-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator ein Statorpaket aufweist, an dem eine Statorwicklung angeordnet ist.
-
Aus dem Stand der Technik ist eine derartige elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor bekannt, bei der der Stator luftgekühlt oder wassergekühlt ist. Eine derartige Kühlung des Stators ist jedoch aufwendig und benötigt in der Regel einen vergleichsweise großen Bauraum zur Anordnung eines geeigneten Kühlkanals.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator ein Statorpaket aufweist, an dem eine Statorwicklung angeordnet ist. An einem Außenumfang des Statorpakets ist ein Kühlkörper zur Statorkühlung angeordnet, der nach Art eines Roll-Bond-Körpers ausgebildet ist.
-
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung einer elektrischen Maschine mit einem einfachen und kostengünstigen Kühlkörper, der unkompliziert und schnell herstellbar ist und eine effiziente Kühlung des Stators ermöglicht.
-
Bevorzugt ist der Außenumfang des Statorpakets zylindrisch, und der nach Art des Roll-Bond-Körpers ausgebildete Kühlkörper ist rohrförmig ausgeformt.
-
Somit kann ein sicherer und zuverlässiger Kühlkörper mit zylindrischem Innenumfang bereitgestellt werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist der Außenumfang des Statorpakets quaderförmig, und der nach Art des Roll-Bond-Körpers ausgebildete Kühlkörper ist plattenförmig ausgeformt und ist an den Außenumfang des Statorpakets angeformt.
-
Somit kann auf einfache Art und Weise eine alternative Ausgestaltung des Kühlkörpers ermöglicht werden.
-
Vorzugsweise bildet der nach Art des Roll-Bond-Körpers ausgebildete Kühlkörper zumindest abschnittsweise mindestens einen Kühlkanal aus.
-
Somit kann auf einfache Art und Weise im Kühlkörper ein bevorzugt hermetisch dichter Kühlkanal zur Durchleitung eines Kühlmittels bereitgestellt werden.
-
Bevorzugt ist der mindestens eine Kühlkanal in dem nach Art des Roll-Bond-Körpers ausgebildeten Kühlkörper durch Aufblasen ausgeformt.
-
Somit kann einfach und unkompliziert der zumindest eine Kühlkanal insbesondere auf eine dem Fachmann bekannte Art und Weise ausgeformt werden. Hierbei ist bevorzugt im Kühlkörper ein Trennmittel an den Stellen angeordnet, an denen beim Aufblasen der Kühlkanal entstehen soll.
-
Der mindestens eine Kühlkanal ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise mäanderförmig.
-
Somit kann auf einfache Art und Weise ein geeigneter Kühlkanal ausgebildet werden. Der Begriff mäanderförmig schließt hierbei bevorzugt jedwede Geometrie in Zickzack-Form ein.
-
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine, die einen Stator mit einem Statorpaket und einen Rotor aufweist, bereit, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- • Ausbilden eines Kühlkörpers in einem Roll-Bond-Verfahren,
- • Anordnen des Kühlkörpers an einem Außenumfang des Statorpakets, und
- • Aufblasen des Kühlkörpers zur Ausbildung mindestens eines Kühlkanals in dem Kühlkörper.
-
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Maschine, bei dem durch die Anordnung des nach Art eines Roll-Bond-Körpers ausgebildeten Kühlkörpers am Außenumfang des Statorpakets einfach und unkompliziert der Stator mit einer zugeordneten Kühlung versehen werden kann. Hierbei kann eine günstige und flexible Ausbildung des Kühlkörpers ermöglicht werden.
-
Vorzugsweise wird der Kühlkörper an den Außenumfang des Statorpakets angeformt, insbesondere durch Fügen.
-
Somit kann eine sichere und zuverlässige Anordnung des Kühlkörpers am Statorpaket ermöglicht werden.
-
Bevorzugt wird der Kühlkörper vor dem Aufblasen erwärmt.
-
Somit kann auf einfache Art und Weise eine Anordnung des Kühlkörpers am Statorpaket ermöglicht werden, wobei sich der Kühlkörper vorzugsweise an eine Außenkontur des Statorpakets anpassen kann bzw. auf einfache Art und Weise daran angepasst werden kann.
-
Gemäß einer Ausführungsform wird der mindestens eine Kühlkanal in dem Kühlkörper im Roll-Bond-Verfahren durch ein Trennmittel ausgebildet.
-
Somit kann leicht und unkompliziert der Kühlkanal ausgebildet werden.
