DE102020200134A1

DE102020200134A1 - Stator of an electrical machine with a fluid channel arrangement for guiding a cooling fluid and electrical machine

Info

Publication number: DE102020200134A1
Application number: DE102020200134.0A
Authority: DE
Inventors: David Wörzler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2021-07-08

Abstract

Es wird ein Stator (14) einer elektrischen Maschine (10) mit einer Fluidkanalanordnung (34) zum Führen eines Kühlfluids beschrieben. Der Stator (14) umfasst ein ringförmig um eine Mittelachse (A) ausgebildetes Blechpaket (16) und die Fluidkanalanordnung (34) umfasst eine Mehrzahl von ersten Fluidkanälen (46a-f, 48a-f), welche sich in einem Radialbereich zwischen einer inneren und einer äußeren Umfangsfläche (24, 26) und zwischen Stirnseiten (28, 30) des Blechpakets (16) erstrecken. Es wird zur Verbesserung der Wärmeabfuhr vorgeschlagen, jeweils zwei zueinander benachbarte erste Fluidkanäle (46a, 48a; 46b, 48b; 46c, 48c; 46d, 48d, 46e, 48e; 46f, 48f) paarweise durch mehrere strömungsmäßig parallele zweite Fluidkanäle (50a; 50b; 0c; 50d; 50e; 50f) miteinander zu verbinden, wobei jeweils einer der ersten Fluidkanäle (46a, 46b) einen Einlasskanal und der jeweils andere erste Fluidkanal (48a, 48b) einen Auslasskanal bildet.A stator (14) of an electrical machine (10) with a fluid channel arrangement (34) for guiding a cooling fluid is described. The stator (14) comprises a laminated core (16) formed annularly around a central axis (A) and the fluid duct arrangement (34) comprises a plurality of first fluid ducts (46a-f, 48a-f), which are located in a radial area between an inner and an outer circumferential surface (24, 26) and between end faces (28, 30) of the laminated core (16). In order to improve the dissipation of heat, it is proposed that two mutually adjacent first fluid channels (46a, 48a; 46b, 48b; 46c, 48c; 46d, 48d, 46e, 48e; 46f, 48f) pass through a plurality of second fluid channels (50a; 50b) that are parallel in flow ; 0c; 50d; 50e; 50f) to each other, wherein one of the first fluid channels (46a, 46b) forms an inlet channel and the other first fluid channel (48a, 48b) forms an outlet channel.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine mit einer Fluidkanalanordnung zum Führen eines Kühlfluids gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und eine damit ausgestattete elektrische Maschine.The invention relates to a stator of an electrical machine with a fluid channel arrangement for guiding a cooling fluid according to the preamble of patent claim 1 and an electrical machine equipped therewith.

Die DE 10 2014 219 724 A1 offenbart einen Stator einer elektrischen Maschine mit einer Fluidkanalanordnung zum Führen eines Kühlfluids mit einem ringförmig um eine Mittelachse ausgebildeten Blechpaket, welches eine innere Umfangsfläche, eine äußere Umfangsfläche, eine erste und eine zweite Stirnseite aufweist. Die Fluidkanalanordnung umfasst dabei eine Mehrzahl von Fluidkanälen, welche sich in einem Radialbereich zwischen den besagten Umfangsflächen in Richtung von der ersten zu der zweiten Stirnseite des Blechpakets erstrecken. Durch diese Anordnung kann der Stator axial von einem Kühlfluid durchströmt und gekühlt werden.The DE 10 2014 219 724 A1 discloses a stator of an electrical machine with a fluid channel arrangement for guiding a cooling fluid with a laminated core which is formed annularly around a central axis and has an inner circumferential surface, an outer circumferential surface, a first and a second end face. The fluid channel arrangement comprises a plurality of fluid channels which extend in a radial region between the said peripheral surfaces in the direction from the first to the second end face of the laminated core. This arrangement allows a cooling fluid to flow axially through the stator and to cool it.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Stator mit einer verbesserten Fluidkanalanordnung bereitzustellen, um damit eine effektivere Abführung einer Verlustwärme aus dem Stator zu ermöglichen.The object of the invention is to provide a stator with an improved fluid channel arrangement in order to enable a more effective dissipation of lost heat from the stator.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch einen Stator einer elektrischen Maschine mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen, den beigefügten Figuren und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.The above-mentioned object is achieved by a stator of an electrical machine having the features specified in patent claim 1 and by an electrical machine according to patent claim 11. Advantageous refinements and developments of the invention can be found in the dependent claims, the attached figures and the following description.

Es wird demgemäß ein Stator einer elektrischen Maschine mit einer Fluidkanalanordnung zum Führen eines Kühlfluids vorgeschlagen. Der Stator umfasst ein Blechpaket, welches ringförmig um eine die Rotationsachse der Maschine bildende Mittelachse ausgebildet ist und welches eine innere Umfangsfläche, eine äußere Umfangsfläche, eine erste und eine zweite Stirnseite aufweist. Die Fluidkanalanordnung weist eine Mehrzahl von ersten Fluidkanälen auf, welche sich in einem Radialbereich zwischen den besagten Umfangsflächen in Richtung von der ersten zu der zweiten Stirnseite des Blechpakets erstrecken. Dabei ist weiter vorgesehen, dass jeweils zwei zueinander benachbarte erste Fluidkanäle paarweise durch mehrere strömungsmäßig parallele zweite Fluidkanäle miteinander verbunden sind, wobei jeweils einer der ersten Fluidkanäle einen Einlasskanal und der jeweils andere erste Fluidkanal einen Auslasskanal bildet.Accordingly, a stator of an electrical machine with a fluid channel arrangement for guiding a cooling fluid is proposed. The stator comprises a laminated core, which is annular around a central axis forming the axis of rotation of the machine and which has an inner circumferential surface, an outer circumferential surface, a first and a second end face. The fluid channel arrangement has a plurality of first fluid channels which extend in a radial region between the said peripheral surfaces in the direction from the first to the second end face of the laminated core. It is further provided that two mutually adjacent first fluid channels are connected to one another in pairs by several flow-wise parallel second fluid channels, one of the first fluid channels forming an inlet channel and the other first fluid channel forming an outlet channel.

