DE102020204233A1

DE102020204233A1 - Stator, electric machine, motor vehicle and method for manufacturing a stator

Info

Publication number: DE102020204233A1
Application number: DE102020204233.0A
Authority: DE
Inventors: Jan-Niklas Weber; Thomas Budde
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-10-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine Elektromaschine (2) für ein Kraftfahrzeug (3), aufweisend eine Statorlängsachse (4) und einen sich entlang der Statorlängsachse (4) erstreckenden Statorgrundkörper (5) mit einer Mehrzahl von Statornuten (6) sowie eine Mehrzahl von in den Statornuten (6) in Statorwicklungen (7) angeordneten Statorleitern (8). Zwischen zumindest zwei unmittelbar benachbarten Statorleitern (8) einer Statorwicklung (7) in einer Statornut (6) ist ein Kühlfluidkanal (9) zum Durchleiten eines Kühlfluids ausgebildet. Ferner betrifft die Erfindung eine Elektromaschine (2), ein Kraftfahrzeug (3) und ein Verfahren zur Herstellung eines Stators (1)The invention relates to a stator (1) for an electric machine (2) for a motor vehicle (3), having a stator longitudinal axis (4) and a stator base body (5) extending along the stator longitudinal axis (4) with a plurality of stator slots (6) and a plurality of stator conductors (8) arranged in stator windings (7) in the stator slots (6). Between at least two directly adjacent stator conductors (8) of a stator winding (7) in a stator slot (6) there is a cooling fluid channel (9) for passing a cooling fluid through. The invention also relates to an electric machine (2), a motor vehicle (3) and a method for producing a stator (1)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit einer Elektromaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a stator for an electric machine for a motor vehicle. The invention also relates to an electric machine for a motor vehicle, a motor vehicle with an electric machine and a method for producing a stator for an electric machine for a motor vehicle.

Es ist bekannt, dass Elektromaschinen für Kraftfahrzeuge in Abhängigkeit ihrer Leistungsabgabe Verlustwärme erzeugen, durch welche eine obere Leistungsgrenze der Elektromaschine reduziert ist. Zur Erhöhung der Leistungsgrenze ist es bekannt, die Elektromaschine derart auszulegen, dass eine aktive Kühlung nicht erforderlich ist. Nachteilig hierbei sind insbesondere größere Maschinenabmessungen bei gleicher Leistung sowie eine geringere Überlastfähigkeit. Alternativ hierzu weisen herkömmliche Elektromaschinen oftmals, insbesondere zur Erhöhung ihrer Überlastfähigkeit, eine Kühlvorrichtung auf, mittels welcher Wärme von der Elektromaschine abführbar ist. Hierfür ist eine Vielzahl unterschiedlicher Kühlvorrichtungen bekannt, wie beispielsweise Wickelkopfkühlvorrichtungen, Statorrückenkühlvorrichtungen oder Statornutkühlvorrichtungen.It is known that electric machines for motor vehicles generate heat loss as a function of their power output, by means of which an upper power limit of the electric machine is reduced. To increase the power limit, it is known to design the electric machine in such a way that active cooling is not required. Disadvantages here are, in particular, larger machine dimensions with the same performance and a lower overload capacity. As an alternative to this, conventional electric machines often have a cooling device, in particular to increase their overload capacity, by means of which heat can be dissipated from the electric machine. A large number of different cooling devices are known for this, such as end winding cooling devices, stator back cooling devices or stator slot cooling devices.

Wickelkopfkühlvorrichtungen sind ausgebildet, einen Wickelkopf des Stators der Elektromaschine gezielt zu kühlen. Hierfür weisen bekannte Wickelkopfkühlvorrichtungen beispielsweise eine Düse auf, mittels welcher ein Kühlfluid gegen Statorleiter des Wickelkopfs sprühbar ist. Über das Kühlfluid ist Wärme vom Wickelkopf aufnehmbar und beispielsweise über einen Wärmetauscher ableitbar.End winding cooling devices are designed to specifically cool a winding end of the stator of the electric machine. For this purpose, known end winding cooling devices have, for example, a nozzle by means of which a cooling fluid can be sprayed against the stator conductor of the end winding. Heat from the end winding can be absorbed via the cooling fluid and can be dissipated, for example, via a heat exchanger.

Statorrückenkühlungen weisen Kühlfluidkanäle auf, welche in einem Statorgrundkörper des Stators ausgebildet sind und sich parallel zu in dem Statorgrundkörper ausgebildeten Statornuten, in welchen die Statorleiter angeordnet sind, erstrecken. Eine derartige Kühlvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2016 222 331 A1 bekannt, wobei die Kühlfluidkanäle in zwischen den Statornuten angeordneten Statorzähnen ausgebildet sind. Gemäß anderen Ausführungsformen können die Kühlfluidkanäle auch im Statorrückschluss angeordnet sein. Die DE 102 53 699 A1 offenbart eine ähnliche Lösung, wobei Kühlfluidkanäle im Bereich der Statornutwurzel im Statorgrundkörper bzw. im Statorrückschluss angeordnet sind.Stator back cooling systems have cooling fluid channels which are formed in a stator base body of the stator and extend parallel to stator slots which are made in the stator base body and in which the stator conductors are arranged. Such a cooling device is for example from DE 10 2016 222 331 A1 known, wherein the cooling fluid channels are formed in stator teeth arranged between the stator slots. According to other embodiments, the cooling fluid channels can also be arranged in the stator back yoke. the DE 102 53 699 A1 discloses a similar solution, with cooling fluid channels being arranged in the area of the stator groove root in the stator base body or in the stator back yoke.

Eine verbesserte Kühlung der Statorleiter ist mittels einer Statornutkühlvorrichtung gewährleistet, wie sie beispielsweise aus der DE 10 2014 017 745 A1 , DE 10 2012 217 711 A1 und DE 10 2017 211 317 A1 bekannt sind. Die DE 10 2014 017 745 A1 offenbart eine Elektromaschine bei welcher die einzelnen Statornuten jeweils mittels eines Nutverschlusses verschlossen sind. Zum Kühlen der Statornuten ist in den Nutverschlüssen ein Kühlfluidkanal zum Durchleiten eines Kühlfluids ausgebildet. Auf diese Weise sind Außenbereiche einer Statorwicklung direkt kühlbar. Aus der DE 10 2012 217 711 A1 ist eine Elektromaschine bekannt, bei welcher zwischen zwei Statorwicklungen keilförmig ausgebildete Kühlkanäle in den Statornuten angeordnet sind. In der DE 10 2017 211 317 A1 ist eine Kühlvorrichtung mit einer Vielzahl von Kühlkanälen offenbart, welche von einer Stirnseite des Stators in dessen Statornuten einschiebbar ist. Auf diese Weise sind Außenflächen der einzelnen Statorwicklungen direkt kühlbar.Improved cooling of the stator conductors is ensured by means of a stator groove cooling device, such as that found in, for example DE 10 2014 017 745 A1 , DE 10 2012 217 711 A1 and DE 10 2017 211 317 A1 are known. the DE 10 2014 017 745 A1 discloses an electric machine in which the individual stator slots are each closed by means of a slot seal. In order to cool the stator slots, a cooling fluid channel for passing a cooling fluid is formed in the slot closures. In this way, the outer areas of a stator winding can be cooled directly. From the DE 10 2012 217 711 A1 an electrical machine is known in which wedge-shaped cooling channels are arranged in the stator slots between two stator windings. In the DE 10 2017 211 317 A1 discloses a cooling device with a plurality of cooling channels which can be pushed into the stator slots from an end face of the stator. In this way, the outer surfaces of the individual stator windings can be cooled directly.

