebrachten Fluidleitmittel;
- 9a,b deckel/deckenseitig angebrachte Fluidleitmittel, sowie durchgehende wandseitig angebracht Fluidleitmittel (9a), sowie unterbrochene Fluidleitmittel (9b);
- 10a,b deckel/deckenseitig angebrachte Fluidleitmittel, sowie wandseitig angebracht Fluidleitmittel in durchgehender (10a) und unterbrochener (10b) Ausführungsweise;
- 11/11a eine Aussparung in einem Verschaltungssteg in einer Draufsicht (links) und einer Schnittansicht (rechts);
- 12/12a ein Verschaltungssteg mit einer Querrippe und Längsrippen auf der Oberseite (links) und einem Segmentleiter mit Unterstand gegenüber Verschaltungssteg sowie Querrippen auf der Unterseite (rechts);
- 13/13a ein Verschaltungssteg mit Querrippen auf einer Seite (links), sowie mit einem Segmentleiter mit Überstand gegenüber Verschaltungssteg;
- 14/14a ein Verschaltungssteg mit einer Formlitze mit zusätzlicher Wärmefahne zur Oberflächenvergrößerung und Strömungsbeeinflussung.
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Zunächst wird auf Fig. 2 Bezug genommen.
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Ein erfindungsgemäßer Elektromotor E umfasst im Wesentlichen einen erfindungsgemäßen Stator S und einen Rotor R. Der Elektromotor E kann sowohl als Innen-, als auch als Außenläufer ausgestaltet sein. Der Rotor R weist eine Drehachse bzw. Längsachse X auf.
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Der erfindungsgemäße Stator S umfasst im Wesentlichen ein hohlzylinderförmiges Statorblechpaket 1 in dem in Längsrichtung verlaufende Nuten zur Aufnahme von Segmentleitern 2 angeordnet sind. In den Nuten sind Segmentleiter 2 aufgenommen, die endseitig mit ihrem Kontaktierungsbereich 21, 22 aus dem Statorblechpaket 1 herausragen. Über den Kontaktierungsbereich 21 bzw. 22 sind die Segmentleiter 2 untereinander nach einem vorbestimmten Muster verbunden. Ein erster Segmentleiter 2 ist beispielsweise über seinen ersten Kontaktierungsbereich 21 mit einem zweiten Segmentleiter 2a über dessen ersten Kontaktierungsbereich 21a verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise unmittelbar mittels Verschweißung 31 oder auch mittelbar durch Verschaltungsstege 32 vorgenommen sein. Die Verschaltungsstege sind mit den Formlitzen verschweißt. Nachfolgend soll von einem Wickelkopf 3 gesprochen werden, der wahlweise einen Verschaltungssteg 32 und/oder auch eine Verschweißung 31 umfassen kann.
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Bei den Segmentleitern 2 kann es sich insbesondere um massive Stableiter oder auch Formlitzen handeln. In der 1 ist ein als Formlitze ausgestalteter Segmentleiter 2 beispielhaft dargestellt, umfassend zwei endseitige Kontaktierungsbereiche 21 bzw. 22, sowie ein zwischen den Kontaktierungsbereichen angeordnetes , mit einer Isolierung 24 ausgestattetes, Drahtpaket 23. Im vorliegenden Beispiel sind die Kontaktierungsbereiche 21, 22 mit Hülsen ausgebildet. Die Hülsen sind in einem Heißcrimpverfahren auf die Kopfenden der Formlitze aufgebracht. Hier sind auch andere Lösungen denkbar.
