DE102021127034A1

DE102021127034A1 - Stator für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs sowie elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102021127034A1
Application number: DE102021127034.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Eidenboeck; Andreas Wagner; Wilfried Barth; Peter Davison
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2023-04-20
Also published as: CN117795822A; WO2023066648A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Blechpaket (4), in welchem wenigstens ein von einem Kühlfluid zum Kühlen des Stators (1) durchströmbarer Kühlkanal (5) verläuft, und mit wenigstens einer an dem Blechpaket (4) gehaltenen und einen Wickelkopf (8) aufweisenden Wicklung (7). Vorgesehen ist wenigstens ein sich zumindest teilweise in axialer Richtung des Stators (1) an das Blechpaket (4) anschließender Ring (9), welcher wenigstens einen fluidisch mit dem Kühlkanal (5) verbundenen und dadurch mit dem Kühlfluid aus dem Kühlkanal (5) durchströmbaren Führungskanal (12) mit wenigstens einer auf den Wickelkopf (8) gerichteten Austrittsöffnung (15) aufweist, über welche das den Führungskanal (12) durchströmende Kühlfluid aus dem Ring (9) abführbar und gegen den Wickelkopf (8) zu spritzen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug.
Der DE 10 2016 118 815 A1 ist eine Kühlanordnung für eine elektrische Maschine als bekannt zu entnehmen, die einen Stator aufweisen, der einen Rotor koaxial umgibt. Dabei weist die Kühlanordnung ein Spritzgussteil auf, das an den Stator angespritzt ist und in dem ein Kühlkanal zum Transport eines Kühlmittels ausgeformt ist. Aus der JP 6184531 B2 ist eine elektrische Maschine bekannt. Des Weiteren offenbart die US 2016/0167499 A1 einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug. Außerdem offenbart die DE 10 2016 000 985 A1 ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stator für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs sowie eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass eine besonders vorteilhafte Kühlung des Stators realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine aufweist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Hierzu ist die elektrische Maschine vorzugsweise als eine Hochvolt-Komponente ausgebildet, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. In ihrem vollständig hergestellten Zustand weist die elektrische Maschine den Stator und vorzugsweise einen Rotor auf, welcher mittels des Stators antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass der Rotor koaxial zu dem Stator angeordnet ist. Beispielsweise ist der Stator in einem Gehäuse der elektrischen Maschine festgelegt und somit relativ zu dem Gehäuse unbeweglich, wobei das Gehäuse separat von dem Stator ausgebildet ist.
Der Stator weist ein Blechpaket auf, welches beispielsweise aus mehreren, separat voneinander ausgebildeten und miteinander verbundenen Einzelblechen gebildet ist. Die Einzelbleche werden auch als Blechsegmente bezeichnet, die beispielsweise in axialer Richtung des Stators aufeinander angeordnet sind. Die axiale Richtung des Stators fällt mit der Maschinendrehachse und somit mit der axialen Richtung des Rotors zusammen. Die radiale Richtung des Stators fällt mit der radialen Richtung des Rotors zusammen und verläuft senkrecht zur axialen Richtung und somit senkrecht zur Maschinendrehachse. In dem Blechpaket verläuft wenigstens ein von einem Kühlfluid zum Kühlen des Stators durchströmbarer Kühlkanal. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kühlfluid um eine Flüssigkeit, insbesondere um eine elektrisch nicht-leitende Flüssigkeit wie beispielsweise ein Öl. Beispielsweise kann das Kühlfluid zu dem Stator gehören. Unter dem Merkmal, dass der Stator mittels des Kühlfluids gekühlt werden kann, ist insbesondere zu verstehen, dass das Kühlfluid ein Fluid ist, welches als das Kühlfluid zum Kühlen des Stators verwendet werden kann, insbesondere dann, wenn das Kühlfluid eine geringere Temperatur als zumindest ein Teil des Stators aufweist. Dann kann von dem Teil des Stators Wärme an das den Stator durchströmende Kühlfluid übergehen. Es ist denkbar, dass das Fluid, mithin das Kühlfluid, zum Erwärmen zumindest des genannten Teils des Stators verwendet werden kann, insbesondere dann, wenn das Kühlfluid eine höhere Temperatur als der Teil aufweist. Dann kann Wärme von dem Kühlfluid an den Teil übergehen. Somit ist das Kühlfluid als Temperierfluid zum Temperieren, das heißt zum Kühlen und Erwärmen, des Stators verwendbar.