Die hier vorgesehenen zweiten Fluidkanäle stellen Verbindungskanäle dar und können sich am Stator in Umfangsrichtung und/oder in Radialrichtung erstrecken. Durch diese zweiten Fluidkanäle wird die innere Oberfläche der Fluidkanalanordnung um ein Mehrfaches vergrößert, so dass dadurch innerhalb des Blechpakets eine größere Wärmeaustauschfläche geschaffen wird und die Abführung der Verlustwärme aus einer elektrischen Maschine bedeutend verbessert werden kann. Die ersten Fluidkanäle können sich im Wesentlichen in Achsrichtung erstrecken oder auch windschief zu der Mittelachse verlaufen und unabhängig davon eine Mehrzahl von bevorzugt parallelen Fluidkanälen ausbilden. Zudem können die ersten Fluidkanäle gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt sein und/oder am Statorblechpaket radial zueinander versetzt sein.The second fluid channels provided here represent connecting channels and can extend on the stator in the circumferential direction and / or in the radial direction. These second fluid channels increase the inner surface of the fluid channel arrangement many times over, so that a larger heat exchange surface is created within the laminated core and the dissipation of the heat loss from an electrical machine can be significantly improved. The first fluid channels can extend essentially in the axial direction or also run skewed to the central axis and independently of this form a plurality of preferably parallel fluid channels. In addition, the first fluid channels can be distributed uniformly in the circumferential direction and / or be offset radially from one another on the laminated stator core.

Gemäß einer Ausführungsform können die zweiten Fluidkanäle in Umfangsrichtung am Stator verlaufen. Dabei ergibt sich eine radial besonders platzsparende Anordnung, wobei auch die Ein- und Auslasskanäle zumindest im Wesentlichen dieselbe Radiallage aufweisen können.According to one embodiment, the second fluid channels can run in the circumferential direction on the stator. This results in a particularly space-saving radial arrangement, with the inlet and outlet channels also being able to have at least essentially the same radial position.

Günstiger Weise kann an dem Stator eine Mehrzahl von Einlasskanälen vorgesehen ist, welche von einem an einer der Stirnseiten des Stators vorgesehenem Haupteinlasskanal abzweigen und wobei ein Fluideinlass der Fluidkanalanordnung an dem Haupteinlasskanal ausgebildet ist. In weiterer Ausgestaltung kann an dem Stator ebenso eine der Anzahl von Einlasskanälen entsprechende Anzahl von Auslasskanälen vorgesehen sein, welche in einen an einer der Stirnseiten des Stators vorgesehenem Hauptauslasskanal münden und wobei ein Fluidauslass an dem Hauptauslasskanal ausgebildet ist.A plurality of inlet channels can advantageously be provided on the stator, which branch off from a main inlet channel provided on one of the end faces of the stator and wherein a fluid inlet of the fluid channel arrangement is formed on the main inlet channel. In a further embodiment, a number of outlet channels corresponding to the number of inlet channels can also be provided on the stator, which open into a main outlet channel provided on one of the end faces of the stator and wherein a fluid outlet is formed on the main outlet channel.

Der Haupteinlasskanal und der Hauptauslasskanal können je nach Platzverhältnissen an ein und derselben Stirnseite oder an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Stators angeordnet sein. Befinden sich der Haupteinlasskanal und der Hauptauslasskanal an derselben Stirnseite, so können an der gegenüberliegenden Stirnseite die ersten Fluidkanäle jeweils durch einen Verschluss, beispielsweise in Form eines Endblechs ohne entsprechende verschlossen sein. Befinden sich der Haupteinlasskanal und der Hauptauslasskanal an verschiedenen Stirnseiten, so können an einer Stirnseite jeweils die Fluideinlasskanäle und an der anderen Stirnseite die Fluidauslasskanäle entsprechend verschlossen sein.The main inlet channel and the main outlet channel can be arranged on one and the same end face or on the opposite end faces of the stator, depending on the space available. If the main inlet channel and the main outlet channel are located on the same end face, the first fluid channels can each be closed by a closure, for example in the form of an end plate, without a corresponding one on the opposite end face. If the main inlet channel and the main outlet channel are located on different front sides, the fluid inlet channels can be closed accordingly on one front side and the fluid outlet channels on the other front side.

Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Stators können der Haupteinlasskanal und der Hauptauslasskanal innerhalb eines gemeinsamen Verteilerelements an derselben Stirnseite des Stators ausgebildet sind. Ein solches Verteilerelement kann zum Beispiel als ein Gussteil aus einem Aluminiumwerkstoff kostengünstig gefertigt werden.According to yet another advantageous embodiment of the stator, the main inlet channel and the main outlet channel can be formed within a common distributor element on the same end face of the stator. Such a distributor element can, for example, be manufactured inexpensively as a cast part from an aluminum material.

