DE102021200277A1 - Process for manufacturing a cooled stator for an electric machine and electric machine with a cooling system - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stators (5) für eine elektrische Maschine (1, 1a, 1b) angegeben, bei dem ein Statorblechpaket (11a..11c) bereitgestellt wird, welches umfangsseitige Rohr-Nuten (16) umfasst, welche ein hinterschnittenes Nutprofil aufweisen, das radial nach außen offen ist. Nach dem Einlegen eines Kühlrohrs (13) eines Kühlsystems in die Rohr-Nut (16) wird dieses mit dem Statorblechpaket (11a..11c) verpresst, wobei das Kühlrohr (13) durch Ausüben eines Pressdrucks auf das Kühlrohr (13) quer zu dessen Längsachse, welcher im Bereich der Öffnung des Nutprofils wirkt, plastisch verformt wird. Weiterhin wird ein Stator (5) mit Rohr-Nuten (16) der genannten Art und darin verpressten Kühlrohren (13) angegeben. Darüber hinaus wird eine elektrische Maschine (1, 1a, 1b) mit einem solchen Stator (5) angegeben, sowie ein Fahrzeug (23) mit einer solchen elektrischen Maschine (1, 1a, 1b).A method for producing a stator (5) for an electrical machine (1, 1a, 1b) is specified, in which a laminated stator core (11a..11c) is provided which comprises peripheral tube slots (16) which have an undercut Have groove profile, which is open radially outwards. After inserting a cooling pipe (13) of a cooling system in the pipe groove (16), this is pressed with the stator core (11a..11c), the cooling pipe (13) being pressed transversely to the cooling pipe (13) by exerting pressure on it Longitudinal axis, which acts in the area of the opening of the groove profile, is plastically deformed. Furthermore, a stator (5) with tube slots (16) of the type mentioned and cooling tubes (13) pressed into them is specified. In addition, an electrical machine (1, 1a, 1b) with such a stator (5) is specified, as well as a vehicle (23) with such an electrical machine (1, 1a, 1b).
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine sowie einen Stator für eine elektrische Maschine, welcher ein Statorblechpaket und darin angeordnete Kühlrohre eines Kühlsystems umfasst. Weiterhin wird eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator sowie ein Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine angegeben.The invention relates to a method for producing a stator for an electrical machine and a stator for an electrical machine, which includes a laminated stator core and cooling tubes of a cooling system arranged therein. Furthermore, an electrical machine with such a stator and a vehicle with such an electrical machine are specified.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Bei elektrischen Maschinen ist es bekannt, den Stator zu kühlen, um Abwärme, welche beim Betrieb der elektrischen Maschine anfällt, aus dem Stator abzuführen. Bei einigen System werden dazu Kühlrohre im Stator vorgesehen, die Teil eines Kühlsystems sind und von einem Wärmeträger durchströmt werden. Das Kühlsystem kann weiterhin eine Pumpe zum Umwälzen des Wärmeträgers sowie einen Wärmetauscher umfassen. Nachteilig an den bekannten Verfahren zur Herstellung eines Stators ist, dass diese technisch relativ aufwändig sind und die Herstellung der elektrischen Maschine verteuern.In electrical machines, it is known to cool the stator in order to dissipate waste heat from the stator that occurs during operation of the electrical machine. In some systems, cooling tubes are provided in the stator for this purpose, which are part of a cooling system and through which a heat transfer medium flows. The cooling system can also include a pump for circulating the heat carrier and a heat exchanger. A disadvantage of the known methods for producing a stator is that they are technically relatively complex and make the production of the electrical machine more expensive.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Stators, einen verbesserten Stator für eine elektrische Maschine, eine verbesserte elektrische Maschine sowie ein verbessertes Fahrzeug anzugeben. Insbesondere soll die Herstellung des Stators mit geringerem technischen Aufwand erfolgen können.It is therefore an object of the invention to specify an improved method for producing a stator, an improved stator for an electrical machine, an improved electrical machine and an improved vehicle. In particular, it should be possible to manufacture the stator with less technical effort.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine gelöst, umfassend die Schritte
- - Bereitstellen eines Statorblechpakets des Stators, welches umfangsseitige Rohr-Nuten aufweist, welche ein hinterschnittenes Nutprofil aufweisen, das radial nach außen offen ist.
- - Einlegen eines Kühlrohrs eines Kühlsystems in die Rohr-Nut und
- - Verpressen des Kühlrohrs mit dem Statorblechpaket, wobei das Kühlrohr durch Ausüben eines Pressdrucks auf das Kühlrohr quer zu dessen Längsachse, welcher im Bereich der Öffnung des Nutprofils wirkt, plastisch verformt wird.
