DE102019216293A1

DE102019216293A1 - Elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung der elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102019216293A1
Application number: DE102019216293.2A
Authority: DE
Inventors: Gert Wolf; Christian Meyer; Markus Peters; Michael Albrecht; Matthias Baumann; Felix Foerster
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2021-04-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrische Maschine (10) aufweisend einen Stator (12) und einen Rotor (14), wobei der Stator (12) eine Mehrzahl von Erregerspulen, insbesondere Steckwicklungen aufweist, sowie wenigstens einen Zuganker (26), welcher weitgehend parallel zu einer Rotationsachse (16) durch eine Durchführung (28) im Stator (12) verläuft. Es wird vorgeschlagen, dass die Durchführung (28) einen Kühlkanal (32) aufweist, welcher zur Durchströmung mit einem Kühlmittel ausgebildet ist zumindest abschnittsweise als eine um den Zuganker (26) gewundene, sich weitgehend in Richtung der Rotationsachse (16) erstreckende zylindrische Spirale ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Maschine.
Stand der Technik
Elektrische Maschinen für Traktionsantriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, benötigen bei den heute geforderten Leistungen und Baugrößen eine Flüssigkeitskühlung. Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von Lösungen bekannt Hinsichtlich der Ausführung dieser Flüssigkeitskühlung, der Geometrie der Kühlkanäle sowie deren Integration ins Gehäuse. Typischerweise wird die Kühlung in der Form eines zusätzlichen Gehäuses mit Kanälen in Form von Mäander oder Spirale realisiert.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine elektrische Maschine aufweisend einen Stator und einen Rotor. Der Stator weist eine Mehrzahl von Erregerspulen, insbesondere Steckwicklungen auf. Der Stator weist wenigstens einen Zuganker auf, welcher weitgehend parallel zu einer Rotationsachse durch eine Durchführung im Stator verläuft. Erfindungsgemäß weist die Durchführung einen Kühlkanal auf, welcher zur Durchströmung mit einem Kühlmittel ausgebildet ist zumindest abschnittsweise als eine um den Zuganker gewundene, sich weitgehend in Richtung der Rotationsachse erstreckende zylindrische Spirale ausgebildet ist.
Das hat den Vorteil, dass die Durchführung für mehrere Funktionen genutzt werden kann, für den Zuganker, für den Kühlmitteltransport und zur Kühlung. Auf diese Weise ist die Konstruktion einer besonders kompakten elektrischen Maschine möglich. Zudem wird die Komplexität der elektrischen Maschine verringert, was die Zuverlässigkeit erhöht und eine einfachere Fertigung ermöglicht.
Dabei soll unter einer elektrischen Maschine insbesondere ein Elektromotor verstanden werden, bevorzugt einen rotativer Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor. Erfindungsgemäß weist der Stator Erregerspulen auf. Die Erregerspulen des Stators können im Betrieb der elektrischen Maschine ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, insbesondere Drehfeld erzeugen, welches dazu vorgesehen ist, den Rotor in Rotation zu versetzten. Der Rotor bzw. der Läufer des Elektromotors kann generell mit Permanentmagneten bestückt sein, stromkommutierte Spulen für die Magnetfelderzeugung aufweisen, oder als so genannter Kurzschlussläufer einer Asynchronmaschine ausgebildet sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Rotor als Innenläufer oder Außenläufer ausgebildet sein und der Stator entsprechend als Außenstator oder Innenstator.
Bevorzugt ist der Rotor, insbesondere als Innenläufer, weitgehend zylinderförmig ausgebildet. Darunter soll insbesondere verstanden werden, dass der Rotor im Wesentlichen zylindersymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Zylinderachse weitgehend der Rotationsachse entspricht, um die sich im Betrieb der Rotor der elektrischen Maschine dreht. Beispielsweise kann die räumliche Ausdehnung des weitgehend zylinderförmig ausgebildeten Rotors durch einen virtuellen, gedachten Zylinder um die Rotationsachse bzw. Zylinderachse begrenzt sein, insbesondere kann ein gedachter Radius um die Zylinderachse existieren, innerhalb welchen der Rotor angeordnet ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Rotor ein zylinderförmiges Grundelement aufweist, von welchem aus sich Rotorzähne für die Aufnahme vom Spulen erstrecken.