Der Stator weist außerdem wenigstens eine Wicklung auf, die separat von dem Blechpaket ausgebildet und an dem Blechpaket gehalten ist. Hierdurch ist die Wicklung durch das Blechpaket getragen. Die Wicklung weist wenigstens einen Wickelkopf auf. Der Wickelkopf ist ein Teilbereich der Wicklung, wobei der Teilbereich, das heißt die Wicklung, in axialer Richtung von dem Blechpaket absteht beziehungsweise das Blechpaket in axialer Richtung des Stators überragt. Die Wicklung weist Windungen auf oder ist durch Windungen gebildet, wobei der Wickelkopf durch die Windungen gebildet ist, derart, dass die Windungen ihre jeweiligen Umkehr- beziehungsweise Wendepunkte in dem auch als Wicklungskopf bezeichneten Wickelkopf haben. Mit anderen Worten weist die Wicklung erste Längenbereiche auf, die sich insbesondere länglich oder linienförmig in eine erste Erstreckungsrichtung und dabei insbesondere parallel zueinander erstrecken können. Dem jeweiligen, ersten Längenbereich ist ein jeweiliger, zweiter Längenbereich der Wicklung zugeordnet. Außerdem ist dem jeweiligen, ersten Längenbereich und dem jeweiligen, dem jeweiligen ersten Längenbereich zugeordneten, zweiten Längenbereich ein Übergangsbereich zugeordnet, welcher sich beispielsweise von dem ersten Längenbereich hin zu dem zugeordneten, zweiten Längenbereich betrachtet direkt an den ersten Längenbereich anschließt und direkt dem zweiten Längenbereich vorweggeht. Dabei ist der Wickelkopf durch die Übergangsbereiche gebildet. Von dem jeweiligen, ersten Längenbereich über den jeweiligen Übergangsbereich hin zu dem jeweils zugeordneten, zweiten Längenbereich betrachtet erstreckt sich der jeweilige, dem jeweiligen ersten Längenbereich zugeordnete, zweite Längenbereich insbesondere linienförmig oder fadenförmig in eine zweite Erstreckungsrichtung, die insbesondere schräg oder parallel zur ersten Erstreckungsrichtung verläuft und beispielsweise der ersten Erstreckungsrichtung entgegengesetzt sein kann. Der Übergangsbereich ist somit sozusagen schlaufenförmig oder bildet eine Schlaufe.
Um nun eine besonders vorteilhafte Kühlung, insbesondere Temperierung, des Stators realisieren zu können, ist erfindungsgemäß wenigstens ein sich zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als der Hälfte oder aber vollständig, in axialer Richtung des Stators an das Blechpaket anschließender und separat von dem Blechpaket ausgebildeter Ring vorgesehen, welcher sich vorzugsweise in um die axiale Richtung des Stators und somit um die Maschinendrehachse verlaufender Umfangsrichtung des Stators vollständig, das heißt vollständig geschlossen erstreckt. Insbesondere ist es denkbar, dass der Ring eine axiale Stirnseite des Blechpakets direkt berührt.
Der Ring weist wenigstens einen fluidisch mit dem Kühlkanal verbundenen und dadurch mit dem Kühlfluid aus dem Kühlkanal durchströmbaren Führungskanal auf. Somit kann dem Führungskanal das Kühlfluid aus dem Kühlkanal zugeführt werden. Insbesondere ist es denkbar, dass der Führungskanal ein Ringkanal, mithin ringförmig, ist, wobei vorzugsweise der Führungskanal in Umfangsrichtung des Stators vollständig geschlossen ringförmig umläuft. Der Führungskanal weist wenigstens eine auf den Wickelkopf gerichtete Austrittsöffnung auf, über welche das den Führungskanal durchströmende Kühlfluid aus dem Ring abführbar und hierdurch gegen den Wickelkopf zu spritzen ist. Über die Austrittsöffnung mündet der Führungskanal an eine Umgebung des Stators an sich, das heißt für sich alleine betrachtet. Unter dem Merkmal, dass die Austrittsöffnung auf den Wickelkopf gerichtet ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das die Austrittsöffnung durchströmende Kühlfluid aus dem Führungskanal gegen den Wickelkopf strömt, das heißt gegen den Wickelkopf oder an den Wickelkopf gespritzt wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt strömt das die Austrittsöffnung durchströmende Kühlfluid entlang einer Strömungsrichtung durch die Austrittsöffnung hindurch und somit aus dem Führungskanal heraus, wobei die Strömungsrichtung des die Austrittsöffnung durchströmenden Kühlfluids den Wickelkopf schneidet. Die Strömungsrichtung des die Austrittsöffnung durchströmenden Kühlfluids fällt mit einer Durchgangsrichtung der Austrittsöffnung zusammen, wobei das Kühlfluid entlang der Durchgangsrichtung die Austrittsöffnung durchströmen und somit über die Austrittsöffnung aus dem Führungskanal herausströmen kann. Die Erfindung ermöglicht es, mittels des den Kühlkanal durchströmenden Kühlfluids das Blechpaket an sich vorteilhaft kühlen zu können. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Kühlkanal zumindest teilweise direkt durch das Blechpaket begrenzt ist. Dies bedeutet, dass das den Kühlkanal durchströmende Kühlfluid das Blechpaket direkt berührt, wodurch ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch zwischen dem den Kühlkanal durchströmenden Kühlfluid und dem Blechpaket realisiert werden kann. Außerdem kann mittels der Erfindung der Wickelkopf besonders gut gekühlt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Kühlkanal mäanderförmig durch das Blechpaket und durch den Ring hindurch, wodurch der Kühlkanal eine teilweise in dem Blechpaket und teilweise in dem Ring angeordnete Mäanderform aufweist. Durch die Mäanderform kann wenigstens eine gezielte Strömungsumlenkung des den Kühlkanal und somit die Mäanderform durchströmenden Kühlfluids realisiert werden, wodurch der Stator und dabei insbesondere das Blechpaket besonders gut gekühlt werden können.