-
Figurenliste
-
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine mit einem Stator,
- 2 eine perspektivische Ansicht des Stators von 1 mit einem Kühlkörper vor einem Aufblasen,
- 3 eine perspektivische Ansicht des Stators von 2 mit dem Kühlkörper nach einem Aufblasen,
- 4 eine Draufsicht auf den Kühlkörper von 2 und 3, und
- 5 eine schematische Schnittansicht des Kühlkörpers am Stator von 3.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In den Figuren werden Elemente mit gleicher oder vergleichbarer Funktion mit identischen Bezugszeichen versehen und nur einmal genauer beschrieben.
-
1 zeigt eine elektrische Maschine 100, die bevorzugt sowohl als Motor, als auch als Generator betrieben werden kann. Die elektrische Maschine 100 weist vorzugsweise einen Innenrotor 180 und einen Außenstator 150 auf. Der Außenstator 150 weist ein Statorpaket 153 auf, an dem eine Statorwicklung 157 angeordnet ist. Dabei kann das Statorpaket 153 zumindest abschnittsweise mit einer Kunststoffummantelung 155 versehen sein, die wiederum von einer Mehrzahl von Isolierkörpern ausgebildet sein kann. Der Außenstator 150 wird nachfolgend zur Vereinfachung der Beschreibung lediglich als der „Stator 150“ bezeichnet.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass die elektrische Maschine 100 in 1 nur schematisch dargestellt ist, da Aufbau und Funktionalität einer geeigneten elektrischen Maschine hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt sind. Somit kann hier zwecks Knappheit und Einfachheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung hiervon verzichtet werden.
-
2 zeigt den Stator 150 von 1 mit einem ersten axialen Ende 201 und einem gegenüberliegenden zweiten axialen Ende 202, sowie mit der Statorwicklung 157 von 1. Die Statorwicklung 157 weist illustrativ eine Mehrzahl von Drahtelementen 210 auf. Es wird darauf hingewiesen, dass von der Mehrzahl von Drahtelementen 210 illustrativ lediglich ein Drahtelement separat mit der Bezugsziffer 212 gekennzeichnet ist. Gemäß einer Ausführungsform sind die Drahtelemente der Mehrzahl von Drahtelementen 210 U-förmig ausgebildet, wobei beispielhaft das Drahtelement 212 ein Drahtende 211 aufweist. Bevorzugt sind die Drahtenden 211 der jeweiligen Drahtelemente der Mehrzahl von Drahtelementen 210 geschränkt. Illustrativ sind die Drahtenden 211 der Drahtelemente der Mehrzahl von Drahtelementen 210 am ersten axialen Ende 201 des Stators 150 angeordnet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Statorwicklung 157 auch durch Spulen ausgebildet sein kann.
-
Des Weiteren weist der Stator 150 eine dem ersten axialen Ende 201 zugewandte Oberseite 215, sowie eine dem zweiten axialen Ende 202 zugewandte Unterseite 216 auf. Vorzugsweise weist der Stator 150 bzw. das Statorpaket 153 einen Außenumfang 218 auf, der eine beliebige Form aufweisen kann. Illustrativ ist der Stator 150 bzw. der Außenumfang 218 des Statorpakets 153 zylindrisch ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Außenumfang 218 des Statorpakets 153 jedoch auch quaderförmig ausgebildet sein.
-
Bevorzugt ist an dem Außenumfang 218 des Statorpakets 153 ein Kühlkörper 230 zur Statorkühlung angeordnet. Der Kühlkörper 230 ist vorzugsweise nach Art eines Roll-Bond-Körpers ausgebildet.
-
Illustrativ weist der Kühlkörper 230 eine Außenwand 242 und eine Innenwand 241 auf, die bevorzugt aus Blech ausgebildet sind. Zwischen der Außenwand 242 und der Innenwand 241 ist gemäß einer Ausführungsform zumindest abschnittsweise mindestens ein Kühlkanal (310 in 3) ausgebildet. Hierbei wird der Kühlkanal (310 in 3) bevorzugt durch Trennmittel und Aufblasen geformt. Illustrativ ist die Innenwand 241 des Kühlkörpers 230 am Außenumfang 218 des Statorpakets 153 angeordnet.