Bevorzugt ist der Stator, insbesondere als Außenstator, zumindest abschnittsweise hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Darunter soll insbesondere verstanden werden, dass der Stator abschnittsweise zylindersymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Zylinderachse weitgehend der Rotationsachse entspricht, um die sich im Betrieb der Rotor der elektrischen Maschine dreht. Vorzugsweise ist der zylinderförmige Hohlraum des Hohlzylinders für die Aufnahme eines weitgehend zylinderförmigen Rotors vorgesehen. Beispielsweise kann die räumliche Ausdehnung des hohlzylinderförmig ausgebildeten Abschnitts des Stators durch einen virtuellen, gedachten Hohlzylinder um die Rotationsachse bzw. Zylinderachse begrenzt sein, insbesondere kann ein gedachter erster Radius und gedachter zweiter Radius um die Zylinderachse existieren, wobei der hohlzylinderförmige Abschnitt des Stators zwischen dem ersten Radius und zweiten Radius angeordnet ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Stator ein hohlzylinderförmiges Grundelement aufweist, von welchem aus sich Statorzähne erstrecken, welche für die Aufnahme der Erregerspulen vorgesehen sind.
Unter einem Zuganker soll insbesondere ein Element verstanden werden, welches zumindest abschnittsweise durch den Stator verläuft. Darunter, dass der Zuganker durch eine Durchführung im Stator verläuft, soll insbesondere verstanden werden, dass der Zuganker durch eine Durchführung in einem Statorgrundkörper verläuft. Vorteilhaft tritt der Zuganker auf einer ersten axialen Stirnseite des Statorgrundkörpers ein und auf der in Axialrichtung gegenüberliegenden zweiten axialen Stirnseite des Statorgrundkörpers heraus. Unter einer Axialrichtung soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche parallel zur Rotationsachse bzw. Zylinderachse angeordnet ist.
Unter einer weitgehend senkrechten bzw. parallelen Ausrichtung bzw. Anordnung soll insbesondere eine Ausrichtung bzw. Anordnung verstanden werden, welche nicht mehr als 8°, vorteilhaft nicht mehr als 5°, besonders vorteilhaft nicht mehr als 2° von einer senkrechten bzw. parallelen Ausrichtung bzw. Anordnung abweicht.
Beispielhaft ist ein Zuganker dafür vorgesehen, den Stator bzw. den Statorgrundkörper bzw. die elektrische Maschine zusammenzuhalten. Insbesondere soll ein Zuganker dafür vorgesehen sein, den Stator bzw. den Statorgrundkörper bzw. die elektrische Maschine mit einer in Axialrichtung wirkenden Kraft zu beaufschlagen bzw. zusammenzudrücken. Es ist denkbar, dass der Zuganker den Stator bzw. den Statorgrundkörper mit einem Gehäuse und/oder Lagerschilden verbindet.
Es ist denkbar, dass der Zuganker an einen seiner axialen Enden einen sich in eine Radialrichtung des Zugankers erstreckenden Schraubenkopf aufweisen, welcher am Stator bzw. am Statorgrundkörper anliegt, insbesondere formschlüssig oder kraftschlüssig anliegt. Es ist auch denkbar, dass der Zuganker an seinem anderen axialen Ende mit einem ein Muttergewinde aufweisendem Verbindungselement verbunden ist, wobei das Verbindungselement am Stator bzw. am Statorgrundkörper anliegt, insbesondere formschlüssig oder kraftschlüssig anliegt. Beispielweise kann das Verbindungselement als Schraubenmutter ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass ein Gehäuse der elektrischen Maschine und/oder ein Lagerschild das Verbindungselement bzw. das Muttergewinde aufweist. Bevorzugt wirkt der Zuganker auf den Stator bzw. Statorgrundkörper mit einer in Axialrichtung bzw. entlang der Längserstreckungsrichtung des Zugankers gerichteten Kraft, welche insbesondere den Stator bzw. Statorgrundkörper zusammendrückt. Ein Zuganker kann auch zur Leitung bzw. Übertragen von Kräften durch den Stator bzw. Statorgrundkörper vorgesehen sein.
Unter einem Statorgrundkörper soll insbesondere ein Grundkörper verstanden werden, welcher in Umfangsrichtung Zähne und Nuten aufweist, an welchen die Erregerspulen und optional eine Isolationsmaske, Isolationspapier und dergleichen anbringbar ist. Der Stator weist den Statorgrundkörper zusammen mit den Erregerspulen auf. Bevorzugt weist ein Statorgrundkörper Statorlamellen auf. Ein solcher Statorgrundkörper wird manchmal auch als Lamellenpaket, Statorpaket oder paktierter Stator bezeichnet. Die Statorlamellen sind Blechlamellen, insbesondere aus Elektroblech, welche axial bzw. in Richtung der Rotationsachse übereinander geschichtet sind. Die Statorlamellen werden zum Statorpaket zusammengefügt, insbesondere durch plastische Verformungsverfahren, beispielsweise durch Stanzpaketieren. Die Statorlamellen können insbesondere durch den Zuganker zusammengehalten werden. Statoren mit übereinandergeschichteten Statorlamellen haben den Vorteil, dass auf diese Weise Wirbelströme im Stator weitgehend vermieden werden können.