Bekannte Kühlvorrichtungen zum Kühlen von Statoren von Elektromaschinen haben den Nachteil, dass die in den Statorwicklungen entstehende Wärmeenergie nur unzureichend abführbar ist. Somit neigen diese Elektromaschinen bei länger andauernder Überlast zur übermäßigen Erwärmung und müssen zur Vermeidung von Schäden durch Überhitzung mittels einer Steuerungsvorrichtung runtergeregelt oder abgeschaltet werden. Derartige Schutzmaßnahmen finden insbesondere im Automobilmarkt nur eine geringe Kundenakzeptanz.Known cooling devices for cooling stators of electrical machines have the disadvantage that the thermal energy generated in the stator windings can only be dissipated inadequately. In the event of prolonged overload, these electrical machines therefore tend to overheat and must be regulated down or switched off by means of a control device in order to avoid damage due to overheating. Such protective measures find little customer acceptance, especially in the automotive market.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Stator für eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug und einem Kraftfahrzeug mit einer Elektromaschine zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Stator, eine Elektromaschine sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine reduzierte Neigung zur Überhitzung bei Überlast aufweisen. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines gattungsgemäßen Stators zu schaffen, welches die Herstellung des Stators mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise sicherstellt.It is therefore the object of the present invention to eliminate or at least partially eliminate the disadvantages described above in the case of a stator for an electric machine for a motor vehicle, an electric machine for a motor vehicle and a motor vehicle with an electric machine. In particular, it is the object of the present invention to create a stator, an electric machine and a motor vehicle which, in a simple and inexpensive manner, have a reduced tendency to overheat in the event of an overload. Furthermore, it is the object of the invention to create a method for producing a generic stator which ensures the production of the stator with simple means and in a cost-effective manner.

Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch einen Stator für eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stators mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stator beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektromaschine sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.The above problem is solved by the patent claims. Accordingly, the object is achieved by a stator for an electric machine for a motor vehicle with the features of independent claim 1, by an electric machine for a motor vehicle with the features of independent claim 9 and by a method for producing a stator according to the invention with the features of independent claim 10 solved. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the stator according to the invention naturally also apply in connection with the electric machine according to the invention and the method according to the invention and vice versa in each case. so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, mutual reference is or can always be made.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Stator für eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug gelöst. Der Stator weist eine Statorlängsachse und einen sich entlang der Statorlängsachse erstreckenden Statorgrundkörper mit einer Mehrzahl von Statornuten sowie eine Mehrzahl von in den Statornuten in Statorwicklungen angeordneten Statorleitern auf. Erfindungsgemäß ist zwischen zumindest zwei unmittelbar benachbarten Statorleitern einer Statorwicklung in einer Statornut ein Kühlfluidkanal zum Durchleiten eines Kühlfluids ausgebildet.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a stator for an electric machine for a motor vehicle. The stator has a stator longitudinal axis and a stator base body extending along the stator longitudinal axis with a plurality of stator slots and a plurality of stator conductors arranged in stator windings in the stator slots. According to the invention, between at least two directly adjacent stator conductors of a stator winding, a cooling fluid channel for conducting a cooling fluid is formed in a stator slot.

Der Statorgrundkörper erstreckt sich entlang der Statorlängsachse. Der Stator ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Statorlängsachse koaxial zu einer Rotorachse eines am Stator angeordneten Rotors der Elektromaschine verläuft. Der Statorgrundkörper weist vorzugsweise ein Elektroblech auf oder ist aus einem oder mehreren Elektroblechen gebildet. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Statorgrundkörper eine Vielzahl hintereinander angeordneter Blechscheiben aufweist, welche vorzugsweise zueinander elektrisch isoliert und weiter bevorzugt miteinander verklebt sind, beispielsweise mittels Backlack, Harz oder dergleichen.The stator base body extends along the longitudinal axis of the stator. The stator is preferably designed such that the stator longitudinal axis runs coaxially to a rotor axis of a rotor of the electric machine arranged on the stator. The stator base body preferably has an electrical steel sheet or is formed from one or more electrical steel sheets. It can be provided according to the invention that the stator base body has a plurality of sheet metal disks arranged one behind the other, which are preferably electrically insulated from one another and more preferably glued to one another, for example by means of baking varnish, resin or the like.

Der Stator ist vorzugsweise als Stator einer Elektromaschine mit Innenläufer ausgebildet. Demnach weist der Statorgrundkörper vorzugsweise eine sich entlang der Statorlängsachse erstreckende, zentrale Ausnehmung auf, in welcher der Rotor anordenbar ist. Alternativ kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Stator zur Anordnung innerhalb eines Rotors ausgebildet ist.The stator is preferably designed as a stator of an electric machine with an internal rotor. Accordingly, the stator base body preferably has a central recess which extends along the longitudinal axis of the stator and in which the rotor can be arranged. Alternatively, it can be provided according to the invention that the stator is designed for arrangement within a rotor.

In dem Statorgrundkörper sind mehrere Statorzähne ausgebildet, welche vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang des Statorgrundkörpers verteilt angeordnet sind. Bei einem für einen Innenläufer ausgebildeten Stator weisen die Statorzähne vorzugsweise zur Statorlängsachse hin, bei einem für einen Außenläufer ausgebildeten Stator weisen die Statorzähne vorzugsweise von der Statorlängsachse weg. Zwischen zwei Statorzähnen ist jeweils eine Statornut ausgebildet.A plurality of stator teeth are formed in the stator base body, which are preferably arranged distributed uniformly around the circumference of the stator base body. In the case of a stator designed for an internal rotor, the stator teeth preferably point towards the longitudinal axis of the stator; in the case of a stator designed for an external rotor, the stator teeth preferably point away from the longitudinal axis of the stator. A stator slot is formed between two stator teeth.

In den Statornuten sind die Statorleiter angeordnet. Die Statorleiter sind zu sogenannten Statorwicklungen zusammengefasst. Unter einem Statorleiter wird im Rahmen der Erfindung ein elektrisch leitender, insbesondere umfänglich isolierter, Draht, Stab, Pin oder dergleichen verstanden. Eine Statorwicklung weist demnach mehrere Statorleiter auf, welche miteinander elektrisch in Reihe gekoppelt sind. Die Statorleiter weisen vorzugsweise Kupfer oder dergleichen auf. Als Isolator ist eine Lackschicht bevorzugt. Die elektrische Kopplung kann beispielsweise durch Stecken, Schweißen, Löten oder dergleichen ausgebildet sein. Erfindungsgemäß kann die Statorwicklung auch einen gebogenen Statorleiter aufweisen, welcher um mindestens einen Statorzahn derart gewickelt ist, dass dieser mehrmals durch eine Statornut verläuft. Ein Abschnitt der Statorwicklung, welcher von einer Statornut ausgehend wieder in derselben Statornut endet wird im Rahmen der Erfindung als Einzelwicklung bezeichnet. Demnach weist die Statorwicklung eine Mehrzahl von Einzelwicklungen auf. Im Rahmen der Erfindung wird jede Einzelwicklung als einzelner Statorleiter bzw. zwei Statorleiter angesehen.The stator conductors are arranged in the stator slots. The stator conductors are combined into so-called stator windings. In the context of the invention, a stator conductor is understood to be an electrically conductive, in particular circumferentially insulated, wire, rod, pin or the like. A stator winding accordingly has a plurality of stator conductors which are electrically coupled to one another in series. The stator conductors preferably have copper or the like. A lacquer layer is preferred as an insulator. The electrical coupling can be formed, for example, by plugging, welding, soldering or the like. According to the invention, the stator winding can also have a curved stator conductor which is wound around at least one stator tooth in such a way that it runs several times through a stator slot. A section of the stator winding which, starting from a stator slot, ends again in the same stator slot is referred to as an individual winding within the scope of the invention. Accordingly, the stator winding has a plurality of individual windings. In the context of the invention, each individual winding is viewed as an individual stator conductor or two stator conductors.