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Jeweils endseitig des Statorblechpaketes 1 ist eine Kühlkappe 4 angebracht, die einen Kanal 5, insbesondere ringförmigen Kanal, für ein Kühlfluid ausbildet. Der Kanal 5 bzw. die Kühlkappe 4 weist insbesondere zwei Seitenwände 41, 42 und einen Deckel 43 auf. Die sich ergebende offene Seite der Kühlkappe 4 ist entsprechend dem Statorblechpaket 1 zugewandt bzw. wird in der Regel von dem Statorblechpaket 1 verschlossen. In den Kanal 5 bzw. die Kühlkappe 4 ragen die aus dem Statorblechpaket 1 herausragenden Wicklungsköpfe 3 hinein und können dort von dem Kühlfluid, meist einem Öl, umspült und entsprechend gekühlt werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kanal 5 bzw. die Kühlkappe 4 mit Fluidleitmitteln 6 ausgestattet ist, die dazu eingerichtet sind, zumindest einen Teil des Fluidstroms gezielt auf den zugeordneten Wickelkopf 3 bzw. Wickelköpfe 3 zu leiten bzw. gezielt im Bereich des Wickelkopfes 3 zu verwirbeln.
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Es sind verschiedene Ausführungsformen von Fluidleitmitteln denkbar. Beispielhaft sollen einige Ausführungsformen anhand der Figuren dargestellt werden.
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In der 4 bzw. 5 ist ein erfindungsgemäßer Stator S abgebildet, wobei die Fluidleitmittel 6 beispielsweise als Düsen 61 ausgebildet sind. Hierzu sind die Seitenwände 41, 42 der Kühlkappe 4 als Doppelwände ausgeführt. Insofern umfasst die erste Seitenwand 41 eine Außenwand 411 und eine Innenwand 412. Die zweite Seitenwand 42 umfasst entsprechend eine Außenwand 421 und eine Innenwand 422. Zwischen der Außenwand 411 und der Innenwand 412 ist ein Zwischenkanal 413 ausgebildet. Ebenso ist zwischen der Außenwand 421 und der Innenwand 422 ein Zwischenkanal 423 ausgebildet.
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Ferner ist insbesondere auch der Deckel 43 mit einer Doppelwandung ausgestattet, insbesondere einer Deckelinnenwand 432 und einer Deckelaußenwand 431. Auch in diesem Fall ergibt sich ein Zwischenkanal 433 zwischen der Deckelinnenwand 432 und der Deckelaußenwand 431.
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Vorzugsweise sind die Zwischenkanäle 413, 423 und 433 fluidisch miteinander verbunden. Die Düsen 61 sind vorzugsweise in den Innenwänden 412, 422 der Seitenwände 41, 42 angeordnet, so dass das aus den Düsen 61 ausströmende Kühlfluid zielgerichtet auf die Wickelköpfe 3 gesprüht werden kann. In der Regel ist ein Einlass 51 für das Kühlfluid in der Außenwand 411 der ersten Seitenwand 41 angeordnet. Auch ein Auslass 52 für das Kühlfluid ist in der Regel in der Außenwand 411 der ersten Seitenwand 41, jedoch an entfernter Stelle des Einlasses 51, vorzugsweise um 180° Grad versetzt, angeordnet.
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Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Stators gemäß 7 kann auf die Ausführungen gemäß 4 und 5 verwiesen werden, wobei hier mehrlagig angeordnete Verschaltungsstege 3, beispielsweise zur Realisierung verschiedener Wicklungsmuster, vorgesehen sind. Es ist erkennbar, dass die Anordnung der Düsen 61 mit der jeweiligen Ausgestaltung bzw. Anordnung der Verschaltungsstegpakete 32 korrespondiert. Die Düsen 61 sind unmittelbar auf die einzelnen Kontaktierungsstellen von Verschaltungssteg und Segmentleiter 32 gerichtet, so dass hier eine optimale Kühlung zu erwarten ist.
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In der 8 ist eine weitere Ausführungsform der Fluidleitmittel 6 dargestellt. An den Seitenwänden 41, 42 sind in Richtung des Kanals 5 gewandt Fluidleitmittel 6 in Form von Flügeln 62 angebracht. Ausgehend von einer Einströmung des Fluids an dem Einlass 51 und Ausströmen des Fluids an dem entfernten, insbesondere einem um 180° Grad versetzten, Auslass 52, sind die Flügel 62 derart ausgerichtet, dass das Kühlfluid oder zumindest Teile des Kühlfluids in Richtung des jeweiligen Wickelkopfes 3, insbesondere der jeweiligen Verschweißung 31, geleitet wird.