Bevorzugt ist der Kühlkanal in einem Bereich der Durchführung angeordnet, in welchem nicht der Zuganker angeordnet ist. Bevorzugt hat die Durchführung einen weitgehend kreisförmigen Querschnitt bzw. ist weitgehend zylinderförmig ausgebildet. Bevorzugt hat der Zuganker zumindest abschnittsweise einen weitgehend kreisförmigen Querschnitt bzw. ist weitgehend zylinderförmig ausgebildet, insbesondere ein in der Durchführung angeordneter Abschnitt des Zugankers. Vorteilhaft ist der Zuganker zentral in der Durchführung angeordnet. Auf diese Weise wird in der Durchführung ein hohlzylinderförmiger bzw. weitgehend hohlzylinderförmiger Bereich um den Zuganker ausgebildet, in welchem der Kühlkanal angeordnet ist.
Die Durchführung verläuft vorteilhaft parallel oder weitgehend parallel zum Zuganker bzw. erstreckt sich parallel oder weitgehend parallel zum Zuganker. Insbesondere verläuft oder erstreckt sich die Durchführung weitgehend parallel zu einer Rotationsachse bzw. in Axialrichtung. Die Durchführung kann beispielsweise als eine Bohrung durch den Stator bzw. Statorgrundkörper ausgebildet sein.
Darunter, dass der Kühlkanal als eine zylindrische Spirale ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass der Kühlkanal im Wesentlichen entlang einer gedachten zylindrischen Spirale verläuft. Insbesondere soll ein durch den Kühlkanal strömendes Kühlmittel entlang einer gedachten zylindrischen Spirale strömen. Unter einer zylindrischen Spirale soll insbesondere eine Kurve verstanden werden, welche sich mit konstanter Steigung um den Mantel eines gedachten Zylinders windet, vorteilhaft, eines gedachten, in der Durchführung angeordneten Zylinders, dessen Mantel zumindest abschnittsweise den Zuganker umgibt. Eine zylindrische Spirale wird manchmal auch als Helix, Wendel oder Schraube bzw. Schraubenlinie bezeichnet.
Bevorzugt verläuft der Kühlkanal zwischen der ersten axialen Stirnseite und der zweiten axialen Stirnseite des Stators bzw. des Statorgrundkörpers. Insbesondere stellt der Kühlkanal eine fluidleitende Verbindung zwischen der ersten axialen Stirnseite und der zweiten axialen Stirnseite des Stators bzw. des Statorgrundkörpers bereit.
Unter einem Kühlmittel ist insbesondere ein flüssiges Kühlmittel zu verstehen, beispielsweise ein Wasser-Glykol Gemisch. Die Verwendung eines Kühlmittels erlaubt besonders hohe Leistungen der elektrischen Maschine. Dadurch, dass der Kühlkanal durch den Stator bzw. Statorgrundkörper verläuft ist eine besonders gute Kühlleistung möglich.
Bevorzugt weist die elektrische Maschine, bevorzugt der Stator eine Zuleitung und eine Ableitung auf. Unter einer Zuleitung bzw. Ableitung soll insbesondere ein Anschluss an der elektrischen Maschine bzw. am Stator für das Zuführen bzw. Abführen des Kühlmittels verstanden werden. Es ist denkbar, dass die Zuleitung und die Ableitung auf der gleichen axialen Stirnseite des Stators angeordnet sind. Das ermöglicht ein besonders einfaches und komfortables Anschließen an einen externen Kühlmittelkreislauf. Vorteilhaft ist die Zuleitung und/oder Ableitung fluidleitend mit dem Kühlkanal verbunden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der elektrischen Maschine möglich.
Vorteilhaft weist die eine Mehrzahl von Zugankern, welche jeweils weitgehend parallel zur Rotorationsachse durch jeweils eine Durchführung verlaufen, wobei die Durchführung jeweils einen Kühlkanal aufweist, welcher zumindest abschnittsweise als eine um den Zuganker gewundene, sich weitgehend in Richtung der Rotationsachse erstreckende zylindrische Spirale ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der Stator bzw. Statorgrundkörper stärker gekühlt werden. Vorteilhaft ist die Mehrzahl von Zugankern entlang des äußeren Umfangs des Stators angeordnet. Auf diese Weise kann der Stator bzw. Statorgrundkörper gleichmäßig gekühlt werden. Zudem kann der Stator bzw. Statorgrundkörper gleichmäßig mit einer in Axialrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt bzw. zusammengepresst werden. Bevorzugt sind die Zuganker in Umfangsrichtung gleichmäßig bzw. regelmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Vorteilhaft sind die Zuganker und/oder Durchführungen und/oder Kühlkanäle gleichartig ausgebildet.
