-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer Statorwicklung und einem Statorkern, der mehrere Statornuten umfasst, in denen jeweils mehrere Wicklungsleiter der Statorwicklung aufgenommen sind, wobei die Statornuten jeweils eine Statornutöffnung aufweisen und wobei an einer Innenkontur der Statornuten jeweils ein Isolatorelement derart angeordnet ist, dass es die in der jeweiligen Statornut aufgenommenen Wicklungsleiter umschließt. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine.
-
Eine derartige elektrische Maschine, die als Traktionsmotor in einem Fahrzeug verwendet wird, ist aus der
DE 10 2017 221 799 A1 bekannt. Diese elektrische Maschine umfasst ein erstes Isolatorelement mit einem offenen Querschnitt, welches in unmittelbarem Kontakt zu der Innenkontur der jeweiligen Statornut angeordnet ist. Dieses erste Isolatorelement ist zu der Statornutöffnung hin geöffnet. In den Statornuten sind Wicklungsleiter aufgenommen, die mit einem weiteren Isolationsmaterial umgossen sind. In die Statornutöffnung ist ferner ein zweites Isolatorelement eingebracht, um einen Kühlkanal zu bilden, mittels welchem die in der Statornut angenommenen Wicklungsleiter gekühlt werden können.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, eine elektrische Maschine anzugeben, die eine effizientere Kühlung ermöglicht.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird eine elektrische Maschine mit einer Statorwicklung und einem Statorkern vorgeschlagen, der mehrere Statornuten umfasst, in denen jeweils mehrere Wicklungsleiter der Statorwicklung aufgenommen sind, wobei die Statornuten jeweils eine Statornutöffnung aufweisen und wobei an einer Innenkontur der Statornuten jeweils ein Isolatorelement derart angeordnet ist, dass es die in der jeweiligen Statornut aufgenommenen Wicklungsleiter umschließt, wobei das Isolatorelement einen geschlossen Querschnitt aufweist und zu der Statornutöffnung hin eine Ausstülpung umfasst, um einen Kühlkanal zwischen einer Innenwandung des Isolatorelements und einem Wicklungsleiter der Statorwicklung zu bilden.
-
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine weist das Isolatorelement einen geschlossenen Querschnitt mit einer Ausstülpung auf, die einen Kühlkanal bildet. Der Kühlkanal ist einerseits durch die Innenwandung des Isolatorelements und andererseits durch eine Außenkontur eines Wicklungsleiter der Statorwicklung begrenzt. Insofern kann das in dem Kühlkanal geführte Kühlmittel in Kontakt mit dem Wicklungsleiter treten. Hierdurch wird der Wärmeübergang zwischen Wicklungsleiter und Kühlmittel verbessert. Insgesamt ergibt sich eine elektrische Maschine, die effizienter gekühlt werden kann.
-
Der Statorkern der elektrischen Maschine kann beispielsweise als Blechpaket ausgebildet sein. Bevorzugt weist der Statorkern eine hohlzylindrische Gestalt auf. Die Statornuten sind besonders bevorzugt derart angeordnet, dass sie eine Tiefe in radialer Richtung bezüglich einer Längsachse des hohlzylindrischen Statorkerns aufweisen, d.h. in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse. Die Statornutöffnung kann an einer Innenseite des hohlzylindrischen Statorkerns angeordnet sein. Alternativ kann die Statornutöffnung an einer Außenseite des hohlzylindrischen Statorkerns angeordnet sein. Die Statornuten sind bevorzugt auch zu den Stirnseiten des hohlzylindrischen Statorkerns hin offen ausgestaltet, so dass das Isolatorelement mit geschlossenem Querschnitt von einer der offenen Stirnseiten her in die Statornut eingebracht werden kann.