Die Statorwicklungen sind erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass mindestens ein Kühlfluidkanal innerhalb einer Statorwicklung zwischen zwei Statorleitern der Statorwicklung ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Kühlfluidkanal zentral innerhalb der Statorwicklung angeordnet. Vorzugsweise weist der Stator mehrere derartige Kühlfluidkanäle auf, welche innerhalb derselben Statorwicklung angeordnet sind. Der Kühlfluidkanal weist vorzugsweise einen Kanalquerschnitt auf, welcher einem Leiterquerschnitt der Statorleiter entspricht oder zumindest im Wesentlichen entspricht. Vorzugsweise ist der Kanalquerschnitt größer als der Leiterquerschnitt. Besonders bevorzugt ist der Kanalquerschnitt mindestens doppelt so groß wie der Leiterquerschnitt. Vorzugsweise weist der Kanalquerschnitt eine Außenkontur auf, welche an eine Außenkontur mindestens eines benachbarten Statorleiters angepasst ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Wärmeübergangsfläche zwischen Statorleiter und Kühlfluidkanal auf diese Weise vergrößerbar ist. Überdies ist hierdurch eine Querschnittsfläche des Kühlfluidkanals vergrößerbar, da mehr des zur Verfügung stehenden Raums ausgenutzt ist. Der Kühlfluidkanal ist zum Durchleiten eines Kühlfluids, wie beispielsweise Wasser, Öl oder dergleichen, ausgebildet. Der Kühlfluidkanal weist vorzugsweise eine Kanalwandung auf, welche für das im Kühlfluidkanal angeordnete Kühlfluid vorzugsweise undurchlässig ausgebildet ist. Der Stator weist vorzugsweise Kanalschnittstellen zum fluidkommunizierenden Koppeln des Kühlfluidkanals mit einem Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlfluids und/oder einer Kühlfluidpumpe zum Fördern des Kühlfluids auf. Auf diese Weise ist ein Kühlfluidkreislauf herstellbar.According to the invention, the stator windings are designed in such a way that at least one cooling fluid channel is formed within a stator winding between two stator conductors of the stator winding. The cooling fluid channel is preferably arranged centrally within the stator winding. The stator preferably has a plurality of such cooling fluid channels which are arranged within the same stator winding. The cooling fluid channel preferably has a channel cross section which corresponds to or at least substantially corresponds to a conductor cross section of the stator conductors. The channel cross section is preferably larger than the conductor cross section. The channel cross-section is particularly preferably at least twice as large as the conductor cross-section. The channel cross section preferably has an outer contour which is adapted to an outer contour of at least one adjacent stator conductor. This has the advantage that a heat transfer area between the stator conductor and the cooling fluid channel can be enlarged in this way. In addition, a cross-sectional area of the cooling fluid channel can be enlarged as a result, since more of the available space is used. The cooling fluid channel is designed to pass through a cooling fluid, such as, for example, water, oil or the like. The cooling fluid channel preferably has a channel wall which is preferably impermeable to the cooling fluid arranged in the cooling fluid channel. The stator preferably has channel interfaces for fluid-communicating coupling of the cooling fluid channel to a heat exchanger for cooling the cooling fluid and / or a cooling fluid pump for conveying the cooling fluid. In this way, a cooling fluid circuit can be produced.

Ein erfindungsgemäßer Stator für eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug hat gegenüber herkömmlichen Statoren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine verbesserte Kühlung der Statorwicklung bereitgestellt ist. Während bei herkömmlichen Statoren eine Kühlung des Statorgrundkörpers, der Wickelköpfe oder der Außenfläche der Statorwicklung erfolgt, ist bei dem erfindungsgemäßen Stator eine Kühlung im Inneren der Statorwicklung zwischen den Statorleitern der Statorwicklung möglich. Auf diese Weise ist eine Überhitzung der Statorwicklung aufgrund der direkten Kühlung zwischen den Statorleitern wesentlich besser vermeidbar als bei herkömmlichen Statoren.A stator according to the invention for an electric machine for a motor vehicle has the advantage over conventional stators that improved cooling of the stator winding is provided with simple means and in a cost-effective manner. While the stator base body, the end windings or the outer surface of the stator winding are cooled in conventional stators, the stator according to the invention is cooled possible inside the stator winding between the stator conductors of the stator winding. In this way, overheating of the stator winding due to the direct cooling between the stator conductors can be avoided much better than with conventional stators.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Stator vorgesehen sein, dass der Kühlfluidkanal eine Kanalwandung aus einem elektrisch isolierenden Wandungsmaterial aufweist. Weiter bevorzugt weist die Kanalwandung ein Wandungsmaterial mit einer besonders hohen Wärmeleitfähigkeit auf. Das Wandungsmaterial weist beispielsweise ein Harz auf. Vorzugsweise ist die Kanalwandung fluiddicht ausgebildet, sodass ein Austreten von Kühlfluid aus dem Kühlfluidkanal vermeidbar ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise das Risiko eines Kurzschlusses zwischen zwei benachbarten Statorleitern reduziert ist.According to a preferred further development of the invention, it can be provided in a stator that the cooling fluid channel has a channel wall made of an electrically insulating wall material. More preferably, the channel wall has a wall material with a particularly high thermal conductivity. The wall material comprises a resin, for example. The channel wall is preferably designed to be fluid-tight, so that an escape of cooling fluid from the cooling fluid channel can be avoided. This has the advantage that the risk of a short circuit between two adjacent stator conductors is reduced with simple means and in a cost-effective manner.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Wandungsmaterial Papier aufweist. Das Papier kann beispielsweise beschichtet, insbesondere mit einem elektrisch nichtleitenden Beschichtungsmaterial, wie beispielsweise Harz, Lack oder dergleichen, sein. Der Kühlfluidkanal kann beispielsweise durch Falten oder Rollen des Papiers hergestellt sein. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der Kühlfluidkanal herstellbar ist. Überdies hat ein derartiges Wandungsmaterial den Vorteil, dass ein Eindringen einer Vergussmasse zum Vergießen der Statorleiter der Statorwicklung in den Kühlfluidkanal vermeidbar ist.It is preferred according to the invention that the wall material comprises paper. The paper can for example be coated, in particular with an electrically non-conductive coating material such as resin, lacquer or the like. The cooling fluid channel can be produced, for example, by folding or rolling the paper. This has the advantage that the cooling fluid channel can be produced with simple means and in a cost-effective manner. In addition, such a wall material has the advantage that a potting compound for potting the stator conductors of the stator winding can be avoided in the cooling fluid channel.