Das Blechpaket kann einen umfangsmäßig geschlossenen Jochbereich und einen Zahnbereich mit mehreren Statorzähnen aufweisen, welcher sich radial innen oder außen an den Jochbereich anschließt. Dabei kann die Fluidkanalanordnung bevorzugt in dem Jochbereich ausgebildet sein. Durch die Ausbildung der Fluidkanalanordnung im Jochbereich kann eine nahezu ungehinderte Ausbildung der magnetischen Feldlinien im Stator ermöglicht werden. Insbesondere kann die Fluidkanalanordnung dazu innerhalb des Jochbereichs an einer dem Zahnbereich abgewandten radialen Zone und nahe zu einem Statorträger in das Blechpaket eingebracht werden.The laminated core can have a circumferentially closed yoke area and a tooth area with a plurality of stator teeth that overlap adjoins the yoke area radially inside or outside. The fluid channel arrangement can preferably be formed in the yoke area. The formation of the fluid channel arrangement in the yoke area enables an almost unimpeded formation of the magnetic field lines in the stator. In particular, the fluid channel arrangement can be introduced into the laminated core within the yoke area at a radial zone facing away from the tooth area and close to a stator carrier.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des Stators kann vorgesehen sein, dass die Fluidkanalanordnung in Richtung der Mittelachse in eine Mehrzahl von Lagen unterteilt ist, wobei die Verbindungskanäle von einem ersten Paar von ersten Fluidkanälen gegenüber den Verbindungskanälen eines zweiten Paares von ersten Fluidkanälen welches zu dem ersten Paar benachbart ist, einen Lagensprung aufweisen. Das bedeutet, dass sich die Verbindungskanäle der einzelnen Paare nicht in derselben Lage befinden, sondern in Axialrichtung versetzt sind. In Axialrichtung und über den ganzen Statorumfang betrachtet kann sich dadurch ein homogeneres Temperaturfeld ergeben. Auf diese Weise können ggf. in axialer Richtung bestehende thermische Ungleichförmigkeiten verringert oder im Wesentlichen vermieden werden.According to a particular embodiment of the stator it can be provided that the fluid channel arrangement is divided into a plurality of layers in the direction of the central axis, the connecting channels of a first pair of first fluid channels opposite the connecting channels of a second pair of first fluid channels which are adjacent to the first pair is, have a positional jump. This means that the connecting channels of the individual pairs are not in the same position, but are offset in the axial direction. Viewed in the axial direction and over the entire stator circumference, this can result in a more homogeneous temperature field. In this way, any thermal irregularities that may exist in the axial direction can be reduced or essentially avoided.

Zur gezielten Einstellung der Druckverhältnisse in den zweiten Fluidkanälen bzw. den Verbindungskanälen können in dem Haupteinlasskanal und/oder in einem der Einlasskanäle hydraulische Abgleichsmittel, beispielsweise Drosseln oder Blenden zur Einstellung eines Fluiddrucks in den Einlasskanälen und/oder den zweiten Fluidkanälen vorgesehen sein.For the targeted setting of the pressure conditions in the second fluid channels or the connecting channels, hydraulic balancing means, for example throttles or orifices for setting a fluid pressure in the inlet channels and / or the second fluid channels, can be provided in the main inlet channel and / or in one of the inlet channels.

Zur Ermöglichung eines kosten- und fertigungstechnisch einfachen Aufbau des Stators kann das Blechpaket eine Mehrzahl von identischen Blechlamellen umfassen. Dabei weist jede Blechlamelle erste Aussparungen zur Ausbildung der ersten Fluidkanäle und zweite Aussparungen zur Bildung der zweiten Fluidkanäle auf, wobei die ersten Aussparungen eine Anzahl n von Paaren bildet und wobei die Paare durch eine Drehung der Blechlamelle um die Mittelachse um einen Winkelbetrag α = 360°/n gegenseitig zur Deckung gelangen. Weiter bilden die n Paare eine Anzahl von n/2 ersten Paaren, bei welchen die ersten Aussparungen mit einer der zweiten Aussparungen verbunden sind und wobei weiter die n Paare eine Anzahl von n/2 zweiten Paaren bildet, welche in Umfangsrichtung zwischen den ersten Paaren angeordnet sind. Die Blechlamellen sind zur Ausbildung der Fluidkanalanordnung in der Axialrichtung abwechselnd einerseits lagenmäßig deckungsgleich und andererseits lagenmäßig um den Winkelbetrag α gegenseitig verdreht gestapelt. Auf diese einfache Weise ergibt sich eine dreidimensionale Fluidkanalanordnung, welche den betreffenden Jochbereich des Blechpakets gleichmäßig in der Axial- und in der Umfangsrichtung durchsetzt und dessen gleichmäßige Kühlung ermöglicht.In order to enable the stator to have a simple structure in terms of cost and manufacturing technology, the laminated core can comprise a plurality of identical laminated laminations. Each sheet metal lamella has first cutouts to form the first fluid channels and second cutouts to form the second fluid channels, the first cutouts forming a number n of pairs and the pairs being formed by rotating the sheet metal lamella about the central axis by an angular amount α = 360 ° / n coincide with each other. Furthermore, the n pairs form a number of n / 2 first pairs, in which the first cutouts are connected to one of the second cutouts, and the n pairs also form a number of n / 2 second pairs, which are arranged in the circumferential direction between the first pairs are. To form the fluid channel arrangement, the sheet-metal lamellae are alternately stacked in the axial direction, on the one hand congruent in terms of position and, on the other hand, mutually rotated by the angular amount α in terms of positions. In this simple way, a three-dimensional fluid channel arrangement results, which penetrates the relevant yoke area of the laminated core uniformly in the axial and in the circumferential direction and enables its uniform cooling.