Darunter, dass der Zuganker am äußeren Umfang des Stators angeordnet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass ein Abstand eines Zugankers senkrecht zur Rotationsachse wenigstens 60%, bevorzugt wenigstens 70%, besonders bevorzugt 80%, vorteilhaft wenigstens 90%, besonders vorteilhaft wenigstens 95% von einem maximalen halben Durchmesser des Stators oder Statorgrundkörpers senkrecht zur Rotationsachse beträgt.
Eine besonders effiziente Kühlung ist möglich, wenn die Durchführung eine Durchführungsbreite aufweist, welche zwischen 2% und 30%, bevorzugt zwischen 5% und 20%, besonders bevorzugt zwischen 10% und 15% einer Statorbreite liegt.
Unter einer Durchführungsbreite soll insbesondere ein Durchmesser der Durchführung senkrecht zur Axialrichtung bzw. zur Rotationsrichtung verstanden werden.
Unter einer Statorbreite soll insbesondere ein Durchmesser des Stators bzw. Statorgrundkörpers senkrecht zur Axialrichtung verstanden werden. Unter einer Statorbreite kann auch die Ausdehnung des Stators bzw. Statorgrundkörpers senkrecht zur Axialrichtung und parallel zu einer Seitenlänge oder Diagonalen des Stators bzw. Statorgrundkörpers verstanden werden.
Wenn ein Durchmesser des Zugankers zwischen 20% und 60%, bevorzugt zwischen 25% und 50%, besonders bevorzugt zwischen 30% und 35% der Durchführungsbreite der Durchführung beträgt, liegt ein besonders gutes Verhältnis aus Kühlleistung und durch den Zuganker aufnehmbaren bzw. durchleitbaren Kräften vor.
Unter einem Durchmesser des Zugankers soll insbesondere ein Durchmesser des Zugankers senkrecht zur Axialrichtung bzw. zur Rotationsrichtung verstanden werden. Bevorzugt soll unter einem Durchmesser des Zugankers ein Durchmesser eines in der Durchführung angeordneten Abschnitts des Zugankers verstanden werden.
Die Kühlung kann weiter optimiert werden, wenn der Kühlkanal eine sich weitgehend senkrecht zur Rotationsachse erstreckende Kanaltiefe aufweist, welche zwischen 5% und 40%, bevorzugt zwischen 15% und 35%, besonders bevorzugt zwischen 20% und 30% einer Durchführungsbreite der Durchführung beträgt.
Eine weitere Möglichkeit die Kühlung zu verbessern liegt vor, wenn der Kühlkanal eine sich weitgehend parallel zur Rotationsachse erstreckende Kanalbreite aufweist, welche zwischen 5% und 60%, bevorzugt zwischen 10% und 50%, besonders bevorzugt zwischen 20% und 40% einer Durchführungsbreite der Durchführung beträgt.
Weist der Kühlkanal eine Ganghöhe in Axialrichtung der zylindrischen Spirale auf, welche zwischen 210% und 340%, bevorzugt zwischen 230% und 300%, besonders bevorzugt zwischen 240% und 270% einer Kanalbreite des Kühlkanals aufweist, ist das ein besonders gutes Verhältnis aus einer kühlenden Fläche und einer möglichen Durchströmzeit des Kühlmittels durch den Kühlkanal.
Dabei soll unter eine Ganghöhe insbesondere die Länge in Axialrichtung bzw. Radialrichtung verstanden werden, bei welcher sich die zylindrische Spirale bei einer vollständigen Umdrehung um die Axialrichtung bzw. Radialrichtung erstreckt. Anders formuliert ist die Ganghöhe die Länge, in welche sich die zylindrische Spirale für einen vollständigen Umlauf um die Axialrichtung bzw. Radialrichtung in die Axialrichtung bzw. Radialrichtung erstreckt. Aus der Ganghöhe ist insbesondere die Steigung der zylindrischen Spirale bestimmbar, welche durch das das Verhältnis aus Ganghöhe und Umfang der zylindrischen Spirale beschrieben wird.