Weiter bevorzugt sind der Kühlfluidkanal und die Statorleiter gemeinsam von einer Vergussmasse umgossen und/oder die Statorleiter (8) mit Backlack beschichtet. Die Vergussmasse ist vorzugsweise als elektrischer Isolator ausgebildet. Weiter bevorzugt ist die Vergussmasse als thermischer Leiter ausgebildet. Die Vergussmasse ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass Zwischenräume zwischen benachbarten Statorleitern mit Ausnahme des Kühlfluidkanals mit der Vergussmasse ausgefüllt sind. Der Kühlfluidkanal ist vorzugsweise frei von Vergussmasse, wobei die Vergussmasse vorzugsweise an der Kanalwandung anliegt oder die Kanalwandung bildet. Vorzugsweise ist die Vergussmasse zum flüssigen oder zähflüssigen Vergießen ausgebildet. Weiter bevorzugt ist die Vergussmasse ausgebildet, nach dem Vergießen zu einer festen bzw. nicht-flüssigen Masse zu erstarren. Alternativ oder zusätzlich sind die Statorleiter mit Backlack beschichtet. Die Backlack Beschichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass benachbarte Statorleiter gegeneinander elektrisch isoliert sind. Überdies sind Beschichtungen benachbarter Statorleiter miteinander verbunden bzw. verklebt. Eine solche Verbindung ist beispielsweise über eine Aktivierung des Backlacks durch Erwärmen oder chemische Aktivierung und somit Verflüssigen des Backlacks hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Wärmeleitung zwischen den Statorleitern und dem Kühlfluidkanal verbessert ist. Somit ist eine Kühlung des Stators gegenüber herkömmlichen Statoren weiter verbessert.It is further preferred that the cooling fluid channel and the stator conductors are encapsulated jointly by a potting compound and / or the stator conductors ( 8th ) coated with baking varnish. The potting compound is preferably designed as an electrical insulator. The potting compound is also preferably designed as a thermal conductor. The potting compound is preferably designed in such a way that spaces between adjacent stator conductors, with the exception of the cooling fluid channel, are filled with the potting compound. The cooling fluid channel is preferably free of potting compound, the potting compound preferably resting against the channel wall or forming the channel wall. The casting compound is preferably designed for liquid or viscous casting. Furthermore, the potting compound is preferably designed to solidify into a solid or non-liquid compound after pouring. Alternatively or additionally, the stator conductors are coated with baking varnish. The baking lacquer coating is preferably designed in such a way that adjacent stator conductors are electrically insulated from one another. In addition, coatings of adjacent stator conductors are connected or glued to one another. Such a connection is established, for example, by activating the baking varnish by heating or chemical activation and thus liquefying the baking varnish. This has the advantage that heat conduction between the stator conductors and the cooling fluid channel is improved with simple means and in a cost-effective manner. Cooling of the stator is thus further improved compared to conventional stators.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Stator vorgesehen sein, dass die Statorleiter als Hairpins ausgebildet sind. Demnach sind die Statorleiter stabförmig ausgebildet und vorzugsweise an ihren Enden zu der Statorwicklung miteinander verbunden, insbesondere durch Schweißen, wie beispielsweise Punktschweißen, Löten oder dergleichen. Die Hairpins weisen vorzugsweise eine derartige Formstabilität auf, dass eine Formveränderung allein aufgrund der Schwerkraft nicht erfolgt. Gleichwohl ist es bevorzugt, dass die Hairpins durch ein von außen eingebrachtes Biegemoment, insbesondere elastisch sowie plastisch, verbiegbar ausgebildet sind. Die benachbarten Statorleiter, zwischen welchen der Kühlfluidkanal ausgebildet ist, definieren vorzugsweise durch ihre dem Kühlfluidkanal zugewandte Seitenflächen jeweils zumindest einen Teil der Kanalwandung. Das bedeutet, dass eine Form zumindest eines Teils der Kanalwandung durch diese Seitenflächen der Hairpins definiert ist. Vorzugsweise ist der Stator derart ausgebildet, dass mindestens ein Hairpin der Statorwicklung durch den Kühlfluidkanal ersetzt ist, wobei die übrigen Hairpins zur Bildung der Statorwicklung miteinander elektrisch gekoppelt sind. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Kühlfluidkanal mit einer vorgegebenen Ausbildung herstellbar ist.In a particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided for a stator that the stator conductors are designed as hairpins. Accordingly, the stator conductors are rod-shaped and are preferably connected to one another at their ends to form the stator winding, in particular by welding, such as spot welding, soldering or the like. The hairpins preferably have such a dimensional stability that a change in shape does not take place solely due to gravity. Nevertheless, it is preferred that the hairpins are designed to be bendable by an externally introduced bending moment, in particular elastically and plastically. The adjacent stator conductors, between which the cooling fluid channel is formed, preferably each define at least part of the channel wall by their side surfaces facing the cooling fluid channel. This means that a shape of at least part of the channel wall is defined by these side surfaces of the hairpins. The stator is preferably designed in such a way that at least one hairpin of the stator winding is replaced by the cooling fluid channel, the remaining hairpins being electrically coupled to one another to form the stator winding. This has the advantage that a cooling fluid channel with a predetermined design can be produced with simple means and in a cost-effective manner.

Vorzugsweise weist mindestens ein dem Kühlfluidkanal benachbarter Hairpin zur Vergrößerung eines Kanalquerschnitts des Kühlfluidkanals eine dem Kühlfluidkanal zugewandte, sich entlang dem Kühlfluidkanal erstreckende Ausnehmung auf. Besonders bevorzugt weisen sämtliche dem Kühlfluidkanal benachbarte Hairpins eine derartige Ausnehmung auf. Vorzugsweise ist die Ausnehmung mittig oder randseitig am Hairpin ausgebildet. Auf diese Weise ist eine Form des Kühlfluidkanals durch die Hairpins definiert. Die Ausnehmung ist vorzugsweise als Längsnut ausgebildet, welche sich entlang der Rotorlängsachse erstreckt. Vorzugsweise weist die Längsnut zumindest abschnittsweise eine konstante Tiefe und/oder einen konstanten Querschnitt auf. Der Querschnitt der Längsnut ist vorzugsweise halbrund, halboval, rechteckig, rechteckig mit abgerundeten Ecken oder dergleichen ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der Kühlfluidkanal herstellbar ist. Mittels eines derartigen Kühlfluidkanals ist eine besonders vorteilhafte Kühlung der Hairpins der Statorwicklung erzielbar.Preferably, at least one hairpin adjacent to the cooling fluid channel has a recess facing the cooling fluid channel and extending along the cooling fluid channel in order to enlarge a channel cross section of the cooling fluid channel. Particularly preferably, all of the hairpins adjacent to the cooling fluid channel have such a recess. The recess is preferably formed in the center or on the edge of the hairpin. In this way, a shape of the cooling fluid channel is defined by the hairpins. The recess is preferably designed as a longitudinal groove which extends along the longitudinal axis of the rotor. The longitudinal groove preferably has a constant depth and / or a constant cross section, at least in sections. The cross section of the longitudinal groove is preferably semicircular, semi-oval, rectangular, rectangular with rounded corners or the like. This has the advantage that the cooling fluid channel can be produced with simple means and in a cost-effective manner. By means of such a cooling fluid channel is a particularly advantageous cooling of the hairpins of the stator winding can be achieved.