Um insbesondere das Blechpaket besonders gut kühlen, insbesondere temperieren, zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass sich der Kühlkanal derart mäanderförmig durch das Blechpaket und durch den Ring hindurch erstreckt, dass ein erster Längenbereich wenigstens einer Mäanderschlinge der Mäanderform in eine parallel zur axialen Richtung des Stators verlaufende, erste Strömungsrichtung und ein sich an den ersten Längenbereich anschließender, zweiter Längenbereich der Mäanderschlinge in eine parallel zur axialen Richtung des Stators verlaufende und der ersten Strömungsrichtung entgegengesetzte, zweite Strömungsrichtung von dem Kühlfluid durchströmbar ist. Mit anderen Worten strömt das Kühlfluid auf seinem Weg durch den Kühlkanal und somit durch die Mäanderform derart durch die Mäanderform, dass das Kühlfluid zunächst durch den ersten Längenbereich der Mäanderschlinge hindurch strömt und dabei in die erste Strömungsrichtung strömt. Daraufhin strömt das Kühlfluid durch den zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge hindurch und dabei in die zweite Strömungsrichtung. Auf seinem Weg durch die Mäanderschlinge wird somit das Kühlfluid, insbesondere genau, einmal umgelenkt, und zwar beispielsweise um 180 Grad. Dadurch kann eine besonders effektive und effiziente Kühlung, insbesondere Temperierung, des Stators gewährleistet werden.
Um einen besonders vorteilhaften Wärmeaustausch zwischen dem den Kühlkanal durchströmenden Kühlfluid und dem Blechpaket realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die die Längenbereiche aufweisende Mäanderschlinge einen in dem Ring angeordneten und die Längenbereiche der Mäanderschlinge fluidisch miteinander verbindenden Mäanderkopf aufweist, welcher sozusagen ein Kopf der Mäanderschlinge ist wie der Wickelkopf ein Kopf der Wicklung ist. Strömt das Kühlfluid durch die Mäanderschlinge hindurch, so strömt das Kühlfluid zunächst durch den ersten Längenbereich der Mäanderschlinge, daraufhin durch den Mäanderkopf und daraufhin durch den zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge, sodass das von oder aus dem ersten Längenbereich der Mäanderschlinge kommende Kühlfluid mittels des Mäanderkopfes umgelenkt und dabei hin zu dem zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge gelenkt wird und in den zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge geleitet wird. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich der Mäanderkopf direkt an den ersten Längenbereich der Mäanderschlinge anschließt und dem zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge direkt vorweggeht, sodass zwischen dem Mäanderkopf und dem ersten Längenbereich der Mäanderschlinge und zwischen dem Mäanderkopf und dem zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge kein anderer, weiterer Längenbereich der Mäanderschlinge verläuft. Da der das aus dem ersten Längenbereich der Mäanderschlinge kommende Kühlfluid hin zu dem zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge umlenkende Mäanderkopf in dem Ring angeordnet ist, erfolgt die Umlenkung des Kühlfluids von dem ersten Längenbereich der Mäanderschlinge kommend hin zu dem zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge in dem Ring. Hierdurch kann eine besonders gute Strömungsumlenkung des Kühlfluids realisiert werden, sodass eine besonders effektive und effiziente Kühlung darstellbar ist. Mit anderen Worten ist mittels des Mäanderkopfes das Kühlfluid aus der ersten Strömungsrichtung in die zweite Strömungsrichtung umlenkbar.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Ring wenigstens einen von dem Kühlfluid durchströmbaren Versorgungskanal aufweist, über welchen der Kühlkanal mit dem Kühlfluid versorgbar ist. In Strömungsrichtung des den Versorgungskanal, den Kühlkanal und den Führungskanal durchströmenden Kühlfluids ist somit der Versorgungskanal stromauf des Kühlkanals angeordnet, welcher stromauf des Führungskanals angeordnet ist. Insbesondere ist der Versorgungskanal ein zentraler Versorgungskanal, über welchen mehrere, im Blechpaket verlaufende Kühlkanäle auf einfache und effektive Weise mit dem Kühlfluid versorgt werden können. Dadurch kann eine besonders gute Kühlung dargestellt werden.