-
Der geschlossene Querschnitt des Isolatorelements ist bevorzugt in einer Querschnittsebene angeordnet, die parallel zu einer radialen Richtung des Statorkerns angeordnet ist. Insofern ist die Querschnittsebene bevorzugt senkrecht zu einer Drehrichtung der elektrischen Maschine angeordnet, insbesondere senkrecht zu einer Drehrichtung eines Rotors der elektrischen Maschine. Somit kann durch die Ausstülpung des Isolatorelements ein Kühlkanal gebildet werden, der in axialer Richtung der elektrischen Maschine verlaufend angeordnet ist. Die Kühlkanäle unterschiedlicher Statornuten können über einen Verbindungskanal, der bevorzugt an einer Stirnseite des Statorkern angeordnet ist, derart miteinander verbunden sein, dass sie von demselben Kühlmittel hintereinander durchströmt werden können.
-
Die Wicklungsleiter der Statorwicklung umfassen bevorzugt eine Primärisolation. Die Primärisolation kann beispielsweise als Beschichtung auf der Oberfläche der Wicklungsleiter vorgesehen sein. Die Beschichtung besteht bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material. Bevorzugt sind die Wicklungsleiter als Hairpin-Wicklungsleiter ausgebildet.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Isolatorelement einstückig ausgebildet, insbesondere aus einem einzigen Isolationsmaterial. Bei dem Isolationsmaterial handelt es sich bevorzugt um ein elektrisch isolierendes Isolationsmaterial. Das Isolationsmaterial kann beispielsweise ein Kunststoff oder eine Keramik sein.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Statornuten einen von der Statornutöffnung beabstandeten Aufnahmebereich aufweisen, in welchem die Wicklungsleiter angeordnet sind, wobei die Statornuten im Bereich der Statornutöffnung eine geringere Breite aufweisen als in dem Aufnahmebereich. Insofern kann sich die jeweilige Statornut zu dem Aufnahmebereich hin aufweiten. Bevorzugt ist im Übergangsbereich zwischen dem Aufnahmebereich und dem Bereich der Statornutöffnung eine Stufe angeordnet. Besonders bevorzugt sind in dem Übergangsbereich zwei Stufen auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Nut angeordnet.
-
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Ausstülpung eine Breite aufweist, die der Breite der Statornut im Bereich der Statornutöffnung entspricht. Bei einer derartigen Ausgestaltung, kann die Ausstülpung des Isolatorelements die Statornutöffnung vollständig ausfüllen. Insofern kann die Statornutöffnung durch die Ausstülpung vollständig verschlossen sein.
-
Bevorzugt weist die Ausstülpung eine Länge auf, die einer Länge des Stators oder mehr entspricht. Die Länge des Stators ist die Ausdehnung des Stators in Richtung der Drehachse der elektrischen Maschine.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine sieht vor, dass diese ein Spaltrohr aufweist, wobei die Statornutöffnungen jeweils an das Spaltrohr angrenzen. Eine derartige elektrische Maschine kann auch als Spaltrohrmaschine bzw. Spaltrohrmotor bezeichnet werden. Das Spaltrohr kann einen Rotorraum der elektrischen Maschine, in welcher ein Rotor der elektrischen Maschine angeordnet ist, flüssigkeitsdicht von dem Stator trennen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt das Isolatorelement an der Innenkontur der jeweiligen Statornut an. Insofern kann das Isolatorelement in direktem Kontakt mit dem Material des Statorkerns stehen. Das Isolatorelement kann beispielsweise an den Statorkern angespritzt sein oder als Beschichtung an der Innenkontur der Statornuten ausgebildet sein. Alternativ kann das Isolatorelement vorgefertigt sein und als Ganzes in die Statornut eingebracht worden sein, beispielsweise von einer Stirnseite des Stators aus in die Statornut eingebracht worden sein.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt die Ausstülpung des Isolatorelements an dem Spaltrohr an, insbesondere an einer Außenkontur des Spaltrohrs. Durch den direkten Kontakt zwischen dem Isolatorelement und dem Spaltrohr kann der Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel und dem Rotorraum verbessert werden.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Isolatorelement eine Einstülpung aufweist, die insbesondere auf einer der Statornutöffnung gegenüberliegenden Bodenseite der Statornut angeordnet ist. Durch eine derartige Einstülpung kann eine Vorspannungskraft auf die Wicklungsleiter innerhalb der Statornut ausgeübt werden. So kann eine an der Bodenseite der Statornuten angeordnete Einstülpung die Wicklungsleiter innerhalb der Statornuten in Richtung der Statornutöffnung vorspannen, sodass unerwünschte Bewegungen der Wicklungsleiter innerhalb der Statornut vermieden werden können.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer vorstehend beschriebenen elektrischen Maschine. Bei dem Fahrzeug können dieselben Vorteile erreicht werden, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine beschrieben worden sind.