Die stirnseitig am Blechpaket vorgesehenen Blechlamellen können gegenüber den vorstehend erläuterten identischen Blechlamellen eine abweichende Ausbildung aufweisen, wobei an diesen keine Ausnehmungen für zweite Fluidkanäle vorgesehen sind. Befinden sich der Haupteinlasskanal und der Hauptauslasskanal auf derselben Stirnseite, so können die an der anderen Stirnseite befindlichen Blechlamellen geschlossen, also auch ohne die besagten ersten Ausnehmungen ausgebildet werden. Sind alternativ der Haupteinlasskanal und der Hauptauslasskanal auf gegenüberliegenden Stirnseiten vorgesehen, so verfügen die Blechlamellen jeweils nur über einen Teil der ersten Ausnehmungen, also entweder zur Bildung der Einlasskanäle oder zur Bildung der Auslasskanäle.The sheet-metal lamellae provided on the end face of the laminated core can have a different design than the identical sheet-metal lamellae explained above, with no recesses for second fluid channels being provided on them. If the main inlet channel and the main outlet channel are located on the same end face, the sheet metal lamellas located on the other end face can be closed, that is to say formed without said first recesses. If, as an alternative, the main inlet channel and the main outlet channel are provided on opposite end faces, the sheet-metal lamellas each have only part of the first recesses, that is, either to form the inlet channels or to form the outlet channels.

Darauf aufbauend, kann eine der Lagen der Fluidkanalanordnung eine beliebige Mehrzahl von deckungsgleich gestapelten Blechlamellen umfassen. Dadurch kann die axiale Erstreckung der bevorzugt in Umfangsrichtung verlaufenden Verbindungskanäle gezielt eingestellt und in axialer Richtung durch eine Variation der axialen Erstreckung der Verbindungskanäle an ein axiales Temperaturfeld des Stators gezielt angepasst werden.Building on this, one of the layers of the fluid channel arrangement can comprise any desired plurality of congruently stacked sheet-metal lamellae. As a result, the axial extent of the connecting channels, which preferably run in the circumferential direction, can be set in a targeted manner and specifically adapted in the axial direction to an axial temperature field of the stator by varying the axial extent of the connecting channels.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs gestellte Aufgabe durch eine elektrische Maschine gelöst, welche einen wir vorstehend erläutert ausgebildeten Stator aufweist und wobei die elektrische Maschine weiter einen dazu radial innen oder außen drehbar angeordneten Rotor umfasst.According to a further aspect, the object set at the beginning is achieved by an electrical machine which has a stator designed as explained above and wherein the electrical machine further comprises a rotor which is rotatably arranged radially inwardly or outwardly for this purpose.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beispielhaft erläutert.The invention is explained below by way of example with the aid of an embodiment shown in the figures.

Es zeigen:

1 eine elektrische Maschine mit einem ein Blechpaket aufweisenden Stator mit einer Fluidkanalanordnung in einer schematischen Darstellung,
2 eine schematische zweidimensionale Darstellung der Fluidkanalanordnung des Stators von 1,
3 eine Blechlamelle des Blechpakets zur Bildung der Fluidkanalanordnung von 2,
4 eine Überlagerung von zwei gegenseitig um die Mittelachse verdrehten Blechlamellen gemäß 3,
5a eine an einer gemeinsamen Fluideinlass- und Fluidauslassseite des Blechpakets befindliche Blechlamelle,
5b eine an einer geschlossenen Stirnseite des Blechpakets angeordnete Blechlamelle.

Show it:

1 an electrical machine with a stator having a laminated core with a fluid channel arrangement in a schematic representation,
2 a schematic two-dimensional representation of the fluid channel arrangement of the stator of FIG 1 ,
3 a sheet metal lamella of the laminated core to form the fluid channel arrangement of 2 ,
4th a superposition of two mutually twisted sheet metal lamellas according to the central axis 3 ,
5a a sheet metal lamella located on a common fluid inlet and fluid outlet side of the laminated core,
5b a sheet metal lamella arranged on a closed end face of the laminated core.