Um den Stator besonders gut kühlen, insbesondere temperieren, zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Ring aus einem Kunststoff gebildet, mithin als ein Kunststoffring, ausgebildet ist.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Führungskanal mehrere, weitere, auf den Wickelkopf gerichtete Austrittsöffnungen auf, über welche das den Führungskanal durchströmende Kühlfluid aus dem Ring abführbar und gegen den Wickelkopf zu spritzen ist. Dabei sind die vorigen und folgenden Ausführungen zur ersten Austrittsöffnung ohne weiteres auch auf die weiteren Austrittsöffnungen übertragbar und umgekehrt. Wenn im Folgenden die Rede von den Austrittsöffnungen ist, so sind darunter, falls nichts anderes angegeben ist, sowohl die erste Austrittsöffnung als auch die weiteren Austrittsöffnungen zu verstehen.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Austrittsöffnungen in um die axiale Richtung des Stators verlaufender Umfangsrichtung des Stators und somit des Blechpakets voneinander beabstandet sind. Dadurch kann der Wickelkopf an mehreren Stellen, insbesondere gleichzeitig, mit dem Kühlfluid bespritzt werden, wodurch eine besonders gute Kühlung realisiert werden kann.
Um zu vermeiden, dass der Wickelkopf übermäßig warme Stellen aufweist, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Austrittsöffnungen in Umfangsrichtung des Blechpakets gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Austrittsöffnungen in Umfangsrichtung des Blechpakets und somit des Stators paarweise gleich voneinander beabstandet sind.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn zumindest ein Längenbereich des Kühlkanals in Umfangsrichtung des Kühlkanals vollständig umlaufend von dem Blechpaket umgeben ist, insbesondere direkt durch das Blechpaket begrenzt ist. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch zwischen dem Kühlfluid und dem Blechpaket gewährleistet werden, sodass eine besonders gute Kühlung darstellbar ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Stator. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine schematische und abgewickelte Ansicht eines Stators für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs;
2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Vorderansicht des Stators;
3 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht des Stators; und
4 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht des Stators.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen abgewickelten Ansicht einen Stator 1 für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs. In seinem vollständig hergestellten Zustand weist das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug die elektrische Maschine auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Die elektrische Maschine weist in ihrem vollständig hergestellten Zustand den Stator 1 und einen in 3 und 4 ausschnittsweise erkennbaren Rotor 2 auf, welcher mittels des Stators 1 antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse 3 (1) relativ zu dem Stator 1 drehbar ist. Der Stator 1 ist in 1 abgewickelt dargestellt. Um somit beispielsweise eine dreidimensionale Darstellung des in 1 sehr schematisch dargestellten Stators 1 aus 1 zu erhalten, wird der Stator 1 beziehungsweise 1 um die Maschinendrehachse 3 gewickelt, insbesondere nach Art eines geraden Kreiszylinders. Der Stator 1, dessen axiale Richtung mit der Maschinendrehachse 3 zusammenfällt, weist ein Blechpaket 4 auf, welches beispielsweise aus Einzelblechen aufgebaut ist. Die Einzelbleche werden auch als Statorbleche bezeichnet. Wie aus 1 erkennbar ist, verlaufen in dem Blechpaket 4 Kühlkanäle 5, die, wie durch Pfeile 6 veranschaulicht ist, von einem Kühlfluid durchströmbar sind. Somit veranschaulichen die Pfeile 6 das die Kühlkanäle 5 durchströmende Kühlfluid, mithin eine jeweilige Strömung des Kühlfluids durch den jeweiligen Kühlkanal 5. Vorzugsweise ist das Kühlfluid ein flüssiges Kühlfluid, mithin eine Kühlflüssigkeit. Ganz vorzugsweise ist das Kühlfluid ein elektrisch nicht-leitendes Kühlfluid. Insbesondere ist das Kühlfluid ein Öl. Unter dem Merkmal, dass das Kühlfluid vorzugsweise ein elektrisch nicht-leitendes Kühlfluid ist, ist zu verstehen, dass das Kühlfluid vorzugsweise ein Nichtleiter ist, dessen elektrische Leitfähigkeit weniger als 10^-8 S · cm^-1 beträgt. Mittels des Kühlfluids können das Blechpaket 4 und somit der Stator 1 gekühlt werden, insbesondere durch einen Wärmeübergang von dem Blechpaket 4 an das Kühlfluid.