- - Providing a stator laminated core of the stator, which has circumferential tube slots which have an undercut slot profile which is open radially outwards.
- - Insertion of a cooling pipe of a cooling system in the pipe groove and
- - Pressing the cooling tube with the stator core, the cooling tube being plastically deformed by exerting a pressure on the cooling tube transversely to its longitudinal axis, which acts in the area of the opening of the slot profile.
Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung mit einem Stator für eine elektrische Maschine gelöst, die ein Statorblechpaket und darin angeordnete Kühlrohre eines Kühlsystems, umfasst, wobei
- - die Kühlrohre in umfangsseitigen Rohr-Nuten des Statorblechpakets angeordnet sind, welche ein hinterschnittenes Nutprofil aufweisen, das radial nach au-ßen offen ist und
- - die Kühlrohre mit dem Statorblechpaket verpresst sind, wobei die Verpressung durch Ausüben eines Pressdrucks auf das Kühlrohr quer zu dessen Längsachse im Bereich der Öffnung des Nutprofils und plastische Verformung des Kühlrohrs hergestellt ist, und
- - dass der Stator insbesondere nach dem oben genannten Verfahren hergestellt ist.
- - The cooling tubes are arranged in peripheral tube slots of the stator lamination stack, which have an undercut slot profile which is open radially outwards and
- - The cooling tubes are pressed to the stator core, the pressing being produced by exerting a pressure on the cooling tube transversely to its longitudinal axis in the area of the opening of the groove profile and plastic deformation of the cooling tube, and
- - That the stator is made in particular according to the above method.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einer elektrischen Maschine gelöst, welche ein Gehäuse und einen im Gehäuse angeordneten und darin drehbar gelagerten Rotor umfasst sowie einen im Gehäuse angeordnete Stator der oben genannten Art.The object of the invention is also achieved with an electrical machine, which comprises a housing and a rotor arranged in the housing and rotatably mounted therein, as well as a stator of the above-mentioned type arranged in the housing.
Schließlich wird die Aufgabe auch durch ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Achsen gelöst, von denen wenigstens eine angetrieben ist, wobei der besagte Antrieb zumindest teilweise oder zeitweise durch die oben genannte elektrische Maschine erfolgt.Finally, the object is also achieved by a vehicle with at least two axles, at least one of which is driven, said drive taking place at least partially or at times by the electric machine mentioned above.
Mit Hilfe der vorgeschlagenen Maßnahmen können die eingangs genannten Nachteile überwunden werden. Insbesondere ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren die Herstellung eines Stators mit geringerem technischen Aufwand. Die radial nach außen hin offenen Rohr-Nuten ermöglichen insbesondere das Einlegen der Kühlrohre radial von außen in die Rohr-Nut. Dies geht besonders schnell und verursacht bei der Herstellung des Stators keine oder nur geringe Probleme. Auch wenn diese Vorgehensweise von Vorteil ist, ist grundsätzlich auch das Einlegen oder Einschieben der Kühlrohre in die Rohr-Nut in axialer Richtung möglich. Durch das Verpressen kann ein Kühlrohr rasch und insbesondere in einem Schritt dauerhaft mit dem Stator verbunden werden, da das Kühlrohr durch die plastische Verformung in den Hinterschneidungsbereich der Rohr-Nut gedrückt wird und dann nicht mehr herausfallen kann, selbst wenn es sich in unerwünschter Weise lockern würde. Vorteilhaft ist die Öffnung der Rohr-Nut daher breiter als das unverformte Kühlrohr und schmäler als das verformte Kühlrohr nach dem Pressvorgang. Vorteilhaft an dem vorgestellten Verfahren ist auch, dass ein Pressstempel relativ großflächig am Kühlrohr ansetzten kann und nur geringe lokale Spannungsspitzen auftreten. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von dünnwandigen Kühlrohren und/oder bei der Verwendung von Kühlrohren aus weichen Materialien von Vorteil.The disadvantages mentioned at the outset can be overcome with the aid of the proposed measures. In particular, the proposed method enables a stator to be manufactured with less technical effort. The tube grooves, which are open radially outwards, make it possible in particular to insert the cooling tubes radially from the outside into the tube groove. This is particularly quick and causes little or no problem in the manufacture of the stator. Even if this procedure is advantageous, in principle it is also possible to insert or push the cooling tubes into the tube groove in the axial direction. By pressing, a cooling tube can be quickly and permanently connected to the stator, especially in one step, since the cooling tube is pressed into the undercut area of the tube groove by the plastic deformation and can then no longer fall out, even if it loosens in an undesired manner would. The opening of the tube groove is therefore advantageously wider than the undeformed cooling tube and narrower than the deformed cooling tube after the pressing process. Another advantage of the method presented is that a press ram can be attached to the cooling tube over a relatively large area and only small local stress peaks occur. This is particularly advantageous when using thin-walled cooling tubes and/or when using cooling tubes made of soft materials.