Je kleiner die Ganghöhe, umso mehr Windungen pro Längeneinheit in Axialrichtung weist die zylindrische Spiral auf. Daher wird auch die effektiv kühlende Fläche umso größer, je kleiner die Ganghöhe. Auf der anderen Seite wird die Länge der zylindrischen Spirale und damit die Strecke, die das Kühlmittel durchströmen muss, umso größer, je kleiner die Ganghöhe ist. Daher ist es denkbar, dass wenn die Ganghöhe einen bestimmten Wert überschreitet, die effektive kühlende Fläche zu klein wird und eine benötigte Kühlleistung nicht mehr bereitgestellt werden kann. Es ist auch denkbar, dass wenn die Ganghöhe einen bestimmten Wert unterschreitet, die Länge der zylindrischen Spirale so groß wird, dass das Kühlmittel bereits vor dem vollständigen Durchströmen des Kühlkanals eine so große Wärmemenge aufgenommen, dass es eine effiziente Kühlung des restlichen Kühlkanalabschnitts nicht mehr möglich ist. Damit existiert ein optimaler Bereich für den Wert der Ganghöhe, welcher von vielen Parametern abhängt, insbesondere von der Kanalbreite, dem Kanaldurchmesser, der Kühlkanallänge bzw. Statorlänge in Axialrichtung.
In Varianten ist es denkbar, dass eine größere Ganghöhe vorteilhaft ist, insbesondere bei einem großen Kanaldurchmesser. Beispielsweise ist es von Vorteil, wenn die Ganghöhe zwischen 20% und 120% von der Durchführungslänge der Durchführung beträgt, vorteilhaft zwischen 40% und 100%, besonders vorteilhaft zwischen 60% und 80%. Dabei soll unter einer Durchführungslänge insbesondere die Länge der Durchführung in Axialrichtung verstanden werden. Vorteilhaft entspricht die Durchführungslänge einer Ausdehnung des Stators bzw. Statorgrundkörpers in Axialrichtung.
Eine besonders vorteilhafte Umsetzung des Kühlkanals ist möglich, wenn in der Durchführung zumindest abschnittsweise eine Hülse angeordnet ist, welche den Kühlkanal aufweist. Zusätzlich kann die Hülse zur Zentrierung des Zugankers in der Durchführung und/oder als Montagehilfe verwendet werden.
Unter einer Hülse soll insbesondere ein Element verstanden werden, welches dafür ausgebildet ist, in die Durchführung zumindest abschnittsweise, bevorzugt weitgehend vollständig einbringbar ist und welches dafür ausgebildet ist, einen Abschnitt des Zugankers aufzunehmen. Eine Hülse wird manchmal auch als Hülseneinsatz bezeichnet. Eine Hülse ist insbesondere zur Lagerung und/oder Zentrierung des Zugankers in der Durchführung vorgesehen. Vorteilhaft ist die Hülse im Zwischenraum zwischen der Durchführung und dem Zuganker angeordnet. Bevorzugt weist die Hülse eine Ausnehmung für den Zuganker auf, vorteilhaft eine zylinderförmige Ausnehmung. Es ist insbesondere denkbar, dass die Hülse als Hohlzylinder ausgebildet ist oder zumindest einen weitgehend hohlzylinderförmigen Abschnitt aufweist. Die Hülse kann beispielsweise aus einem Kunststoff ausgebildet sein, es sind aber auch andere Materialien denkbar, um Beispiel Verbundstoffe, insbesondere Faserverbundstoffe, oder ein Leichtmetall.
Vorteilhaft ist eine Hülse zumindest abschnittsweise als zylindrische Spirale ausgebildet. Eine solche Hülse ist leicht fertigbar und bietet eine besonders hohe Kühlleistung. Darunter, dass die Hülse zumindest abschnittweise als zylindrische Spirale ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Hülse zumindest abschnittsweise in einer Schraubenform gewunden bzw. aufgewickelt ist. Eine als zylindrische Spirale ausgebildete Hülse hat insbesondere die Form einer Schraubenfeder oder eines Slinky. Insbesondere wird in einem als zylindrische Spirale ausgebildeten Abschnitt der Hülse der Kühlkanal in Axialrichtung durch die Hülse begrenzt und senkrecht zur Axialrichtung durch die Durchführung bzw. eine Wand der Durchführung sowie durch die Zugfeder. Insbesondere entspricht die Kühlkanaltiefe der Breite eines Zwischenraums zwischen der Wand der Durchführung und dem Zuganker senkreckt zur Axialrichtung.
Eine vorteilhafte alternative Ausführungsform ist gegeben, wenn der Kühlkanal zumindest abschnittsweise als Nut an einer Außenseite der Hülse ausgebildet ist. Auf diese Weise kann das Kühlmittel besonders nah am Stator bzw. Statorgrundkörper geführt werden und eine besonders gute Kühlleistung bereitgestellt werden.