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Wie die 9 verdeutlichen, können die Fluidleitmittel 6 in Form wandseitigen Flügel 62 durchgehend (9a) oder auch unterbrochen (9b) ausgeführt sein. Weiterhin können die Fluidleitmittel 6 in Form von Flügeln 62 auch an dem Deckel 43 in Strömungsrichtung des Kanals 5 gewandt angebracht sein.
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In den 10 ist ein erfindungsgemäßer Stator S abgewickelt dargestellt, bei dem innenseitig am Deckel 43 Fluidleitmittel 6 in Form von Flügeln 62 angebracht sind. Die Ausrichtung der Flügel 62 in Bezug auf eine Anströmung ist dergestalt, dass ein seitlich anströmendes Kühlfluid zumindest teilweise in Richtung der Wickelkopfe 3, insbesondere Verschweißungen 31, abgelenkt wird. Analog zu den 9a,b ist in den 10 verdeutlicht, dass die wandseitig angebrachten Flügel 62 in durchgehender (10a) oder unterbrochener Weise (10b) ausgebildet sein können.
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Vorgenannte Fluidleitmittel können an mindestens einer Seitenwand, vorzugsweise an beiden Seitenwänden, der Kühlkappe angeordnet sein.
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In den 11 bis 14 sind weitere Ausführungsformen von Fluidleitmitteln 6 eines erfindungsgemäßen Stators dargestellt.
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So kann, wie beispielsweise in 11 dargestellt, ein oder mehrere, vorzugsweise alle, Verschaltungsstege mit einer rampenförmigen Aussparung 63 als Fluidleitmittel 6 ausgestattet sein. Vorzugsweise ist die Rampe in Richtung des in dem Verschaltungssteg 32 aufgenommenen Kontaktierungsbereiches 21, insbesondere einer aufgenommenen Hülse als Kontaktierungsbereich 21, abgesenkt. Im Ergebnis ergibt sich bei einer seitlichen Anströmung eine Verwirbelung bzw. Umlenkung vor dem Kontaktierungsbereich 21.
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Ferner kann, wie beispielsweise in 12 dargestellt, mindestens eine Rippe 64, insbesondere quer und/oder längs, auf dem Verschaltungssteg 32 als Fluidleitmittel 6 vorgesehen sein. Die Rippen 64 können sowohl als auch oder alternativ auf der Oberseite oder Unterseite des Verschaltungssteges 3 angeordnet sein. Ferner kann, zusätzlich oder alternativ, der Kontaktierungsbereich 21, insbesondere die Hülse einer Formlitze, etwas versenkt in dem Verschaltungssteg 3 angebracht sein, so dass die Oberfläche des Kontaktierungsbereiches 21 bzw. der Hülse leicht unterhalb der Verschaltungsstegoberfläche angeordnet ist. In 12 ist die resultierende Vertiefung 65 entsprechend erkennbar.
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In der 13 ist ein Beispiel für ein Fluidleitmittel dargestellt, welches schräge Rippen 64 bezogen auf die Längsachse des Verschaltungssteges 3 umfasst. Ferner kann, zusätzlich oder alternativ, der Kontaktierungsbereich 21, insbesondere die Hülse einer Formlitze, etwas erhaben in dem Verschaltungssteg 3 angebracht sein, so dass die Oberfläche des Kontaktierungsbereiches 21, insbesondere der Hülse, leicht oberhalb der Verschaltungsstegoberfläche angeordnet ist. In 13 ist die resultierende Erhöhung 65 entsprechend erkennbar.
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Eine weitere Ausführungsform eines Stators mit Fluidleitmittel ist in der 14 dargestellt. Das Fluidleitmittel umfasst hier Wärmefahnen 66, welche an dem Segmentleiter 2 bzw. Kontaktierungsbereich 21 angebracht sind und insbesondere senkrecht bezogen auf die Verschaltungsstegoberfläche hervorstehen.