Wie aus 3 und 4 erkennbar ist, weist der Stator 1 wenigstens eine Wicklung 7 auf, deren Wickelkopf mit 8 bezeichnet ist. Die Wicklung 7 ist durch wenigstens einen beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Leiter gebildet, durch welchen elektrischer Strom hindurchfließen kann. Die Wicklung 7 ist separat von dem Blechpaket 4 ausgebildet und an dem Blechpaket 4 gehalten und somit durch das Blechpaket 4 getragen.
Um nun eine besonders vorteilhafte Kühlung des Stators 1 realisieren zu können, schließt sich in axialer Richtung des Stators 1 und somit des Blechpakets 4 beidseitig an das Blechpaket 4 ein jeweiliger Ring 9 beziehungsweise 10 (1) an, sodass das Blechpaket 4 in axialer Richtung des Stators 1 zwischen den Ringen 9 und 10 angeordnet ist. Die Ringe 9 und 10 sind separat von dem Blechpaket 4 und vorzugsweise auch separat voneinander ausgebildet. Der Ring 9 ist an einer ersten axialen Stirnseite 11 des Blechpakets 4 angeordnet, und der Ring 10 ist an einer zweiten axialen Stirnseite 17 des Blechpakets 4 angeordnet. Die axiale Stirnseite 17 ist in axialer Richtung des Stators 1 und somit des Blechpakets 4 von der axialen Stirnseite 11 abgewandt und umgekehrt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Ring 9 direkt an der Stirnseite 11 anliegt. Alternativ oder zusätzlich liegt der Ring 10 direkt an der Stirnseite 17 an. Es ist erkennbar, dass sich der Ring 9 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in axialer Richtung des Blechpakets 4 und somit des Stators 1 an das Blechpaket 4 anschließt. Außerdem schließt sich der Ring 10 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in axialer Richtung des Stators 1 und somit des Blechpakets 4 an das Blechpaket 4 an.
Der jeweilige Ring 9 beziehungsweise 10 weist einen von dem Kühlfluid durchströmbaren Führungskanal 12 auf. Es ist erkennbar, dass die Führungskanäle 12 der Ringe 9 und 10 mit den Kühlkanälen 5 fluidisch verbunden sind. In Strömungsrichtung des die Kühlkanäle 5 und die Führungskanäle 12 durchströmenden Kühlfluids sind die Führungskanäle 12 stromab der Kühlkanäle 5 angeordnet. Somit strömt das Kühlfluid auf seinem Weg durch die Kühlkanäle 5 und die Führungskanäle 12, wie in 1 durch Pfeile 13 veranschaulicht ist, von den Kühlkanälen 5 in die Führungskanäle 12, mithin aus den Kühlkanälen 5 aus und in die Führungskanäle 12 hinein. Daraufhin strömt das Kühlfluid durch die Führungskanäle 12 hindurch. Der jeweilige Führungskanal 12 ist ein Ringkanal, mithin ringförmig. Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der jeweilige Ring 9 beziehungsweise 10 in um die axiale Richtung des Stators 1 verlaufender Umfangsrichtung des Stators 1 vollständig geschlossen um. Dabei ist es auch vorgesehen, dass der jeweilige Führungskanal 12 in Umfangsrichtung des Stators 1 vollständig geschlossen ringförmig herum verläuft.
Wie in 1 durch Pfeile 14 veranschaulicht ist, weist der jeweilige Führungskanal 12 mehrere, in dem jeweiligen Ring 9 beziehungsweise 10 ausgebildeten Austrittsöffnungen 15 (4) auf, über welche der jeweilige Führungskanal 12 an eine Umgebung 16 des jeweiligen Rings 9 beziehungsweise 10 an sich mündet. Die jeweilige Austrittsöffnung 15 ist von dem den jeweiligen Führungskanal 12 durchströmenden Fluid durchströmbar, sodass das Kühlfluid über die jeweilige Austrittsöffnung 15 aus dem jeweiligen Führungskanal 12 ausströmen und somit an die Umgebung 16 strömen kann. Besonders gut aus 4 ist erkennbar, dass die jeweilige Austrittsöffnung 15 auf den Wickelkopf 8 gerichtet ist, sodass das den Führungskanal 12 und die jeweilige Austrittsöffnung 15 durchströmende und dadurch an die Umgebung 16 strömende und somit aus dem Führungskanal 12 herausströmende Kühlfluid gegen den Wickelkopf 8 gespritzt wird. Dies ist in 4 durch einen Pfeil 19 veranschaulicht. Aus 4 ist außerdem erkennbar, dass der in 3 und 4 gezeigte Wickelkopf 8 der Wicklung 7 auf oder an der Stirnseite 11 angeordnet ist. Dabei ist der Wickelkopf 8 über die Austrittsöffnungen 15 des Rings 9 mit dem Kühlfluid aus dem Führungskanal 12 des Rings 9 versorgbar. An oder auf der von der Stirnseite 11 abgewandten Stirnseite 17 des Blechpakets 4 weist die Wicklung 7 beispielsweise einen zweiten, in den Fig. nicht erkennbaren, Wickelkopf auf, auf den die Austrittsöffnungen 15 des Führungskanals 12 des Rings 10 gerichtet sind. Somit kann beispielsweise der zweite Wickelkopf über die Austrittsöffnungen 15 des Führungskanals 12 des Rings 10 mit dem Kühlfluid versorgt werden. Dadurch kann eine besonders effektive und effiziente Kühlung des Stators 1 gewährleistet werden.