Besonders bevorzugt weist ein die Statornut seitlich begrenzender Statorzahn zur Vergrößerung eines Kanalquerschnitts des Kühlfluidkanals eine sich entlang der Statorlängsachse erstreckende seitliche Ausnehmung auf. Demnach ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Kühlfluidkanal einer Flanke des Statorzahns benachbart angeordnet, sodass ein Teil des Kanalquerschnitts des Kühlfluidkanals durch die Flanke des Statorzahns, insbesondere durch die Ausnehmung definiert oder gebildet ist. Die Ausnehmung ist vorzugsweise als Längsnut ausgebildet, welche sich entlang der Rotorlängsachse erstreckt. Vorzugsweise weist die Längsnut zumindest abschnittsweise eine konstante Tiefe und/oder einen konstanten Querschnitt auf. Der Querschnitt der Längsnut ist vorzugsweise halbrund, halboval, rechteckig, rechteckig mit abgerundeten Ecken oder dergleichen ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Kühlmittelkanal für eine verbesserte Kühlung der Statorwicklung bereitgestellt ist.Particularly preferably, a stator tooth laterally delimiting the stator groove has a lateral recess extending along the longitudinal axis of the stator in order to enlarge a channel cross section of the cooling fluid channel. Accordingly, in this preferred embodiment of the invention, the cooling fluid channel is arranged adjacent to a flank of the stator tooth, so that part of the channel cross section of the cooling fluid channel is defined or formed by the flank of the stator tooth, in particular by the recess. The recess is preferably designed as a longitudinal groove which extends along the longitudinal axis of the rotor. The longitudinal groove preferably has a constant depth and / or a constant cross section, at least in sections. The cross section of the longitudinal groove is preferably semicircular, semi-oval, rectangular, rectangular with rounded corners or the like. This has the advantage that a coolant channel for improved cooling of the stator winding is provided with simple means and in a cost-effective manner.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug gelöst. Die Elektromaschine weist einen rotierbar gelagerten Rotor auf. Erfindungsgemäß weist die Elektromaschine einen erfindungsgemäßen Stator auf. Der Rotor ist beispielsweise als innerhalb des Stators angeordneter Innenläufer oder als den Stator umgebender Außenläufer ausgebildet. Der Stator ist vorzugsweise mit einer Kühlmittelpumpe zum Fördern des Kühlfluids und einem Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlfluids fluidkommunizierend gekoppelt.According to a second aspect of the invention, the object is achieved by an electric machine for a motor vehicle. The electric machine has a rotatably mounted rotor. According to the invention, the electric machine has a stator according to the invention. The rotor is designed, for example, as an internal rotor arranged inside the stator or as an external rotor surrounding the stator. The stator is preferably coupled in a fluid-communicating manner to a coolant pump for conveying the cooling fluid and a heat exchanger for cooling the cooling fluid.

Bei der erfindungsgemäßen Elektromaschine ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Stator gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat die erfindungsgemäße Elektromaschine gegenüber herkömmlichen Elektromaschinen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine verbesserte Kühlung der Statorwicklung bereitgestellt ist. Während bei herkömmlichen Elektromaschinen eine Kühlung des Statorgrundkörpers, der Wickelköpfe oder der Außenfläche der Statorwicklung erfolgt, ist bei der erfindungsgemäßen Elektromaschine eine Kühlung im Inneren der Statorwicklung zwischen den Statorleitern der Statorwicklung möglich. Auf diese Weise ist eine Überhitzung der Statorwicklung aufgrund der direkten Kühlung zwischen den Statorleitern wesentlich besser vermeidbar als bei herkömmlichen Elektromaschinen.The electric machine according to the invention has all the advantages that have already been described for a stator according to the first aspect of the invention. Accordingly, the electric machine according to the invention has the advantage over conventional electric machines that improved cooling of the stator winding is provided with simple means and in a cost-effective manner. While cooling of the stator base body, the end windings or the outer surface of the stator winding takes place in conventional electrical machines, cooling in the interior of the stator winding between the stator conductors of the stator winding is possible in the electrical machine according to the invention. In this way, overheating of the stator winding due to the direct cooling between the stator conductors can be avoided much better than with conventional electrical machines.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einer Elektromaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs gelöst. Erfindungsgemäß ist die Elektromaschine als erfindungsgemäße Elektromaschine ausgebildet.According to a third aspect of the invention, the object is achieved by a motor vehicle with an electric machine for driving the motor vehicle. According to the invention, the electric machine is designed as an electric machine according to the invention.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Stator gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einer Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine verbesserte Kühlung der Statorwicklung bereitgestellt ist. Während bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen eine Kühlung des Statorgrundkörpers, der Wickelköpfe oder der Außenfläche der Statorwicklung erfolgt, ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug eine Kühlung im Inneren der Statorwicklung zwischen den Statorleitern der Statorwicklung möglich. Auf diese Weise ist eine Überhitzung der Statorwicklung aufgrund der direkten Kühlung zwischen den Statorleitern wesentlich besser vermeidbar als bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen.The motor vehicle according to the invention has all the advantages that have already been described for a stator according to the first aspect of the invention and for an electric machine according to the second aspect of the invention. Accordingly, the motor vehicle according to the invention has the advantage over conventional motor vehicles that improved cooling of the stator winding is provided with simple means and in a cost-effective manner. While the stator base body, the end windings or the outer surface of the stator winding are cooled in conventional motor vehicles, cooling in the interior of the stator winding between the stator conductors of the stator winding is possible in the motor vehicle according to the invention. In this way, overheating of the stator winding due to the direct cooling between the stator conductors can be avoided much better than in conventional motor vehicles.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stators gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen eines sich entlang einer Statorlängsachse erstreckenden Statorgrundkörpers mit Statornuten,
- Anordnen von Statorleitern in den Statornuten,
- Anordnen einer Kanalwandung zum Bilden eines Kühlfluidkanals in mindestens einer Statornut zwischen zwei benachbarten Statorleitern, und
- Ausfüllen von Zwischenräumen in der Statornut zwischen benachbarten Statorleitern sowie zwischen Statorleitern und der Kanalwandung mit einem Füllmaterial.

According to a fourth aspect of the invention, the object is achieved by a method for producing a stator according to the invention. The procedure consists of the following steps:

- Provision of a stator base body with stator slots extending along a longitudinal axis of the stator,
- arranging stator conductors in the stator slots,
Arranging a channel wall for forming a cooling fluid channel in at least one stator slot between two adjacent stator conductors, and
- Filling gaps in the stator between adjacent stator conductors and between stator conductors and the duct wall with a filler material.

Zunächst wird der Statorgrundkörper bereitgestellt. Der Statorgrundkörper erstreckt sich entlang der Statorlängsachse und weist vorzugsweise ein Elektroblech auf oder ist aus einem oder mehreren Elektroblechen gebildet. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Statorgrundkörper eine Vielzahl hintereinander angeordneter Blechscheiben aufweist, welche vorzugsweise zueinander elektrisch isoliert und weiter bevorzugt miteinander verklebt sind, beispielsweise mittels Backlack, Harz oder dergleichen. In dem Statorgrundkörper sind vorzugsweise mehrere Statorzähne ausgebildet, welche vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang des Statorgrundkörpers verteilt angeordnet sind. Bei einem für einen Innenläufer ausgebildeten Stator weisen die Statorzähne vorzugsweise zur Statorlängsachse hin, bei einem für einen Außenläufer ausgebildeten Stator weisen die Statorzähne vorzugsweise von der Statorlängsachse weg. Zwischen zwei Statorzähnen ist vorzugsweise jeweils eine Statornut ausgebildet.First, the stator base body is provided. The stator base body extends along the longitudinal axis of the stator and preferably has an electrical steel sheet or is formed from one or more electrical steel sheets. It can be provided according to the invention that the stator base body has a plurality of sheet metal disks arranged one behind the other, which are preferably electrically insulated from one another and more preferably glued to one another, for example by means of baking varnish, resin or the like. A plurality of stator teeth are preferably formed in the stator base body, which are preferably arranged distributed uniformly around the circumference of the stator base body. In the case of a stator designed for an internal rotor, the stator teeth preferably point towards the longitudinal axis of the stator, in the case of a stator designed for an external rotor the stator teeth preferably point away from the longitudinal axis of the stator. A stator slot is preferably formed between two stator teeth.