-
Illustrativ ist der nach Art eines Roll-Bond-Körpers ausgebildete Kühlkörper 230 plattenförmig ausgeformt. Jedoch kann der Kühlkörper 230 auch zylindrisch sein. Insbesondere kann der zylindrische Kühlkörper 230 auch durch Aufrollen aus einem plattenförmigen Kühlkörper ausgebildet werden. Bevorzugt ist der Kühlkörper 230 an den Außenumfang 218 des Statorpakets 153 angeformt.
-
Des Weiteren weist der illustrativ plattenförmige Kühlkörper 230 in Umfangsrichtung 203 des Stators 150 ein erstes Ende 235 und ein zweites Ende 236 auf. Vorzugsweise liegen die beiden Enden 235, 236 des Kühlkörpers 230 aneinander an und bilden eine im Wesentlichen zylindrische Struktur aus. Des Weiteren weist der Kühlkörper 230 einen Einlassstutzen 232 sowie einen Auslassstutzen 231 auf, über die ein Kühlmittel, insbesondere ein Kühlfluid, in den Kühlkörper 230 eingeleitet bzw. aus diesem ausgeleitet werden kann. Gemäß einer Ausführungsform weist das Kühlfluid Wasser und/oder Luft auf.
-
Illustrativ sind der Einlassstutzen 232 und der Auslassstutzen 231 dem ersten axialen Ende 201 des Stators 150 zugewandt angeordnet. Dabei sind der Einlassstutzen 232 und der Auslassstutzen 231 in axialer Richtung 204 des Stators 150 angeordnet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der Einlassstutzen 232 und/oder der Auslassstutzen 231 auch dem zweiten axialen Ende 202 des Stators 150 zugewandt angeordnet sein können. Des Weiteren kann einer der Stutzen, d.h. der Einlassstutzen 232 oder der Auslassstutzen 231, dem ersten axialen Ende 201 zugewandt angeordnet sein und der andere Stutzen, d.h. der Auslassstutzen 231 oder der Einlassstutzen 232, kann dem zweiten axialen Ende 202 zugewandt angeordnet sein. Darüber hinaus kann der Einlassstutzen 232 und/oder der Auslassstutzen 231 auch in radialer Richtung des Stators 150 angeordnet sein. Des Weiteren können der Einlassstutzen 232 und/oder der Auslassstutzen 231 auch nachträglich mit beliebiger Ausrichtung am Kühlkörper 230 angebracht werden.
-
Vorzugsweise ist der Kühlkörper 230 in axialer Richtung 204 von der Oberseite 215 bis zur Unterseite 216 des Stators 150 bzw. des Statorpakets 153 ausgebildet. Hierbei weist der Kühlkörper 230 in axialer Richtung 204 eine Höhe auf, die dem Abstand zwischen der Oberseite 215 und der Unterseite 216 entspricht.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass der Kühlkörper 230 auch die Oberseite 215 und/oder die Unterseite 216 des Stators 150 überragen kann. Des Weiteren kann der Kühlkörper 230 auch eine Höhe aufweisen, die kleiner als der Abstand zwischen der Oberseite 215 und der Unterseite 216 ist. Darüber hinaus können am Stator 150 auch mehrere Kühlkörper 230 angeordnet sein. Dabei können z.B. zumindest zwei Kühlkörper 230 in axialer Richtung 204 übereinander bzw. nebeneinander angeordnet sein.
-
Bei einem beispielhaften Verfahren zur Herstellung der elektrischen Maschine 100 von 1, die den Stator 150 mit dem Statorpaket 153 und den Rotor 180 von 1 aufweist, wird in einem ersten Herstellungsschritt vorzugsweise der Kühlkörper 230 durch ein Roll-Bond-Verfahren ausgebildet. Anschließend wird der Kühlkörper 230 an dem Außenumfang 218 des Statorpakets 153 angeordnet.
-
Der Kühlkörper 230 wird zur Ausbildung mindestens eines Kühlkanals (310 in 3) in dem Kühlkörper 230 aufgeblasen. Hierbei kann das Aufblasen des Kühlkörpers 230 vor einem Anordnen des Kühlkörpers 230 am Außenumfang 218 des Statorpakets 153 erfolgen, oder nach einem Anordnen des Kühlkörpers 230 am Außenumfang 218 des Statorpakets 153. Bevorzugt wird der Kühlkörper 230 nach einem Anordnen am Außenumfang 218 des Statorpakets 153 aufgeblasen.
-
Gemäß einer Ausführungsform wird der Kühlkörper 230 vor dem Aufblasen erwärmt. Hierbei erfolgt ein Aufblasen des Kühlkörpers 230 zur Ausbildung mindestens eines abschnittsweisen Kühlkanals (310 in 3) mittels erwärmter Luft und/oder Gas.