Aus 1 ist erkennbar, dass sich der jeweilige Kühlkanal 5 mäanderförmig durch das Blechpaket 4 und den jeweiligen Ring 9 beziehungsweise 10 hindurch erstreckt, sodass der jeweilige Kühlkanal 5 eine Mäanderform 20 aufweist. Dabei erstreckt sich der jeweilige Kühlkanal 5 derart mäanderförmig durch das Blechpaket 4 und durch den jeweiligen 9 beziehungsweise 10 hindurch, dass ein jeweiliger erster Längenbereich L1 einer Mäanderschlinge 21 der jeweiligen Mäanderform 20 des jeweiligen Kühlkanals 5 in eine parallel zur axialen Richtung des Stators 1 verlaufende, in 1 durch Pfeile 22 veranschaulichte, erste Strömungsrichtung von dem Kühlfluid durchströmbar ist. Ein jeweiliger, sich an den jeweiligen ersten Längenbereich L1 anschließender, zweiter Längenbereich L2 der jeweiligen Mäanderschlinge 21 der jeweiligen Mäanderform 20 des jeweiligen Kühlkanals 5 ist in eine parallel zur axialen Richtung des Stators 1 verlaufende, der ersten Strömungsrichtung entgegengesetzte und in 1 durch Pfeile 23 veranschaulichte, zweite Strömungsrichtung von dem Kühlfluid durchströmbar.
Die Mäanderschlinge 21 weist somit die Längenbereiche L1 und L2 auf. Außerdem weist die jeweilige Mäanderschlinge 21 einen jeweiligen Mäanderkopf 24 auf, welcher auch als Umlenkraum oder Umlenkbereich bezeichnet wird. Auf seinem Weg durch die Mäanderform 20 strömt das Kühlfluid zunächst durch den Längenbereich L1 und daraufhin aus dem Längenbereich L1 aus und in den Umlenkraum (Mäanderkopf 24) hinein. Mittels des Umlenkraums (Mäanderkopf 24) wird das Kühlfluid aus dem Längenbereich L1 umgelenkt, beispielsweise um zumindest im Wesentlichen 180 Grad, und zu dem Längenbereich L2 geleitet und in den Längenbereich L2 eingeleitet. Somit sind die Längenbereiche L1 und L2 der Mäanderform 20 über den Mäanderkopf 24 fluidisch miteinander verbunden, wobei sich der Mäanderkopf 24 direkt an den Längenberiech L1 anschließt und direkt dem Längenbereich L2 vorweggeht. Durch die Mäanderform 20 ist eine vorteilhafte Strömungsumlenkung des den jeweiligen Kühlkanal 5 durchströmenden Kühlfluids realisiert, sodass eine besonders effektive und effiziente Kühlung darstellbar ist. Es ist erkennbar, dass der in 1 mit 24 bezeichnete Mäanderkopf in dem Ring 9 angeordnet ist, sodass die Mäanderform 20 teilweise in dem Ring 9 und teilweise in dem Blechpaket 4 angeordnet ist. Des Weiteren sind die Ringe 9 und 10 aus einem Kunststoff gebildet und somit als Kunststoffringe ausgebildet. Die Mäanderform 20 bewirkt gezielte Strömungsumlenkungen des den Kühlkanal 5 durchströmenden Kühlfluids, wodurch ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch zwischen dem Kühlfluid und dem Stator 1, insbesondere ein vorteilhafter Wärmeübergang von dem Stator 1 auf das oder zu dem Kühlfluid, darstellbar ist. Darüber hinaus kann eine Versorgung des Wickelkopfes 8 mit dem Kühlfluid über die Austrittsöffnungen 15 gewährleistet werden. Vorzugsweise sind die, insbesondere alle, Austrittsöffnungen 15 des jeweiligen Rings 9 beziehungsweise 10 in Umfangsrichtung des Stators 1 voneinander beabstandet und gleichmäßig verteilt angeordnet.