Unter einer Außenseite der Hülse soll insbesondere die Seite verstanden werden, welche im in den Stator montierten Zustand dem Stator bzw. Statorgrundkörper zugewandt ist, insbesondere den Stator bzw. Statorgrundkörper kontaktiert. Vorteilhaft wir ein als Nut an der Außenseite ausgebildeter Abschnitt des Kühlkanals im in die Durchführung montierten Zustand durch die Wand der Durchführung bzw. den Stator bzw. den Statorgrundkörper begrenzt, bevorzugt fluiddicht begrenzt. Insbesondere wird der Kühlkanal zwischen der Nut und der Wand des Stators bzw. Statorgrundkörpers ausgebildet bzw. ausgeformt. Auf diese Weise kann ein durch den Fluidkanal strömendes Kühlmittel den Stator bzw. Statorgrundkörper unmittelbar kontaktieren. Es ist denkbar, dass der Stator bzw. Statorgrundkörper zumindest eine Durchführung eine Beschichtung aufweist, welche dazu vorgesehen ist, den Kühlkanal zu begrenzen, insbesondere fluiddicht zu Begrenzen. Vorteilhaft ist die Beschichtung gegenüber dem Kühlmittel chemisch beständig ausgebildet.
Von Vorteil ist es auch, der Kühlkanal zumindest abschnittsweise als Nut an einer Innenseite der Hülse ausgebildet ist. Das ermöglicht eine besonders einfache Abdichtung eines Kühlkreislaufs. Unter einer Innenseite der Hülse soll insbesondere eine Seite verstanden werden, welche bei einem in die Hülse montierten Zuganker dem Zuganker zugewandt ist. Insbesondere steht ein Kühlmittel, welches durch einen Abschnitt des Kühlkanals strömt, der als Nut an der Innenseite der Hülse ausgebildet ist, in diesem Abschnitt nicht mit dem Stator bzw. Statorgrundkörper in Kontakt. Insbesondere muss der Stator bzw. Statorgrundkörper nicht zusätzlich gegen die Hülse abgedichtet werden. Vorteilhaft wird der Kühlkanal durch den Zuganker begrenzt, bevorzugt fluiddicht begrenzt werden. Insbesondere wird der Kühlkanal durch die Nut und den Zuganker ausgebildet bzw. ausgeformt.
Vorteilhaft kann an den beiden axialen Stirnseiten des Stators jeweils ein Lagerschild angeordnet ist, wobei die beiden Lagerschilde jeweils mit dem wenigstens einen Zuganker verbunden sind. Ein Lagerschild ist insbesondere zur Lagerung vom Rotor vorgesehen. Es ist denkbar, dass wenigstens einer der Lagerschild die Zuleitung und/oder Ableitung für das Kühlmittel aufweist. Es ist auch denkbar, dass wenigstens einer der Lagerschilde weitere Kanäle zur Führung des Kühlmittels, insbesondere in Umfangsrichtung verlaufende Ringkanäle aufweist, welche zur Kühlung der jeweiligen axialen Stirnseite des Stators vorgesehen sind.
Vorteilhaft kann der Stator bzw. Statorgrundkörper durch die beiden mit wenigstens einem Zuganker verbundenen Lagerschilde zusammengedrückt werden, so dass insbesondere die Statorlamellen zusammengehalten werden.
Vorteilhaft weist wenigstens einer der Lagerschilde ein Verbindungselement zur Herstellung einer Verbindung mit dem Zuganker auf, beispielweise ein Gewinde bzw. ein Muttergewinde, welches dazu vorgesehen ist ein Gewinde bzw. Schraubengewinde des Zugankers zu führen bzw. aufzunehmen, insbesondere eine Verbindung mit dem Zuganker herzustellen, bevorzugt eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung.
Der Zuganker kann einen sich in eine Radialrichtung des Zugankers erstreckenden Schraubenkopf aufweisen, welcher dazu vorgesehen ist, eine formschlüssige und/oder bevorzugt kraftschlüssige Verbindung mit einem der Lagerschilde herzustellen.
Bei einem Herstellungsverfahren wird der Zuganker durch die Durchführung durchgeführt. Optional wird eine Hülse in die Durchführung eingeführt, in welche der Zuganker einführbar ist. Es ist denkbar, dass zunächst die Hülse in die Durchführung angebracht wird und anschließend der Zuganker. Es ist auch denkbar, dass zunächst der Zuganker durch die Hülse gesteckt wird und anschließend der Zuganker mit der Hülse in die Durchführung eingeführt werden.
Von Vorteil ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine aufweisend einen Stator, insbesondere einer elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei einem solchen Verfahren wird zunächst eine Hülse, einen Kühlkanal aufweist, welcher als zylindrische Spirale ausgebildet ist, in eine sich weitgehend parallel zu einer Rotationsachse erstreckende Durchführung durch den Stator eingepresst und anschließend ein Zuganker durch die Hülse geführt.