In 1 ist schematisch eine elektrische Maschine 1 dargestellt, welche als ein Antriebsaggregat für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet ist und auf Fahrzeugräder zum Fortbewegen des Fahrzeugs wirken kann. Die elektrische Maschine 1 ist im Ausführungsbeispiel ein Innenläufermotor mit einem an einer Rotorwelle 12 festgelegten und um eine Mittelachse A bzw. Rotationsachse drehbaren Rotor 10, welcher in bekannter Weise von einem Stator 14 umgeben ist. Der Stator 14 ist an einem Gehäuse 8 der elektrischen Maschine 1 festgelegt, welches somit den Statorträger ausbildet und zugleich den Rotor 10, den Stator 14 und weitere nicht dargestellte Maschinenelemente umschließt. Der Stator 14 umfasst ein aus einer Vielzahl von Blechlamellen aufgebautes Blechpaket 16, welches ringförmig um die Mittelachse A ausgebildet ist und welches eine innere Umfangsfläche 24, eine äußere Umfangsfläche 26, eine erste und eine zweite Stirnseite 28, 30 aufweist. Das Blechpaket 16 ist mit einem umfangsmäßig geschlossenen Jochbereich 18 ausgebildet und mit diesem drehfest in das Gehäuse 8 eingefügt. An den Jochbereich 18 schließt sich radial innen ein Zahnbereich 20 mit mehreren Statorzähnen 22 an, auf welchen eine Statorwicklung 15 angebracht ist. Die elektrische Maschine 1 kann beispielsweise als eine permanenterregte Synchronmaschine oder als eine Asynchronmaschine ausgebildet sein, was jedoch für die nachfolgende Erläuterung der Erfindung nicht von grundsätzlicher Bedeutung ist.In 1 is schematically an electrical machine 1 shown, which is designed as a drive unit for a hybrid or electric vehicle and can act on vehicle wheels to move the vehicle. The electric machine 1 is in the exemplary embodiment an internal rotor motor with one on a rotor shaft 12th fixed and around a central axis A. or axis of rotation rotatable rotor 10 , which in a known manner from a stator 14th is surrounded. The stator 14th is on a housing 8th of the electric machine 1 established, which thus forms the stator and at the same time the rotor 10 , the stator 14th and encloses further machine elements not shown. The stator 14th comprises a stack of laminations made up of a large number of laminations 16 , which is annular around the central axis A. is formed and which has an inner peripheral surface 24 , an outer peripheral surface 26th , a first and a second end face 28 , 30th having. The sheet metal package 16 is with a circumferentially closed yoke area 18th formed and rotatably with this in the housing 8th inserted. To the yoke area 18th a tooth area closes radially on the inside 20th with multiple stator teeth 22nd on which a stator winding 15th is appropriate. The electric machine 1 can be designed, for example, as a permanently excited synchronous machine or as an asynchronous machine, which, however, is not of fundamental importance for the following explanation of the invention.

Eine von der elektrischen Maschine 1 im Stator 14 erzeugte Verlustwärme kann von einer Kühleinrichtung mit einem geschlossenen Kühlfluidkreislauf 35 abgeführt werden, welche die Verlustwärme von einer innerhalb des Blechpakets 16, insbesondere in dem Jochbereich 18 ausgebildeten Fluidkanalanordnung 34 durch die Mitwirkung einer Pumpe 30 zu einem Wärmetauscher 32 abführt. Weitere Details dieser Fluidkanalanordnung 34 werden anhand der 2-5 erläutert.One from the electric machine 1 in the stator 14th The heat generated can be generated by a cooling device with a closed cooling fluid circuit 35 are dissipated, which the heat loss from one inside the laminated core 16 , especially in the yoke area 18th trained fluid channel arrangement 34 through the participation of a pump 30th to a heat exchanger 32 leads away. Further details of this fluid channel arrangement 34 are based on the 2-5 explained.

2 zeigt eine zweidimensionale Prinzipdarstellung der Fluidkanalanordnung 34 mit mehreren ersten Fluidkanälen 46a-f, 48a-f, welche sich in 1 in einem Radialbereich zwischen der inneren und der äußeren Umfangsfläche 24, 26 in Richtung von der ersten zu der zweiten Stirnseite 28, 30 des Blechpakets 16 erstrecken und parallel zur Mittelachse A verlaufen. Dabei sind jeweils zwei zueinander benachbarte erste Fluidkanäle 46a, 48a; 46b, 48b; 46c, 48c; 46d, 48d, 46e, 48e; 46f, 48f paarweise bzw. in Paaren PF1-6 durch mehrere strömungsmäßig parallele zweite Fluidkanäle 50a; 50b; 50c; 50d; 50e; 50f miteinander verbunden. Bei diesen Paaren PF1-PF6 bilden die Fluidkanäle 46a-f jeweils einen Einlasskanal und die Fluidkanäle 48a-f jeweils einen Auslasskanal. Die Fluidkanäle 50a-f stellen Verbindungskanäle dar, in welche das Kühlfluid mit vergleichsweise niedriger Temperatur aus den zugeordneten axial verlaufenden Einlasskanälen 46a-f einströmen kann. Bei Durchströmen der Fluidkanäle 50a-f kann eine Verlustwärme des Blechpakets 16 von dem Kühlfluid aufgenommen werden, welches mit einer erhöhten Temperatur anschließend über die Auslasskanäle 48a-48f abgeführt wird. 2 shows a two-dimensional representation of the principle of the fluid channel arrangement 34 with a plurality of first fluid channels 46a-f, 48a-f, which are located in 1 in a radial area between the inner and outer peripheral surfaces 24 , 26th in the direction from the first to the second end face 28 , 30th of the laminated core 16 extend and parallel to the central axis A. run away. Two mutually adjacent first fluid channels 46a, 48a; 46b, 48b; 46c, 48c; 46d, 48d, 46e, 48e; 46f, 48f in pairs or in pairs PF1-6 through a plurality of second fluid channels 50a; 50b; 50c; 50d; 50e; 50f connected to each other. In these pairs PF1-PF6, the fluid channels 46a-f each form an inlet channel and the fluid channels 48a-f each form an outlet channel. The fluid channels 50a-f represent connecting channels into which the cooling fluid can flow at a comparatively low temperature from the associated axially extending inlet channels 46a-f. When flowing through the fluid channels 50a-f, heat loss from the laminated core can occur 16 are absorbed by the cooling fluid, which is then discharged at an elevated temperature via the outlet channels 48a-48f.