Die Kühlrohre können generell aus einem Metall bestehen, insbesondere aus Stahl, Aluminium, Kupfer oder Messing. Die Statorbleche des Statorblechpakets können aus Stahl bestehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Statorbleche aus Stahl bestehen und die Kühlrohre des Kühlsystems aus Aluminium, Kupfer oder Messing. Dadurch, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient von Aluminium, Kupfer oder Messing größer ist als jener von Stahl werden die Kühlrohre bei Erwärmung der elektrischen Maschine noch stärker gegen die Statorbleche gepresst wodurch der thermische Übergangswiderstand verbessert, jedoch wenigstens nicht verschlechtert wird.The cooling tubes can generally consist of a metal, in particular steel, aluminum nium, copper or brass. The stator laminations of the stator core can be made of steel. It is particularly advantageous if the stator laminations are made of steel and the cooling tubes of the cooling system are made of aluminum, copper or brass. Due to the fact that the thermal expansion coefficient of aluminum, copper or brass is greater than that of steel, the cooling tubes are pressed even more strongly against the stator laminations when the electric machine heats up, which improves the thermal transfer resistance, but at least does not worsen it.
Die Rohr-Nuten können in axialer Richtung oder schräg (das heißt schraubenlinienförmig) verlaufen und können durch Stanzen oder Schneiden entsprechender Ausschnitte in den einzelnen Statorblechen hergestellt sein. Werden die Statorbleche übereinander gestapelt, so entstehen in Folge die Rohr-Nuten. Werden die Statorbleche beim Stapeln nicht verdreht, so entstehen axial verlaufende Rohr-Nuten. Werden die Statorbleche beim Stapeln etwas gegeneinander verdreht, so entsteht eine Schrägstellung der Rohr-Nuten. Die angegebene Weise für die Herstellung der Rohr-Nuten ist zwar von Vorteil, grundsätzlich könnten diese aber auch anders hergestellt werden, beispielsweise durch Fräsen des fertig gestapelten Statorblechpakets.The tube slots can run in the axial direction or obliquely (that is, helically) and can be produced by punching or cutting appropriate cutouts in the individual stator laminations. If the stator laminations are stacked on top of each other, the tube slots are created as a result. If the stator laminations are not twisted when stacked, axially running tube slots are created. If the stator laminations are slightly twisted against each other when stacked, the tube slots will be inclined. Although the specified method for producing the tubular slots is advantageous, in principle they could also be produced differently, for example by milling the finished, stacked stator core.
Der Nutgrund des Nutprofils kann vorzugsweise konvex nach außen gewölbt sein. Insbesondere kann dessen Krümmung einem Radius mit dem Mittelpunkt auf der Drehachse des Rotors entsprechen. Dadurch wird die magnetische Funktion des Statorblechpakets durch die Rohr-Nuten nur gering beeinflusst.The groove base of the groove profile can preferably be convexly curved outwards. In particular, its curvature can correspond to a radius centered on the axis of rotation of the rotor. As a result, the magnetic function of the laminated core of the stator is only slightly influenced by the tube slots.
Die Kühlrohre können Teil eines Kühlsystems der elektrischen Maschine sein, das insbesondere auch eine Pumpe für einen Wärmeträger sowie einen Wärmetauscher aufweisen kann. Als Wärmeträger kann beispielsweise eine im Kühlsystem zirkulierende Wasser-Glykol-Mischung oder Öl verwendet werden. Vorteilhaft braucht das Gehäuse keine Kühlfunktion zu haben, sondern es kann relativ frei gestaltet werden.The cooling tubes can be part of a cooling system of the electrical machine, which can also have a pump for a heat transfer medium and a heat exchanger. A water-glycol mixture circulating in the cooling system or oil, for example, can be used as the heat carrier. Advantageously, the housing does not need to have a cooling function, but rather it can be designed relatively freely.
Die Kühlrohre können vorteilhaft neben ihrer Kühlfunktion auch zum Ausrichten der Statorbleche des Statorblechpakets dienen und somit einen Zusatznutzen erfüllen. Insbesondere brauchen dann keine anderen Maßnahmen zum Ausrichten der Statorbleche ergriffen werden.In addition to their cooling function, the cooling tubes can advantageously also be used to align the stator laminations of the stator laminations and thus provide an additional benefit. In particular, no other measures then need to be taken to align the stator laminations.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.Further advantageous refinements and developments of the invention result from the dependent claims and from the description in conjunction with the figures.