-
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug handeln. Die elektrische Maschine kann einen Traktionsmotor des Fahrzeugs bilden.
-
Die im Zusammenhang mit der elektrischen Maschine beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Merkmale können allein oder in Kombination auch bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug Anwendung finden.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Hierin zeigt:
- 1 eine Statornut einer elektrischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung;
- 2 eine Statornut einer elektrischen Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung; und
- 3 ein Fahrzeug gemäß der Erfindung in einer schematischen Darstellung.
-
Die Darstellung in 1 zeigt eine Statornut 4 in einem hohlzylindrischen Statorkern 2 einer elektrischen Maschine 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Bildebene entspricht einer Schnittebene, welche parallel zu einer radialen Richtung R der elektrischen Maschine 1 angeordnet ist, also senkrecht zu einer Drehachse eines nicht gezeigten Rotors der elektrischen Maschine 1. Die Statornut 4 erstreckt sich im Wesentlichen in der radialen Richtung R. Zusätzlich zu der dargestellten Statornut 4 umfasst der Statorkern 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel weitere Statornuten, die identisch ausgebildet und in 1 nicht dargestellt sind.
-
Die Statornuten 4 umfassen jeweils einen Aufnahmebereich 4.1 mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. In dem Aufnahmebereich 4.1 sind insgesamt sechs Wicklungsleiter 10 der Statorwicklung 11 angeordnet. Die Wicklungsleiter 10 sind als Hairpin-Wicklungsleiter mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet und weisen jeweils an ihrer Außenseite eine Primärisolation 7 auf. Die Primärisolation 7 der Wicklungsleiter 10 ist als Beschichtung, insbesondere als Lackbeschichtung ausgestaltet. Ferner umfassen die Statornuten 4 jeweils eine Statornutöffnung 4.2, die in radialer Richtung R innenliegend an dem Statorkern 2 angeordnet ist. Insofern handelt es sich bei der hier gezeigten elektrischen Maschine 1 um eine Innenläufermaschine, d. h. der Statorkern 2 der elektrischen Maschine 1 umfasst den sich gegenüber dem Statorkern 2 drehenden Rotor vollumfänglich.
-
Der Statorkern 2 der elektrischen Maschine 1 ist von einem Rotorraum 20, in welchem sich der sich drehende Rotor der elektrischen Maschine 1 befindet, durch ein Spaltrohr 3 getrennt. Das Spaltrohr 3 liegt an der Innenseite des Statorkerns 2 an.
-
Innerhalb der Statornut 4 ist ein Isolatorelement 5 angeordnet, welches eine zusätzliche elektrische Isolation, eine sogenannte Sekundärisolation, bildet. Das Isolatorelement 5 weist einen geschlossenen Querschnitt auf und liegt an der Innenkontur der Statornut 4 an. Im Bereich der Statornutöffnung 4.2 bildet das Isolatorelement 5 eine Ausstülpung 5.1, durch welche einen Kühlkanal 6 gebildet wird, welcher sich zwischen der Innenfläche des Isolatorelements 5 im Bereich der Ausstülpung 5.1 und der Außenkontur eines Wicklungsleiters 10 befindet. Durch den Kühlkanal 6 kann ein Kühlmittel strömen, um Wärme von den Wicklungsleitern 10 aufzunehmen, und somit zur Kühlung der Statorwicklung beizutragen.