-
Gemäß einer Ausführungsform wird der Kühlkörper 230 an den Außenumfang 218 des Statorpakets 153 angeformt. Vorzugsweise wird der Kühlkörper 230 an den Außenumfang 218 des Statorpakets 153 durch Fügen angeformt. Dies erfolgt z.B. nach einem Erwärmen des Kühlkörpers 230.
-
Darüber hinaus kann der Stator 150 mit dem Kühlkörper 230 in einem Gehäuse angeordnet werden. In diesem Fall kann nach einem Anordnen des Stators 150 im Gehäuse der Kühlkörper 230 zur Ausbildung von zumindest einem Kühlkanal (310 in 3) aufgeblasen werden.
-
3 zeigt den Stator 150 mit dem Kühlkörper 230 von 2 und verdeutlicht den zumindest einen, durch ein Aufblasen des Kühlkörpers 230 ausgebildeten beispielhaften Kühlkanal 310. Der Kühlkanal 310 ist bevorzugt zumindest abschnittsweise mäanderförmig ausgebildet.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass der Kühlkanal 310 eine beliebige Geometrie aufweisen kann. Hierbei kann der Kühlkanal 310 in Umfangsrichtung 203 des Stators 150 und/oder in axialer Richtung 204 des Stators 150 mäanderförmig ausgebildet sein. Der Begriff „mäanderförmig“ umfasst hier bevorzugt jedwede Geometrie nach Art einer Zickzack- oder kurvenförmigen Schlangenlinie. Darüber hinaus kann eine beliebige Anzahl von Kühlkanälen 310 vorgesehen sein.
-
4 zeigt den beispielhaft plattenförmig ausgebildeten Kühlkörper 230 von 2 und 3. Hierbei verdeutlicht 4 das erste Ende 235, sowie das zweite Ende 236 des Kühlkörpers 230, die bei einer Anordnung am Stator 150 von 1 bis 3 einander zugewandt angeordnet sind und vorzugsweise aneinander anliegen. Des Weiteren verdeutlicht 4 die Innenwand 241 und die Außenwand 242, wobei der zumindest eine Kühlkanal 310 zwischen der Innenwand 241 und der Außenwand 242 ausgebildet ist. Darüber hinaus zeigt 4 den Einlassstutzen 232 und den Auslassstutzen 231.
-
5 zeigt das beispielhaft als Lamellenpaket ausgebildete Statorpaket 153 des Stators 150 von 1 bis 3. Das Lamellenpaket bzw. das Statorpaket 153 weist dabei eine Mehrzahl von in axialer Richtung angeordneten Lamellen auf. Von der Mehrzahl von Lamellen des Statorpakets 153 sind illustrativ lediglich zwei Lamellen separat mit den Bezugsziffern 511, 512 gekennzeichnet.
-
Exemplarisch zeigt 5 eine beispielhafte Ausgestaltung des Kühlkörpers 230 mit illustrativ einem ersten Kühlkanal 531 und einem zweiten Kühlkanal 532. Illustrativ ist der Kühlkanal 531 dem ersten axialen Ende 201 des Stators 150 zugewandt angeordnet und der Kühlkanal 532 ist dem zweiten axialen Ende 202 des Stators 150 zugewandt angeordnet. Darüber hinaus ist die Innenwand 241 des Kühlkörpers 230 an eine beispielhaft vorgegebene Struktur 550 des Stators 150 angeformt.
-
Vorzugsweise wird die Innenwand 241 von einem ersten plattenförmigen Material 521 ausgebildet und die Außenwand 242 wird von einem zweiten plattenförmigen Material 522 ausgebildet. Durch das Ausbilden der Kühlkanäle 531, 532 entsteht die vorzugsweise wellige Ausgestaltung des Kühlkörpers 230 bzw. des ersten und zweiten plattenförmigen Materials 521, 522. An den Stellen der Kühlkanäle 310 bzw. 531, 532 ist bevorzugt Trennmittel angeordnet. Vorzugsweise kann das plattenförmige Material 521 eine erste Dicke aufweisen und das zweite plattenförmige Material 522 kann eine zweite Dicke aufweisen. Darüber hinaus kann eine Dicke des jeweiligen plattenförmigen Materials 521, 522 im Bereich der Kühlkanäle 531, 532 größer sein oder eine Verstärkungsschicht aufweisen.