Die zweiten Fluidkanäle 50a-f verlaufen in Umfangsrichtung am Stator 14 und weisen dieselbe Radiallage auf wie die Ein- und Auslasskanäle 46a-e; 48a-e. Wie weiter in 2 dargestellt, zweigen alle Einlasskanäle 46a-f von einem an der Stirnseite 28 des Stators 14 vorgesehenen Haupteinlasskanal 40 ab, in welchem Kühlfluid mit niedriger Temperatur über einen Fluideinlass 36 einströmen kann. Des Weiteren münden alle Auslasskanäle 48a-f an derselben Stirnseiten 28 in einen Hauptauslasskanal 42, so dass das erwärmte Kühlfluid über einen dort befindlichen Fluidauslass 38 aus dem Stator 14 ausströmen kann. Mit Blick auf 1 ist weiter erkennbar, dass an der Stirnseite 28 für den Haupteinlasskanal 40 und den Hauptauslasskanal 42 ein gemeinsames Verteilerelement 44 vorgesehen ist.The second fluid channels 50a-f run in the circumferential direction on the stator 14th and have the same radial position as the inlet and outlet channels 46a-e; 48a-e. As further in 2 shown, all inlet channels 46a-f branch off from one on the end face 28 of the stator 14th provided main inlet port 40 from which cooling fluid with low temperature via a fluid inlet 36 can flow in. Furthermore, all outlet channels 48a-f open on the same end face 28 into a main exhaust port 42 , so that the heated cooling fluid via a fluid outlet located there 38 from the stator 14th can flow out. With a view to 1 it can also be seen that on the front side 28 for the main inlet port 40 and the main exhaust port 42 a common distribution element 44 is provided.

Mit weiterem Blick auf 2 ist die Fluidkanalanordnung 34 in Richtung der Mittelachse A in eine Mehrzahl von Lagen L1-L24 unterteilt. Es ist erkennbar, dass sich die Verbindungskanäle 50a-f der einzelnen Paare PF1-6 nicht alle in derselben Lage befinden, sondern diese in Axialrichtung versetzt sind. Insbesondere weisen die Verbindungskanäle 50a von dem ersten Paar PF1 der Fluidkanäle 46a, 48a gegenüber den Verbindungskanälen 50b des zweiten Paares PF2 der Fluidkanäle 46b, 48b, welches zu dem ersten Paar PF1 benachbart ist, einen Lagensprung um, eine Lage auf.With a further look at 2 is the fluid channel arrangement 34 in the direction of the central axis A. divided into a plurality of layers L1-L24. It can be seen that the connecting channels 50a-f of the individual pairs PF1-6 are not all in the same position, but that they are offset in the axial direction. In particular, the connecting channels 50a of the first pair PF1 of fluid channels 46a, 48a have a layer jump by one layer opposite the connecting channels 50b of the second pair PF2 of fluid channels 46b, 48b, which is adjacent to the first pair PF1.

Zur gezielten Einstellung der Druckverhältnisse in den Einlasskanälen 46a-f und/oder den zweiten Fluidkanälen 50a-f können in dem Haupteinlasskanal 40 und/oder in einem der Einlasskanäle 46a-f hydraulische Abgleichsmittel 52a, 52b in Form von Drosseln, Blenden oder ähnlichem vorgesehen sein.For the targeted setting of the pressure conditions in the inlet channels 46a-f and / or the second fluid channels 50a-f, in the main inlet channel 40 and / or hydraulic balancing means in one of the inlet channels 46a-f 52a , 52b be provided in the form of throttles, diaphragms or the like.

Der Aufbau der zuvor anhand des Schemas von 2 besprochenen Fluidkanalanordnung 34 erfolgt mittels einer axialen Stapelung von in der 3 dargestellten Blechlamellen 54. Die dort gezeigte Blechlamelle 54 weist erste Aussparungen 56a-f, 58a-f zur Ausbildung der ersten Fluidkanäle 46a-f, 48a-f und zweite Aussparungen 60a, c, e zur Bildung der zweiten Fluidkanäle 50a, c, e auf. Die Aussparungen 56a-f, 58a-f bilden eine Anzahl n von Paaren PA1-6 aus. Dabei können die Paare PA1-6 durch eine Drehung der Blechlamelle 54 um die Mittelachse A um einen Winkelbetrag α = 360°/n gegenseitig zur Deckung gelangen. Vorliegend beträgt n gleich 6 und der Winkel α ist gleich 60°. Die hier vorhandenen sechs bzw. n Paare PA1-6 bilden eine Anzahl von n/2=3 ersten Paaren PA1, PA3; PA5 aus, bei welchen die ersten Aussparungen 56, 58 mit einer der zweiten Aussparungen 60 verbunden sind. Weiter bilden die sechs bzw. n Paare PA1-6 eine Anzahl von n/2=3 zweiten Paaren PA2, PA4, PA6 aus, welche in Umfangsrichtung zwischen den ersten Paaren PA1, PA3; PA5 angeordnet sind. An dem Blechpaket 16 des Stators 14 sind die Blechlamellen 54 zur Ausbildung der Fluidkanalanordnung 34 in der Axialrichtung A lagenmäßig alternierend deckungsgleich und lagenmäßig um den Winkelbetrag α gegenseitig verdreht gestapelt, wie das anhand einer Überlagerung von zwei gegenseitig um den Winkelbetrag α von 60° verdrehten Blechlamellen 54-I und 54-II in 4 veranschaulicht ist. Eine Lage L1-L24 der Fluidkanalanordnung 34 umfasst vorliegend eine Anzahl von deckungsgleich gestapelten Blechlamellen 54. Eine solche Lage L kann durch eine einzelne Blechlamelle 54, durch eine Mehrzahl von Blechlamellen 54 oder durch eine einzelne oder eine Mehrzahl davon abweichend ausgebildeter Blechlamellen dargestellt werden. Beispielweise kann eine Lage zwischen 5 und 80 oder noch eine andere Anzahl von Blechlamellen umfassen.The structure of the previously based on the scheme of 2 discussed fluid channel arrangement 34 takes place by means of an axial stacking of in the 3 shown sheet metal lamellas 54 . The sheet metal shown there 54 has first recesses 56a-f, 58a-f for forming the first fluid channels 46a-f, 48a-f and second recesses 60a, c, e for forming the second fluid channels 50a, c, e. The recesses 56a-f, 58a-f form a number n of pairs PA1-6. The pairs PA1-6 by rotating the sheet metal lamella 54 around the central axis A. get mutually congruent by an angular amount α = 360 ° / n. In the present case, n is equal to 6 and the angle α is equal to 60 °. The six or n pairs PA1-6 present here form a number of n / 2 = 3 first pairs PA1, PA3; PA5, in which the first recesses 56 , 58 with one of the second recesses 60 are connected. Furthermore, the six or n pairs PA1-6 form a number of n / 2 = 3 second pairs PA2, PA4, PA6, which in the circumferential direction between the first pairs PA1, PA3; PA5 are arranged. On the sheet metal package 16 of the stator 14th are the sheet metal lamellas 54 to form the fluid channel arrangement 34 in the axial direction A. alternately congruent in terms of positions and stacked mutually twisted by the angular amount α, as is the case with the superposition of two sheet metal lamellas 54-I and 54-II in FIG 4th is illustrated. A layer L1-L24 of the fluid channel arrangement 34 in the present case comprises a number of congruently stacked sheet-metal lamellae 54 . Such a situation L. can through a single sheet metal lamella 54 by a plurality of sheet metal lamellas 54 or be represented by a single sheet metal lamellae or a plurality of sheet metal lamellas designed differently therefrom. For example, a layer can comprise between 5 and 80 or a different number of sheet metal lamellas.