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Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Kontaktierungsbereich 41, insbesondere die Hülse einer Formlitze, etwas erhaben in dem Verschaltungssteg 3 angebracht sein, so dass die Oberfläche des Kontaktierungsbereiches 21 leicht oberhalb der Verschaltungsstegoberfläche angeordnet ist.
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Zusammenfassend ergeben sich zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten der jeweiligen Ausgestaltungen des Fluidleitmittels 6, welches beispielsweise als Düse 61, Flügel 62, Aussparung 63, Rippe 64 und/oder erhöhte bzw. vertiefte Aufnahme des Kontaktierungsbereiches 21 oder 22 in dem Verschaltungssteg 3 ausgestaltet sein kann. Insbesondere die Düse 61 und die Flügel 62 können vorzugsweise in bzw. an der Seitenwand 41, 42 bzw. Deckenwand 43 der Kühlkappe 4 angeordnet sein. Die Aussparung 63 bzw. Rippe 64 ist vorzugsweise in bzw. an dem Verschaltungssteg 3 angebracht. Grundsätzlich sind die Ausgestaltungen und/oder Kombinationen der Fluidleitmittel 6 hier nicht abschließend aufgeführt, so dass weitere Ausprägungen bzw. Kombinationen denkbar sind.
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Der angedachte Strömungsverlauf ist jeweils durch die geschlängelte Linien in den Abbildungen dargestellt.
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Es wird vorzugsweise davon ausgegangen, dass die Wickelköpfe teilweise oder gänzlich, vor allem aber die elektrischen Verbindungsstellen der Segmentleiter, nicht isoliert sind und entsprechend nicht isolierte Bereiche durch die Fluidleitmittel angeströmt werden. Verschaltungsstege können je nach Ausführung außerhalb der Kontaktierungsstellen isoliert oder nicht isoliert sein. Gleichwohl kann sich auch für isolierte Wickelköpfe durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen eine verbesserte Wärmeabfuhr ergeben. Grundsätzlich können durch die Fluidleitmittel auch andere, vorzugsweise nicht isolierte, Bereich des Stators angeströmt werden um die thermische Gesamtbilanz des Stators zu verbessern.
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Die Fluidleitmittel 6 können kostengünstig und auf einfache Weise in bereits bestehende Teile integriert werden; es sind dann keine separaten Bauteile notwendig.
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Bezugszeichenliste
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- R
- Rotor
- S
- Stator
- W
- Welle
- E
- Elektrische Maschine/Elektromotor
- X
- Drehachse / Längsachse
- 1
- Statorblechpaket
- 2
- Segmentleiter
- 2a
- Segmentleiter
- 3
- Wickelkopf
- 4
- Kühlkappe
- 5
- Kanal
- 6
- Fluidleitmittel
- 21
- Kontaktierungsbereich
- 21a
- Kontaktierungsbereich
- 22
- Kontaktierungsbereich
- 23
- Drahtpaket
- 24
- Isolierung
- 31
- Verschweißung
- 32
- Verschaltungssteg
- 41
- erste Seitenwand
- 42
- zweite Seitenwand
- 43
- Deckel
- 51
- Einlass
- 52
- Auslass
- 61
- Düse
- 62
- Flügel
- 63
- Aussparung / Rampe
- 64
- Rippe
- 65
- Erhöhung / Vertiefung
- 66
- Wärmeleitfahnen
- 411
- Außenwand
- 412
- Innenwand
- 413
- Zwischenkanal
- 421
- Außenwand
- 422
- Innenwand
- 423
- Zwischenkanal
- 431
- Deckelaußenwand
- 432
- Deckelinnenwand
- 433
- Zwischenkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017107165 A1 [0003]
- US 4321497 A [0004]
- US 2014070639 A1 [0004]
- DE 112015001994 A5 [0005]