Aus 1 ist ein vorzugsweise zentraler Versorgungskanal 25 erkennbar, welcher von dem Kühlfluid durchströmbar ist. Beispielsweise sind der Versorgungskanal 25 und/oder der jeweilige Kühlkanal 5 und/oder der Führungskanal 12 als eine Bohrung ausgebildet. Über den Versorgungskanal 25 sind die Kühlkanäle 5 mit dem Kühlfluid versorgbar, insbesondere über wenigstens eine jeweilige Bohrung, insbesondere Ölbohrung. Dies ist in 1 durch Pfeile 29 veranschaulicht. In Strömungsrichtung des den Versorgungskanal 25, die Kühlkanäle 5 und die Führungskanäle 12 durchströmenden Kühlfluids ist somit der Versorgungskanal 25 stromauf der Kühlkanäle 5 angeordnet, welche stromauf der Führungskanäle 12 angeordnet sind. Insbesondere ist der Versorgungskanal ein den Kühlkanälen 5 gemeinsamer Versorgungskanal, über welchen die beziehungsweise alle Kühlkanäle 5 mit dem Kühlfluid versorgbar sind.
Aus 3 ist erkennbar, dass die elektrische Maschine ein Gehäuse 26 aufweisen kann. Der Stator 1 ist separat von dem Gehäuse 26 ausgebildet und an dem Gehäuse 26 festgelegt. Beispielsweise verläuft der Versorgungskanal 25 in dem Gehäuse 26.
Aus 3 ist erkennbar, dass beispielsweise mittels des Führungskanals 12 eine Strömungsumlenkung des aus dem Blechpaket 4 kommenden und in zu der Austrittsöffnung 15 strömenden Kühlfluids bewirkt werden kann, insbesondere um wenigstens 90 Grad. Durch diese gezielte Strömungsumlenkung kann ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch gewährleistet werden. In 3 und 4 ist durch einen Pfeil 27 ein Kühlmittel beziehungsweise eine Strömung eines Kühlmittels veranschaulicht, wobei das Kühlmittel beispielsweise ein von dem Kühlfluid unterschiedliches, weiteres Kühlfluid oder aber das gleiche Kühlfluid sein kann. Mittels des Kühlmittels wird der Rotor 2 gekühlt. Mit anderen Worten wird das Kühlmittel zur Kühlung des Rotors 2 verwendet, dessen Kühlung auch als Rotorkühlung bezeichnet wird. Es ist erkennbar, dass beispielsweise der Wickelkopf 8 auch mit dem Kühlmittel versorgt werden kann, um dadurch den Wickelkopf 8 vorteilhaft zu kühlen.
Eine Zuführung des Kühlfluids von dem vorzugsweise zentralen Versorgungskanal 25 in den jeweiligen Kühlkanal 5 erfolgt beispielsweise über wenigstens eine oder mehrere, beispielsweise über den Umfang, das heißt in Umfangsrichtung des Stators 1 verteilte, Überströmkanäle insbesondere durch den Ring 9, wobei die Überströmkanäle beispielsweise als Bohrungen, insbesondere Ölbohrungen, ausgebildet sind.
Insbesondere wird das Kühlfluid aus dem Versorgungskanal 25, insbesondere über den jeweiligen Überstromkanal, in einen Eintrittsraum 28 des Kühlkanals 5 eingeleitet. Von dem Eintrittsraum 28 kann das Kühlfluid in die Mäanderform 20 einströmen und in der Folge die Mäanderform 20 durchströmen.
Wie aus 1 erkennbar ist, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich die Längenbereiche L1 und L2 der jeweiligen Mäanderschlinge 21 der Mäanderform 20 über die gesamte, in axialer Richtung des Stators 1 verlaufende Längen des Blechpakets 4 erstrecken, sodass beispielsweise bei alleiniger Betrachtung des Blechpakets 4, das heißt bei Betrachtung des Blechpakets 4 ohne die Ringe 9 und 10, die Längenbereiche L1 und L2 der jeweiligen Mäanderschlinge 21 an beiden axialen Stirnseiten 11 und 17 des Blechpakets 4 an dessen Umgebung münden. Somit erfolgt eine Durchströmung des Blechpakets 4 mit dem Kühlfluid über die gesamte in axialer Richtung verlaufende Länge des Blechpakets 4. Mit anderen Worten strömt das Kühlfluid sowohl auf seinem Weg durch den Längenbereich L1 als auch auf seinem Weg durch den Längenbereich L2 über die gesamte, in axialer Richtung des Stators 1 verlaufende Länge des Blechpakets 4. Der jeweilige Längenbereich L1 beziehungsweise L2 verläuft bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel geradlinig und dabei parallel zur axialen Richtung des Stators 1.