Anschließend werden die Statorleiter in den Statornuten angeordnet. Die Statorleiter können beispielsweise als zusammenhängender Wickeldraht oder einzelne Hairpins bereitgestellt und in den Statornuten angeordnet werden. Das Anordnen eines Wickeldrahts in den Statornuten erfolgt beispielsweise durch Wickeln. Das Anordnen von Hairpins in den Statornuten erfolgt beispielsweise durch axiales Einstecken, radiales Einlegen oder dergleichen. Hairpins werden anschließend miteinander zur Bildung der Statorwicklung miteinander elektrisch gekoppelt, insbesondere durch Schweißen, Löten oder dergleichen.The stator conductors are then arranged in the stator slots. The stator conductors can be provided, for example, as a coherent winding wire or individual hairpins and arranged in the stator slots. A winding wire is arranged in the stator slots, for example, by winding. Hairpins are arranged in the stator slots, for example, by axial insertion, radial insertion or the like. Hairpins are then electrically coupled to one another to form the stator winding, in particular by welding, soldering or the like.

In mindestens einer Statornut wird die Kanalwandung zum Bilden des Kühlfluidkanals zwischen zwei benachbarten Statorleitern angeordnet. Hierbei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zuerst ein erster Statorleiter, anschließend die Kanalwandung und schließlich ein zweiter Statorleiter in die Statornut eingebracht wird. Die Kanalwandung weist vorzugsweise ein elektrisch isolierendes Wandungsmaterial, wie beispielsweise Papier, Harz oder dergleichen, auf. Es ist bevorzugt, dass die Kanalwandung in axialer Richtung den Statorgrundkörper überragt und/oder ein Ende oder beide Enden des Kühlfluidkanals verschlossen sind. Auf diese Weise wird verhindert, dass Vergussmasse vor dem Aushärten in den Kühlfluidkanal eindringt.The duct wall for forming the cooling fluid duct is arranged in at least one stator slot between two adjacent stator conductors. It can be provided according to the invention that first a first stator conductor, then the duct wall and finally a second stator conductor is introduced into the stator slot. The channel wall preferably has an electrically insulating wall material, such as paper, resin or the like, for example. It is preferred that the duct wall protrudes beyond the stator base body in the axial direction and / or one end or both ends of the cooling fluid duct are closed. In this way, it is prevented that the casting compound penetrates into the cooling fluid channel before it hardens.

Schließlich werden Zwischenräumen in der Statornut zwischen benachbarten Statorleitern sowie zwischen Statorleitern und der Kanalwandung mit einem Füllmaterial ausgefüllt. Vorzugsweise wird die Statornut hierbei mit einem als Vergussmasse ausgebildeten Füllmaterial derart befüllt, dass die Zwischenräume zwischen den Statorleitern sowie der Kanalwandung ausgefüllt bzw. zumindest teilweise ausgefüllt werden. Das Befüllen kann beispielsweise als Imprägnieren, Tränken oder dergleichen erfolgen. Somit werden hierbei beispielsweise Zwischenräume zwischen benachbarten Statorleitern und/oder Zwischenräume zwischen Statorleitern und der Kanalwandung mit Vergussmasse ausgefüllt. Das Befüllen mittels der Vergussmasse erfolgt vorzugsweise derart, dass keine Vergussmasse in den Kühlfluidkanal eindringt. Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die Zwischenräume der Statornut hierbei zunächst komplett mit der Vergussmasse befüllt und die überschüssige Vergussmasse aus der Statornut entfernt wird, insbesondere durch Ausblasen. Bei einer axial überstehenden Kanalwandung wird die Kanalwandung vorzugsweise nach dem Erstarren der Vergussmasse gekürzt, besonders bevorzugt erfolgt das Kürzen bis zu einer axialen Ausbildung des Statorgrundkörpers. Sofern Enden des Kühlfluidkanals verschlossen sind, werden die verschlossenen Enden vorzugsweise nach dem Erstarren der Vergussmasse geöffnet. Alternativ oder zusätzlich werden hierbei die Zwischenräume mit einem als Backlack ausgebildeten Füllmaterial ausgefüllt. Der Backlack ist vorzugsweise als Beschichtung an den Statorleitern angeordnet und wird derart thermisch und/oder chemisch aktiviert, dass der Backlack benachbarter Statorleiter eine gemeinsame Phase bildet und somit die Zwischenräume ausfüllt oder zumindest teilweise ausfüllt.Finally, spaces in the stator between adjacent stator conductors and between stator conductors and the duct wall are filled with a filler material. In this case, the stator groove is preferably filled with a filler material designed as a potting compound in such a way that the spaces between the stator conductors and the duct wall are filled or at least partially filled. Filling can take place, for example, as impregnation, soaking or the like. Thus, for example, spaces between adjacent stator conductors and / or spaces between stator conductors and the duct wall are filled with potting compound. The filling by means of the potting compound is preferably carried out in such a way that no potting compound penetrates the cooling fluid channel. According to the invention, it can also be provided that the interstices of the stator slot are initially completely filled with the potting compound and the excess potting compound is removed from the stator slot, in particular by blowing it out. In the case of an axially protruding channel wall, the channel wall is preferably shortened after the casting compound has solidified; it is particularly preferable for the shortening to take place until the stator base body is axially formed. If ends of the cooling fluid channel are closed, the closed ends are preferably opened after the potting compound has solidified. As an alternative or in addition, the gaps are filled with a filler material designed as a baking varnish. The baking varnish is preferably arranged as a coating on the stator conductors and is activated thermally and / or chemically in such a way that the baking varnish of adjacent stator conductors forms a common phase and thus fills or at least partially fills the spaces.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Stator gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, zu einer Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sowie zu einem Kraftfahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Stator herstellbar ist, welcher eine verbesserte Kühlung der Statorwicklung aufweist. Während bei herkömmlichen Verfahren Statoren herstellbar sind, bei welchen eine Kühlung des Statorgrundkörpers, der Wickelköpfe oder der Außenfläche der Statorwicklung erfolgt, ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Stator herstellbar, bei welchem eine Kühlung im Inneren der Statorwicklung zwischen den Statorleitern der Statorwicklung möglich ist. Auf diese Weise ist eine Überhitzung der Statorwicklung aufgrund der direkten Kühlung zwischen den Statorleitern wesentlich besser vermeidbar als bei herkömmlichen Statoren.The method according to the invention results in all the advantages that have already been described for a stator according to the first aspect of the invention, for an electric machine according to the second aspect of the invention and for a motor vehicle according to the third aspect of the invention. Accordingly, the method according to the invention has the advantage over conventional methods that a stator can be produced using simple means and in a cost-effective manner, which stator has improved cooling of the stator winding. While conventional methods can produce stators in which the stator base body, the end windings or the outer surface of the stator winding are cooled, the method according to the invention can be used to produce a stator in which cooling is possible inside the stator winding between the stator conductors of the stator winding. In this way, overheating of the stator winding due to the direct cooling between the stator conductors can be avoided much better than with conventional stators.

Ein erfindungsgemäßer Stator, eine erfindungsgemäße Elektromaschine, ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

1 in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt einer Elektromaschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
2 in einer Schnittdarstellung eine Statornut einer bevorzugten ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators,
3 in einer Schnittdarstellung eine Statornut einer bevorzugten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators,
4 in einer Schnittdarstellung eine Statornut einer bevorzugten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators,
5 in einer Schnittdarstellung eine Statornut einer bevorzugten vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators,
6 in einer Schnittdarstellung eine Statornut einer bevorzugten fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators,
7 in einer Schnittdarstellung eine Statornut einer bevorzugten sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators,
8 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
9 in einem Ablaufdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

A stator according to the invention, an electric machine according to the invention, a motor vehicle according to the invention and a method according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings. They each show schematically:

1 in a sectional view a detail of an electric machine according to a preferred embodiment,
2 in a sectional view a stator slot of a preferred first embodiment of a stator according to the invention,
3 in a sectional view a stator slot of a preferred second embodiment of a stator according to the invention,
4th in a sectional view a stator slot of a preferred third embodiment of a stator according to the invention,
5 a sectional view of a stator slot of a preferred fourth embodiment of a stator according to the invention,
6th in a sectional view a stator slot of a preferred fifth embodiment of a stator according to the invention,
7th in a sectional view a stator slot of a preferred sixth embodiment of a stator according to the invention,
8th in a side view a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention, and
9 in a flowchart a preferred embodiment of a method according to the invention.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 9 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are in the 1 until 9 each provided with the same reference numerals.