Die stirnseitig am Blechpaket 16 vorgesehenen Blechlamellen 55a, b sind gemäß den 5a, b abweichend von der dargestellten Blechlamelle 54 ausgebildet. The one on the face of the laminated core 16 provided sheet metal lamellas 55a, b are according to the 5a, b different from the sheet metal lamella shown 54 educated.

Insbesondere sind in diesen keine Ausnehmungen für zweite Fluidkanäle vorgesehen. Vorliegend sind der Haupteinlasskanal 40 und der Hauptauslasskanal 42 auf derselben Stirnseite 28 angeordnet, sodass die dort befindlichen Blechlamellen 55a lediglich Aussparungen 56a-f und 58a-f aufweisen. Die an der anderen Stirnseite 30 befindlichen Blechlamellen 55b sind geschlossen, also auch ohne die besagten ersten Ausnehmungen ausgebildet. Zudem sind zur Festlegung des Blechpakets 16 am Gehäuse 8 an dessen Außenumfangsfläche mehrere Befestigungsösen 62a-e zum Durchführen von hier nicht dargestellten Befestigungsbolzen ausgebildet, deren Anzahl der Anzahl von Paaren FP 1 -6 entspricht und die am Umfang symmetrisch zu den Einlass- und Auslasskanälen 46a-e; 48a-e angeordnet sind. Das bedeutet, dass bei einer Drehung einer der Lamellen 54 um den Winkel α ebenso die Befestigungsösen 62a-e gegenseitig in Deckung gelangen. Gemäß einer Weiterbildung der vorstehend erläuterten Fluidkanalanordnung 34 können an den beiden Stirnseiten 28, 30 Öffnungen vorgesehen sein, aus denen Kühlfluid austreten und das Blechpaket axial überragende Wickelköpfe der Statorwicklung 15 benetzen und kühlen kann. Dieses aus der Fluidkanalanordnung 34 austretende Kühlfluid kann in einem geodätisch unteren Bereich der elektrischen Maschine 1 gesammelt und dem Kühlfluidkreislauf 35 wieder zugeführt werden.In particular, no recesses for second fluid channels are provided in these. The main inlet port is shown here 40 and the main exhaust port 42 on the same face 28 arranged so that the sheet metal lamellas 55a located there only have recesses 56a-f and 58a-f. The one on the other face 30th The sheet-metal lamellae 55b located there are closed, that is to say formed without said first recesses. In addition, are to determine the laminated core 16 on the housing 8th formed on its outer circumferential surface several fastening eyes 62a-e for the passage of fastening bolts, not shown here, the number of which corresponds to the number of pairs FP 1 -6 and which are symmetrical on the circumference to the inlet and outlet channels 46a-e; 48a-e are arranged. This means that when one of the slats rotates 54 the fastening eyes 62a-e also coincide with one another by the angle α. According to a further development of the fluid channel arrangement explained above 34 can on both front sides 28 , 30th Openings can be provided from which cooling fluid emerges and the stator winding overhangs axially protruding from the laminated core 15th can wet and cool. This from the fluid channel arrangement 34 escaping cooling fluid can be in a geodetically lower area of the electrical machine 1 collected and the cooling fluid circuit 35 be fed back.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: elektrische Maschineelectric machine
88th: Gehäusecasing
1010: Rotorrotor
1212th: RotorwelleRotor shaft
1414th: Statorstator
1515th: StatorwicklungStator winding
1616: BlechpaketLaminated core
1818th: JochbereichYoke area
2020th: ZahnbereichTooth area
2222nd: StatorzahnStator tooth
2424: innere Umfangsflächeinner peripheral surface
2626th: äußere Umfangsflächeouter peripheral surface
2828: StirnseiteFront side
3030th: StirnseiteFront side
3232: WärmetauscherHeat exchanger
3333: Pumpepump
3434: FluidkanalanordnungFluid channel arrangement
3535: KühlfluidkreislaufCooling fluid circuit
3636: FluideinlassFluid inlet
3838: FluidauslassFluid outlet
4040: HaupteinlasskanalMain inlet port
4242: HauptauslasskanalMain exhaust port
4444: VerteilerelementDistribution element
4646: erster Fluidkanal, Einlasskanalfirst fluid channel, inlet channel
4848: erster Fluidkanal, Auslasskanalfirst fluid channel, outlet channel
5050: zweiter Fluidkanal, Verbindungskanalsecond fluid channel, connecting channel
52a52a: hydraulisches Abgleichsmittelhydraulic balancing agent
52b52b: hydraulisches Abgleichsmittelhydraulic balancing agent
5454: BlechlamelleSheet metal lamella
5555: BlechlamelleSheet metal lamella
5656: erste Aussparungfirst recess
5858: erste Aussparungfirst recess
6060: zweite Aussparungsecond recess
6262: BefestigungsöseFastening eyelet
AA.: MittelachseCentral axis
PAPA: Paar von AussparungenPair of cutouts
PFPF: Paar von FluidkanälenPair of fluid channels
LL.: Lagelocation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102014219724 A1 [0002]