In Varianten ist es denkbar, dass zunächst der Zuganker in die Hülse eingepresst wird und anschließend der Zuganker zusammen mit der Hülse in der Durchführung angeordnet wird. Es ist auch denkbar, dass die Hülse oder Teile der Hülse in die Durchführung und/oder an den Zuganker angespritzt wird.
Figurenliste
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung abgebildet/dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Schnitts der elektrischen Maschine in einer Seitenansicht,
2 eine perspektivische Darstellung einer axialen Stirnseite eines Statorgrundkörpers mit nicht vollständig in eine Durchführung montierter Hülse mit einem Zuganker,
3 einen Schnitt durch den Statorgrundkörper mit montiertert Hülse und Zuganker und
4 einen Schnitt durch eine Variante der Hülse mit einem Zuganker.

Beschreibung
In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszah len.
1 zeigt einen Schnitt durch eine elektrische Maschine 10 mit einem Stator 12 und einem Rotor 14. Beispielhaft ist der Rotor 14 als innenliegender Rotor und der Stator 12 als außenliegender Stator ausgebildet. 1 zeigt einen Schnitt parallel durch eine Rotationsachse 16 der elektrischen Maschine bzw. des Rotors 14. Der Stator 12 ist im Ausführungsbeispiel als geblechter Stator ausgebildet. Der Stator 12 weist einen Statorgrundkörper 18 auf, welcher beispielhaft aus einer Mehrzahl von in einer Axialrichtung 20 übereinander geschichteten Statorlamellen ausgebildet wird.
An einer ersten axialen Stirnseite 22a des Stators 12 bzw. Statorgrundkörpers 18 ist ein erster Lagerschild 24a angeordnet. An einer zweiten axialen Stirnseite 22b des Stators 12 bzw. Statorgrundkörpers 18 ist ein zweiter Lagerschild 24b angeordnet. Die beiden Lageschilde 24 sind insbesondere zur Lagerung des Rotors 14 bzw. einer Rotorwelle vorgesehen.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht auf die erste axiale Stirnseite 22a. Der Übersicht halber ist nur der Statorgrundkörper 18 mit einem teilweise eingeführten Zuganker 26 abgebildet. Durch den Statorgrundkörper 18 erstreckt sich eine Durchführung 28. Beispielhaft weist der in 2 abgebildete Statorgrundkörper 18 vier Durchführungen 28. Im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in einer Durchführung 28 eine Hülse 30 angeordnet. Im fertig montierten Zustand ist es vorgesehen, dass jeweils in jeder Durchführung 28 jeweils eine Hülse 30 und ein Zuganker 26 angeordnet ist. Die Hülse 30 ist beispielhaft zur Führung des Zugankers 26 vorgesehen. Die Hülse 30 weist einen Kühlkanal 32 auf.
Beispielhaft sind die Durchführungen 28 entlang einer Umfangsrichtung 34 des Stators 12 bzw. der elektrischen Maschine 10 um die Rotationsachse 16 angeordnet. Die Umfangsrichtung 34 ist insbesondere parallel zur einer Rotationsrichtung angeordnet, in welche der Rotor 14 im Betrieb der elektrischen Maschine 10 rotiert. Beispielhaft ist die Querschnittsfläche des Statorgrundkörpers 18 senkrecht zur Axialrichtung 20 weitgehend rechteckig ausgebildet. Die Durchführungen 28 bzw. Zuganker 26 sind vorteilhaft in den Ecken des Statorgrundkörpers 18 bzw. seiner Querschnittsfläche angeordnet.
Beispielhaft beträgt eine Durchführungsbreite 36 der Durchführung 28 17% von einer Statorbreite 38 des Statorgrundkörpers 18. Vorteilhaft hat die Durchführung 28 einen weitgehend kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung 20. Insbesondere ist die Durchführung 28 weitgehend zylinderförmig ausgebildet.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht von einem Schnitt durch eine Durchführung 28 entlang der Durchführung, wobei in der Durchführung eine Hülse 30 und eine Zuganker 28 angeordnet sind. Zur Illustration sind die in der 3 abgebildete Hülse 30 und der Zuganker 28 nicht geschnitten dargestellt. Beispielhaft ist der Kühlkanal 32 als eine Nut an einer Außenseite 40 der Hülse 30 ausgebildet. Vorteilhaft beträgt im in 3 abgebildeten Beispiel eine Kanaltiefe 42 des Kühlkanals 32 25% von der Durchführungsbreite 36. Beispielhaft beträgt eine Kanalbreite 44 des Kühlkanals 32 30% von der Durchführungsbreite 36. Eine Ganghöhe 46 des Kühlkanals 32 beträgt zum Beispiel 250% von der Kanalbreite 44.