In 1 ist ein Ausschnitt einer Elektromaschine 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Die Elektromaschine 2 weist einen Rotor 14 sowie einen den Rotor 14 umgebenden erfindungsgemäßen Stator 1 auf, welche innerhalb eines Maschinengehäuses 15 der Elektromaschine 2 angeordnet sind. Der Rotor 14 und der Stator 1 erstrecken sich koaxial zu einer Statorlängsachse 4. Der Stator 1 weist einen Statorgrundkörper 5 auf, in welchem Kühlfluidkanäle 9 angeordnet sind. Eine Anordnung der Kühlfluidkanäle 9 im Stator 1 ist in den 2 bis 7 näher erläutert.In 1 is a section of an electrical machine 2 according to a preferred embodiment shown schematically in a sectional view. The electric machine 2 has a rotor 14th as well as the rotor 14th surrounding stator according to the invention 1 on which inside a machine housing 15th the electric machine 2 are arranged. The rotor 14th and the stator 1 extend coaxially to a stator longitudinal axis 4th . The stator 1 has a stator body 5 on which cooling fluid channels 9 are arranged. An arrangement of the cooling fluid channels 9 in the stator 1 is in the 2 until 7th explained in more detail.

Der Kühlfluidkanal 9 ist über einen Kühlfluideinlass 16 des Stators 1 mit einem Kühlfluid beaufschlagbar. Über einen Kühlfluidauslass 17 des Stators 1 ist das Kühlfluid aus dem Kühlfluidkanal 9 herausleitbar. Um ein Beaufschlagen des Rotors 14 mit Kühlfluid zu vermeiden, weist die Elektromaschine 2 eine Kühlfluiddichtung 18 auf, welche einen Statorraum 19 der Elektromaschine 2 zu einem Rotorraum 20 der Elektromaschine 2 abdichtet. Weitere bevorzugte Komponenten eines Kühlsystems der Elektromaschine 2, wie beispielsweise Kühlfluidleitungen, Wärmetauscher, Kühlfluidpumpen oder dergleichen, sind aus Gründen der besseren Übersicht nicht dargestellt.The cooling fluid channel 9 is via a cooling fluid inlet 16 of the stator 1 can be acted upon with a cooling fluid. Via a cooling fluid outlet 17th of the stator 1 is the cooling fluid from the cooling fluid channel 9 can be led out. To load the rotor 14th Avoid using cooling fluid, instructs the electric machine 2 a cooling fluid seal 18th on which a stator space 19th the electric machine 2 to a rotor space 20th the electric machine 2 seals. Further preferred components of a cooling system of the electric machine 2 such as cooling fluid lines, heat exchangers, cooling fluid pumps or the like are not shown for reasons of clarity.

2 zeigt eine Statornut 6 einer bevorzugten ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators 1 schematisch in einer Schnittdarstellung. Die Statornut 6 ist im Statorgrundkörper 5 ausgebildet. In der Statornut 6 ist eine Statorwicklung 7 angeordnet. Die Statorwicklung 7 weist mehrere als Hairpin 12 ausgebildete Statorleiter 8 auf, welche in der Statornut 6 übereinandergeschichtet angeordnet sind. Zwischen zwei benachbarten Statorleitern 8 ist ein Kühlfluidkanal 9 mit einer Kanalwandung 10 zum direkten Kühlen der Statorleiter 8 angeordnet. Die Kühlfluidkanäle 9 weisen exemplarisch einen rechteckigen Kanalquerschnitt auf. Eine bevorzugte Vergussmasse 11 (vgl. 3) ist nicht dargestellt. 2 shows a stator slot 6th a preferred first embodiment of a stator according to the invention 1 schematically in a sectional view. The stator slot 6th is in the stator body 5 educated. In the stator slot 6th is a stator winding 7th arranged. The stator winding 7th has several as a hairpin 12th trained stator conductors 8th on which in the stator slot 6th are arranged one above the other. Between two adjacent stator conductors 8th is a cooling fluid channel 9 with a canal wall 10 for direct cooling of the stator conductors 8th arranged. The cooling fluid channels 9 have an example of a rectangular channel cross-section. A preferred potting compound 11 (see. 3 ) is not shown.

3 zeigt eine Statornut 6 einer bevorzugten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators 1 schematisch in einer Schnittdarstellung. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die Kanalwandung 10 als gefaltetes Papier, insbesondere beschichtetes Papier, ausgebildet ist. Ferner ist eine in der Statornut 6 verteilte Vergussmasse 11 dargestellt. Die Kühlfluidkanäle 9 weisen exemplarisch einen rechteckigen Kanalquerschnitt auf. 3 shows a stator slot 6th a preferred second embodiment of a stator according to the invention 1 schematically in a sectional view. The second embodiment differs from the first embodiment in that the duct wall 10 is designed as folded paper, in particular coated paper. There is also one in the stator slot 6th distributed potting compound 11 shown. The cooling fluid channels 9 have an example of a rectangular channel cross-section.

4 zeigt eine Statornut 6 einer bevorzugten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators 1 schematisch in einer Schnittdarstellung. Die Statornut 6 ist im Statorgrundkörper 5 ausgebildet. In der Statornut 6 ist eine Statorwicklung 7 angeordnet. Die Statorwicklung 7 weist mehrere als Hairpin 12 ausgebildete Statorleiter 8 auf, welche in der Statornut 6 übereinandergeschichtet angeordnet sind. Benachbarte Statorleiter 8 weisen einander zugewandte zentrale Ausnehmungen 13 auf. Zwischen den Statorleitern 8 sind Kühlfluidkanäle 9 mit Kanalwandungen 10 zum direkten Kühlen der Statorleiter 8 angeordnet. Durch die Ausnehmungen 13 sind Kanalquerschnitte der Kühlmittelkanäle 9 vergrößert. Die Kühlfluidkanäle 9 weisen exemplarisch einen rechteckigen Kanalquerschnitt mit abgerundeten Ecken auf. 4th shows a stator slot 6th a preferred third embodiment of a stator according to the invention 1 schematically in a sectional view. The stator slot 6th is in the stator body 5 educated. In the stator slot 6th is a stator winding 7th arranged. The stator winding 7th has several as a hairpin 12th trained stator conductors 8th on which in the stator slot 6th are arranged one above the other. Adjacent stator conductors 8th have facing central recesses 13th on. Between the stator conductors 8th are cooling fluid channels 9 with duct walls 10 for direct cooling of the stator conductors 8th arranged. Through the recesses 13th are channel cross-sections of the coolant channels 9 enlarged. The cooling fluid channels 9 have an example of a rectangular channel cross-section with rounded corners.