Claims

Stator (14) of an electrical machine (10) with a fluid channel arrangement (34) for guiding a cooling fluid, comprising - a laminated core (16) which is annular around a central axis (A) and which has an inner circumferential surface (24), an outer one Circumferential surface (26), a first and a second end face (28, 30), wherein - the fluid channel arrangement (34) has a plurality of first fluid channels (46a-f, 48a-f), which are located in a radial area between said peripheral surfaces (24, 26) extend in the direction from the first to the second end face (28, 30) of the laminated core (16), characterized in that two mutually adjacent first fluid channels (46a, 48a; 46b, 48b; 46c, 48c; 46d, 48d, 46e, 48e; 46f, 48f) are connected to one another in pairs by several flow-wise parallel second fluid channels (50a; 50b; 0c; 50d; 50e; 50f), one of the first fluid channels (46a, 46b) each having an inlet channel and the other first fluid channel (4 8a, 48b) forms an outlet channel.

Stator after Claim 1 , characterized in that the second fluid channels (50) run in the circumferential direction on the stator (14).

Stator after Claim 1 or 2 , characterized in that a plurality of inlet channels (46a-f) are provided which branch off from a main inlet channel (40) provided on one of the end faces (28) of the stator.

Stator according to one of the Claims 1 - 3 , characterized in that a plurality of outlet channels (48a-f) are provided which open into a main outlet channel (42) provided on one of the end faces (28) of the stator.

Stator according to one of the Claims 1 - 4th , characterized in that the main inlet channel (40) and the main outlet channel (42) are formed within a common distributor element (44) on the same end face (28) of the stator (14).

Stator according to one of the Claims 1 - 5 , characterized in that the laminated core (16) has a circumferentially closed yoke area (18) and a tooth area (20) with several stator teeth (22) which adjoins the yoke area (18) radially on the inside or outside, the fluid channel arrangement (34 ) is formed in the yoke region (18).

Stator according to one of the Claims 1 - 6th , characterized in that the fluid channel arrangement (34) is divided into a plurality of layers (L) in the direction of the central axis (A), the connecting channels (50a) being opposed by a first pair (PF1) of first fluid channels (46a, 48a) the connecting channels (50b) of a second pair (PF2) of first fluid channels (46b, 48b), which is adjacent to the first pair (PF1), have a layer jump.

Stator according to one of the Claims 1 - 7th , characterized in that in the main inlet channel (40) and / or in one of the inlet channels (46a-f) hydraulic balancing means (52) for setting a fluid pressure in the inlet channels (46a-f) and / or the second fluid channels (50a-f ) are provided.

Stator according to one of the Claims 1 - 8th , characterized in that - the laminated core (16) has a plurality of identical sheet metal lamellas (54), wherein - one of the sheet metal lamellas (54) has first recesses (56, 58) for forming the first fluid channels (46, 48) and second recesses ( 60) to form the second fluid channels (50) and wherein - the first recesses (56, 58) form a number n of pairs (PA1-6) and wherein - the pairs (PA1-6) are formed by a rotation of the sheet metal lamella (54 ) about the central axis (A) by an angular amount α = 360 ° / n mutually coincide and where - the n pairs (PA1-6) form a number of n / 2 first pairs (PA1, PA3; PA5), in which the first recesses (56, 58) are connected to one of the second recesses (60) and wherein - the n pairs (PA1-6) form a number of n / 2 second pairs (PA2, PA4, PA6) which are in the circumferential direction between the first pairs (PA1, PA3; PA5) are arranged and wherein - the sheet metal lamellas (54) for forming the fluid channel arrangement (34) in the Axial direction (A) are stacked congruently in terms of positions and mutually twisted by the angular amount α.

Stator according to one of the Claims 1 - 9 , characterized in that one of the layers (L) of the fluid channel arrangement (34) comprises a plurality of congruently stacked sheet-metal lamellae (54).

Electrical machine (1) with a stator (14) according to one of the Claims 1 - 10 and with a rotor (10) which is rotatably arranged radially inwards or outwards for this purpose.