Die Austrittsöffnungen 15 sind Spritzdüsen, insbesondere Ölspritzdüsen, mittels welchen das Kühlfluid gegen den Wickelkopf 8 gespritzt wird. Insbesondere ist es denkbar, dass die Austrittsöffnung 15 als eine Düse ausgebildet ist, deren von dem Kühlfluid durchströmbarer Strömungsquerschnitt beispielsweise in Richtung des Wickelkopfs 8, das heißt zu dem Wickelkopf 8 hin, sich verjüngen kann.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Rotor
3: Maschinendrehachse
4: Blechpaket
5: Kühlkanal
6: Pfeile
7: Wicklung
8: Wickelkopf
9: Ring
10: Ring
11: axiale Stirnseite
12: Führungskanal
13: Pfeil
14: Pfeil
15: Austrittsöffnung
16: Umgebung
17: axiale Stirnseite
18: Wickelkopf
19: Pfeil
20: Mäanderform
21: Mäanderschlinge
22: Pfeil
23: Pfeil
24: Mäanderkopf
25: Versorgungskanal
26: Gehäuse
27: Pfeil
28: Eintrittsraum
29: Pfeil
L1: erster Längenbereich
L2: zweiter Längenbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016118815 A1 [0002]
JP 6184531 B2 [0002]
US 2016/0167499 A1 [0002]
DE 102016000985 A1 [0002]

Claims

Stator (1) für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Blechpaket (4), in welchem wenigstens ein von einem Kühlfluid zum Kühlen des Stators (1) durchströmbarer Kühlkanal (5) verläuft, und mit wenigstens einer an dem Blechpaket (4) gehaltenen und einen Wickelkopf (8) aufweisenden Wicklung (7), gekennzeichnet durch wenigstens einen sich zumindest teilweise in axialer Richtung des Stators (1) an das Blechpaket (4) anschließenden Ring (9), welcher wenigstens einen fluidisch mit dem Kühlkanal (5) verbundenen und dadurch mit dem Kühlfluid aus dem Kühlkanal (5) durchströmbaren Führungskanal (12) mit wenigstens einer auf den Wickelkopf (8) gerichteten Austrittsöffnung (15) aufweist, über welche das den Führungskanal (12) durchströmende Kühlfluid aus dem Ring (9) abführbar und gegen den Wickelkopf (8) zu spritzen ist.
Stator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kühlkanal (12) mäanderförmig durch das Blechpaket (4) und durch den Ring (9) hindurcherstreckt und dadurch eine teilweise in dem Blechpaket (4) und teilweise in dem Ring (9) angeordnete Mäanderform (20) aufweist.
Stator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kühlkanal (5) derart mäanderförmig durch das Blechpaket (4) und durch den Ring (9) hindurcherstreckt, dass ein erster Längenbereich (L1) wenigstens einer Mäanderschlinge (21) der Mäanderform (20) in eine parallel zur axialen Richtung des Stators (1) verlaufende, erste Strömungsrichtung (22) und ein sich an den ersten Längenbereich (L1) anschließender, zweiter Längenbereich (L2) der Mäanderschlinge (21) in eine parallel zur axialen Richtung des Stators (1) verlaufende und der ersten Strömungsrichtung (22) entgegengesetzte, zweite Strömungsrichtung (23) von dem Kühlfluid durchströmbar ist.
Stator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mäanderschlinge (21) einen in dem Ring (9) angeordneten und die Längenbereiche (L1, L2) der Mäanderschlinge (21) fluidisch miteinander verbindenden Mäanderkopf (24) aufweist, mittels welchem das Kühlfluid aus der ersten Strömungsrichtung (22) in die zweite Strömungsrichtung (23) umlenkbar ist.
Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (9) wenigstens einen von dem Kühlfluid durchströmbaren Versorgungskanal (25) aufweist, über welchen der Kühlkanal (5) mit dem Kühlfluid versorgbar ist.
Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (9) aus einem Kunststoff gebildet ist.
Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (12) mehrere, weitere, auf den Wickelkopf (18) gerichtete Austrittsöffnungen (15) aufweist, über welche das den Führungskanal (12) durchströmende Kühlfluid aus dem Ring (9) abführbar und gegen den Wickelkopf (8) zu spritzen ist, wobei die Austrittsöffnungen (15) in Umfangsrichtung des Blechpakets (4) voneinander beabstandet sind.
Stator (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (15) in Umfangsrichtung des Blechpakets (4) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Längenbereich des Kühlkanals (5) in Umfangsrichtung des Kühlkanals (5) vollständig umlaufend von dem Blechpaket (4) umgeben ist.
Elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.