5 zeigt eine Statornut 6 einer bevorzugten vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators 1 schematisch in einer Schnittdarstellung. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform in einer Ausbildung der Ausnehmungen 13 sowie der Kühlfluidkanäle 9. Die Ausnehmungen 13 sind an den Seiten der Statorleiter 8 ausgebildet, sodass zwischen jeweils zwei Statorleitern 8 zwei seitliche Kühlfluidkanäle 9 angeordnet sind. Die Kühlfluidkanäle 9 weisen exemplarisch einen rechteckigen Kanalquerschnitt auf. 5 shows a stator slot 6th a preferred fourth embodiment of a stator according to the invention 1 schematically in a sectional view. The fourth embodiment differs from the third embodiment in a design of the recesses 13th as well as the cooling fluid channels 9 . The recesses 13th are on the sides of the stator conductors 8th formed so that between each two stator conductors 8th two lateral cooling fluid channels 9 are arranged. The cooling fluid channels 9 have an example of a rectangular channel cross-section.

6 zeigt eine Statornut 6 einer bevorzugten fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators 1 schematisch in einer Schnittdarstellung 1. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform in einer Ausbildung der Ausnehmungen 13 sowie der Kühlfluidkanäle 9. Die Ausnehmungen 13 sind an den Seiten der Statornut 6 ausgebildet, sodass zwischen jeweils zwei Statorleitern 8 zwei seitliche Kühlfluidkanäle 9 angeordnet sind. Die Kühlfluidkanäle 9 weisen exemplarisch einen runden Kanalquerschnitt auf. 6th shows a stator slot 6th a preferred fifth embodiment of a stator according to the invention 1 schematically in a sectional view 1 . The fifth embodiment differs from the fourth embodiment in a design of the recesses 13th as well as the cooling fluid channels 9 . The recesses 13th are on the sides of the stator slot 6th formed so that between each two stator conductors 8th two lateral cooling fluid channels 9 are arranged. The cooling fluid channels 9 have an example of a round duct cross-section.

7 zeigt eine Statornut 6 einer bevorzugten sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators 1 schematisch in einer Schnittdarstellung. Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der fünften Ausführungsform darin, dass die Statornut 6 keine Ausnehmungen 13 aufweist. Die Kühlfluidkanäle 9 sind seitlich zwischen zwei benachbarten Statorleitern 8 der Statorwicklung 7 angeordnet und greifen in zwischen den Statorleitern 8 ausgebildeten Zwischenräume ein. 7th shows a stator slot 6th a preferred sixth embodiment of a stator according to the invention 1 schematically in a sectional view. The sixth embodiment is different differs from the fifth embodiment in that the stator slot 6th no recesses 13th having. The cooling fluid channels 9 are laterally between two adjacent stator conductors 8th the stator winding 7th arranged and engage in between the stator conductors 8th formed spaces.

In 8 zeigt ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 3 schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Das Kraftfahrzeug 3 weist eine erfindungsgemäße Elektromaschine 2 zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 3 auf.In 8th shows is a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention 3 shown schematically in a side view. The car 3 has an electric machine according to the invention 2 for driving the motor vehicle 3 on.

9 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Stators 1 schematisch in einem Ablaufdiagramm. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird ein Statornuten 6 aufweisender, sich entlang einer Statorlängsachse 4 erstreckender Statorgrundkörper 5 bereitgestellt. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 werden Statorleiter 8 in den Statornuten 6 zu einer Statorwicklung 7 angeordnet. Dabei wird in einem dritten Verfahrensschritt 300 eine Kanalwandung 10 zum Bilden eines Kühlfluidkanals 9 in mindestens einer Statornut 6 zwischen zwei benachbarten Statorleitern 8 angeordnet. In einem vierten Verfahrensschritt 400 wird die Statornut 6 mit einer Vergussmasse 11 derart befüllt, dass zwischen den Statorleitern 8 sowie der Kanalwandung 10 ausgebildete Zwischenräume mit der Vergussmasse 11 ausgefüllt werden. Anschließend wird die Vergussmasse 11 ausgehärtet. 9 shows a preferred embodiment of a method according to the invention for producing a stator 1 schematically in a flow chart. In a first process step 100 becomes a stator slot 6th having, along a stator longitudinal axis 4th extending stator body 5 provided. In a second process step 200 become stator conductors 8th in the stator slots 6th to a stator winding 7th arranged. In a third process step 300 a canal wall 10 to form a cooling fluid channel 9 in at least one stator slot 6th between two adjacent stator conductors 8th arranged. In a fourth process step 400 becomes the stator slot 6th with a potting compound 11 filled in such a way that between the stator conductors 8th as well as the canal wall 10 formed spaces with the potting compound 11 fill out. Then the potting compound 11 hardened.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Statorstator
22: ElektromaschineElectric machine
33: KraftfahrzeugMotor vehicle
44th: StatorlängsachseStator longitudinal axis
55: StatorgrundkörperStator body
66th: StatornutStator slot
77th: StatorwicklungStator winding
88th: StatorleiterStator conductor
99: KühlfluidkanalCooling fluid channel
1010: KanalwandungCanal wall
1111: VergussmassePotting compound
1212th: HairpinHairpin
1313th: AusnehmungRecess
1414th: Rotorrotor
1515th: MaschinengehäuseMachine housing
1616: KühlfluideinlassCooling fluid inlet
1717th: KühlfluidauslassCooling fluid outlet
1818th: KühlfluiddichtungCooling fluid seal
1919th: StatorraumStator space
2020th: Rotorraum Rotor space
100100: erster Verfahrensschrittfirst procedural step
200200: zweiter Verfahrensschrittsecond procedural step
300300: dritter Verfahrensschrittthird process step
400400: vierter Verfahrensschrittfourth procedural step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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DE 102012217711 A1 [0005]
DE 102017211317 A1 [0005]

Claims

Stator (1) for an electric machine (2) for a motor vehicle (3), having a stator longitudinal axis (4) and a stator base body (5) extending along the stator longitudinal axis (4) with a plurality of stator slots (6) and a plurality of in the stator slots (6) arranged in stator windings (7), characterized in that between at least two immediately adjacent stator conductors (8) of a stator winding (7) in a stator slot (6) a cooling fluid channel (9) for passing a cooling fluid is formed is.

Stator (1) Claim 1 , characterized in that the cooling fluid channel (9) has a channel wall (10) made of an electrically insulating wall material.

Stator (1) Claim 2 , characterized in that the wall material comprises paper.

Stator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling fluid channel (9) and the stator conductors (8) are jointly encapsulated by a potting compound (11) and / or that the stator conductors (8) are coated with baking varnish.

Stator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator conductors (8) are designed as hairpins (12).

Stator (1) Claim 5 , characterized in that at least one hairpin (12) adjacent to the cooling fluid channel (9) has a recess (13) facing the cooling fluid channel (9) and extending along the cooling fluid channel (9) to enlarge a channel cross section of the cooling fluid channel (9).

Stator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a stator tooth (14) laterally delimiting the stator groove (6) has a lateral recess (13) extending along the longitudinal axis (4) of the channel cross-section of the cooling fluid channel (9) .

Electric machine (2) for a motor vehicle (3), having a rotor (14), characterized in that the electric machine (2) has a stator (1) according to one of the preceding claims.

Motor vehicle (3), having an electric machine (2) for driving the motor vehicle (3), characterized in that the electric machine (2) as an electric machine (2) according to Claim 8 is trained.

Process for producing a stator (1) according to one of the Claims 1 until 7th , comprising the following steps: - providing a stator base body (5) extending along a stator longitudinal axis (4) with stator slots (6), - arranging stator conductors (8) in the stator slots (6), - arranging a duct wall (10) for forming a cooling fluid channel (9) in at least one stator groove (6) between two adjacent stator conductors (8), and - filling of gaps in the stator groove (6) between adjacent stator conductors (8) and between stator conductors (8) and the duct wall (10) with a filler material.