4 illustriert eine alternative Variante einer Hülse 30. In dieser Variante ist der Kühlkanal 32 als eine Nut an einer Innenseite 48 der Hülse 30 ausgebildet. Zur Illustration des im Inneren angeordneten Kühlkanals 32 ist in 3 ist ein Schnitt entlang der Längsausdehnungsrichtung der Hülse 30 abgebildet, wobei der vollständige Zuganker 26 abgebildet ist. Vorteilhaft beträgt im in 4 abgebildeten Beispiel eine Kanaltiefe 42 des Kühlkanals 32 10% von der Durchführungsbreite 36. Beispielhaft beträgt eine Kanalbreite 44 des Kühlkanals 32 35% von der Durchführungsbreite 36. Eine Ganghöhe 46 des Kühlkanals 32 beträgt zum Beispiel 220% von der Kanalbreite 44.
Ein Durchmesser 50 des Zugankers 26 beträgt beispielhaft 40% der Durchführungsbreite 36.

Claims

Elektrische Maschine (10) aufweisend einen Stator (12) und einen Rotor (14), wobei der Stator (12) eine Mehrzahl von Erregerspulen, insbesondere Steckwicklungen aufweist, sowie wenigstens einen Zuganker (26), welcher weitgehend parallel zu einer Rotationsachse (16) durch eine Durchführung (28) im Stator (12) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (28) einen Kühlkanal (32) aufweist, welcher zur Durchströmung mit einem Kühlmittel ausgebildet ist zumindest abschnittsweise als eine um den Zuganker (26) gewundene, sich weitgehend in Richtung der Rotationsachse (16) erstreckende zylindrische Spirale ausgebildet ist
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (10) eine Mehrzahl von Zugankern (26), welche jeweils weitgehend parallel zur Rotorationsachse (16) durch jeweils eine Durchführung (28) verlaufen, wobei die Durchführung (28) jeweils einen Kühlkanal (32) aufweist, welcher zumindest abschnittsweise als eine um den Zuganker (26) gewundene, sich weitgehend in Richtung der Rotationsachse (16) erstreckende zylindrische Spirale ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (28) eine Durchführungsbreite (36) aufweist, welche zwischen 2% und 30%, bevorzugt zwischen 5% und 20%, besonders bevorzugt zwischen 10% und 15% einer Statorbreite (38) liegt.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (50) des Zugankers (26) zwischen 20% und 60%, bevorzugt zwischen 25% und 50%, besonders bevorzugt zwischen 30% und 35% einer Durchführungsbreite (36) der Durchführung (28) beträgt.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (32) eine sich weitgehend senkrecht zur Rotationsachse (16) erstreckende Kanaltiefe (42) aufweist, welche zwischen 5% und 40%, bevorzugt zwischen 15% und 35%, besonders bevorzugt zwischen 20% und 30% einer Durchführungsbreite (36) der Durchführung (28) beträgt.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (32) eine sich weitgehend parallel zur Rotationsachse (16) erstreckende Kanalbreite (44) aufweist, welche zwischen 5% und 60%, bevorzugt zwischen 10% und 50%, besonders bevorzugt zwischen 20% und 40% einer Durchführungsbreite (36) der Durchführung (28) beträgt.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (32) eine Ganghöhe (46) in Axialrichtung (20) der zylindrischen Spirale aufweist, welche zwischen 210% und 340%, bevorzugt zwischen 230% und 300%, besonders bevorzugt zwischen 240% und 270% einer Kanalbreite (44) des Kühlkanals (32) aufweist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Durchführung (28) zumindest abschnittsweise eine Hülse (30) angeordnet ist, welche den Kühlkanal (32) aufweist.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (30) zumindest abschnittsweise als zylindrische Spirale ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (32) zumindest abschnittsweise als Nut an einer Außenseite (40) der Hülse (30) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (32) zumindest abschnittsweise als Nut an einer Innenseite (48) der Hülse (30) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden axialen Stirnseiten (22) des Stators (12) jeweils ein Lagerschild (24) angeordnet ist, wobei die beiden Lagerschilde (24) jeweils mit dem wenigstens einen Zuganker (26) verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine (10) aufweisend einen Stator (12), insbesondere einer elektrischen Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Hülse (30), welche einen Kühlkanal (32) aufweist, welcher als zylindrische Spirale ausgebildet ist, in eine sich weitgehend parallel zu einer Rotationsachse (16) erstreckende Durchführung (28) durch den Stator (12) eingepresst wird und anschließend ein Zuganker (26) durch die Hülse (30) geführt wird.