-
Wie der Darstellung in 1 weiter entnommen werden kann, ist der Bereich der Statornutöffnung 4.2 schmaler ausgebildet als der Aufnahmebereich 4.1. Das bedeutet, dass die Breite der Statornut 4 in der Umfangsrichtung U des Statorkerns 2 im Aufnahmebereich 4.1 größer ist als im Bereich der Statornutöffnung 4.2. Im Übergang zwischen dem Aufnahmebereich 4.1 und dem Bereich der Statornutöffnung 4.2 befindet sich auf beiden Seiten der Statornut 4 eine Stufe. Derjenige Wicklungsleiter 10 der Statorwicklung 11, der innenliegend in der Statornut 4 angeordnet ist, liegt an dieser Stufe an. Im Bereich der Statornutöffnung 4.2 berührt das Isolatorelement 5 unmittelbar das Spaltrohr 3.
-
Die Abbildung in 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiele einer elektrischen Maschine 1 gemäß der Erfindung. Die elektrische Maschine 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen der elektrischen Maschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Isolatorelement 5 derart ausgebildet, dass es zusätzlich eine Einstülpung 8 aufweist, welche an der Bodenfläche der Statornut 4 angeordnet ist, die sich der Statornutöffnung 4.2 gegenüberliegend befindet. Die Einstülpung 8 hat zur Folge, dass der in radialer Richtung R außenliegende Wicklungsleiter 10 nicht vollflächig an dem Isolatorelement 5 im Bodenbereich der Statornut 4 anliegt. Vielmehr wird durch die Einstülpung 8 eine gewisse Vorspannungskraft auf den in radialer Richtung R außenliegenden Wicklungsleiter 10 ausgeübt. Die Einstülpung 8 spannt die Wicklungsleiter 10 der Statorwicklung in radialer Richtung R nach innen vor, sodass die Wicklungsleiter 10 gegen die Stufe im Übergang zwischen dem Aufnahmebereich 4.1 und dem Bereich der Statornutöffnung 4.2 gedrückt werden.
-
Die vorstehend beschriebenen elektrischen Maschinen 1 weisen jeweils eine Statorwicklung 11 und einem Statorkern 2 auf, der mehrere Statornuten 4 umfasst. In den Statornuten 4 sind jeweils mehrere Wicklungsleiter 10 der Statorwicklung 11 aufgenommen, wobei die Statornuten 4 jeweils eine Statornutöffnung 4.2 aufweisen und wobei an einer Innenkontur der Statornuten 4 jeweils ein Isolatorelement 5 derart angeordnet ist, dass es die in der jeweiligen Statornut 4 aufgenommenen Wicklungsleiter 10 umschließt. Erfindungsgemäß weist das Isolatorelement 5 einen geschlossenen Querschnitt auf und zu der Statornutöffnung 4.2 hin umfasst es eine Ausstülpung 5.1, um einen Kühlkanal 6 zwischen einer Innenwandung des Isolatorelements 5 und einem Wicklungsleiter 10 der Statorwicklung 11 zu bilden. Die erfindungsgemäßen elektrischen Maschinen 1 erlauben eine effiziente Kühlung.
-
Die Darstellung in 3 zeigt ein Fahrzeug 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug 100 ist als Personenkraftfahrzeug ausgebildet und weist einen Traktionsantrieb auf, der eine elektrische Maschine 1 nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele umfasst.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Statorkern
- 3
- Spaltrohr
- 4
- Statornut
- 4.1
- Aufnahmebereich
- 4.2
- Statornutöffnung
- 5
- Isolatorelement
- 5.1
- Ausstülpung
- 6
- Kühlkanal
- 7
- Primärisolation
- 8
- Einstülpung
- 10
- Wicklungsleiter
- 11
- Statorwicklung
- 20
- Rotorraum
- 100
- Fahrzeug
- R
- radiale Richtung
- U
- Umfangsrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102017221799 A1 [0002]