Günstig ist es, wenn das Statorblechpaket vor dem Verpressen des Kühlrohrs auf eine Temperatur im Bereich von -20° bis +10° abgekühlt wird. Dies ist insbesondere niedriger Einsatztemperatur der elektrischen Maschine von Vorteil, da ein guter thermischer Übergangswiderstand zwischen den Kühlrohren und den Statorblechen auch bei der späteren Einsatztemperatur der elektrischen Maschine gewährleistet werden kann.It is favorable if the laminated core of the stator is cooled to a temperature in the range from -20° to +10° before the cooling tube is pressed. This is particularly advantageous when the electrical machine is used at a low temperature, since a good thermal transition resistance between the cooling tubes and the stator laminations can also be ensured at the later operating temperature of the electrical machine.
Günstig ist es, wenn das Kühlsystem eine Umlenkung für ein Kühlmedium des Kühlsystems aufweist, welche durch Biegen des Kühlrohrs hergestellt ist oder durch Anschweißen oder Anlöten eines bogenförmigen Rohrteils. Dadurch können die einzelnen Kühlrohre miteinander verbunden und eine wirksame Kühlung für den Stator geschaffen werden. Das Kühlsystem kann im Grunde aber auch aus einem einzigen Kühlrohr mit mehreren Biegungen hergestellt sein. Erfolgt die Verbindung mehrerer Kühlrohre durch Anschweißen oder Anlöten eines bogenförmigen Rohrteils, dann können die Enden der Kühlrohre nach dem Verpressen, wenn sich diese verformen, durch abermalige Umformung auf eine gewünschte Form gebracht werden. Dies kann beispielsweise durch Umformung mit Hilfe eines Innendorns und eines entsprechenden außenliegenden Gegenstücks erfolgen. Beispielsweise kann auf diese Weise ein zylindrisches Rohrende hergestellt werden. Denkbar wäre aber auch, dass das Rohrende während des Verpressens in Form gehalten wird, zum Beispiel mit Hilfe eines Innendorns.It is favorable if the cooling system has a deflection for a cooling medium of the cooling system, which is produced by bending the cooling tube or by welding or soldering on a curved tube part. As a result, the individual cooling tubes can be connected to one another and effective cooling can be created for the stator. Basically, the cooling system can also be made of a single cooling tube with several bends. If several cooling tubes are connected by welding or soldering on an arcuate tube part, then the ends of the cooling tubes can be brought to a desired shape after pressing if they deform if they are deformed again. This can be done, for example, by forming using an inner mandrel and a corresponding outer counterpart. For example, a cylindrical tube end can be produced in this way. However, it would also be conceivable for the pipe end to be kept in shape during the pressing, for example with the help of an inner mandrel.
Günstig ist es weiterhin, wenn zwischen den umfangsseitigen Rohr-Nuten Zuganker zur axialen Sicherung des Statorblechpakets vorgesehen sind. Auf diese Weise wird ein unerwünschtes Auseinanderwandern der Statorbleche vermieden.It is also favorable if tie rods are provided between the peripheral tube grooves for axially securing the laminated stator core. This prevents the stator laminations from moving apart undesirably.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn das Gehäuse der elektrischen Maschine ein vorderes Lagerschild und ein hinteres Lagerschild umfasst, in denen Lager zur Lagerung des Rotors angeordnet sind, und welche Anschlüsse für die Kühlrohre des Kühlsystems sowie Kanäle zur Verbindung der Kühlrohre aufweisen. Die Kühlrohre werden insbesondere in Ausnehmungen im Lagerschild eingepresst. Aber auch Einkleben ist beispielsweise möglich. Die Lagerschilde werden damit Teil des Kühlsystems. Ein Biegen des Kühlrohrs oder ein Anschweißen oder Anlöten eines bogenförmigen Rohrteils an ein Kühlrohr kann dann entfallen.It is also advantageous if the housing of the electrical machine includes a front end shield and a rear end shield, in which bearings for mounting the rotor are arranged, and which have connections for the cooling tubes of the cooling system and channels for connecting the cooling tubes. In particular, the cooling tubes are pressed into recesses in the end shield. But gluing is also possible, for example. The end shields thus become part of the cooling system. Bending of the cooling pipe or welding or soldering of an arcuate pipe part to a cooling pipe can then be omitted.
Vorteilhaft ist es schließlich auch, wenn die Kühlrohre radial über das Statorblechpaket hinausragen und eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Statorblechpaket und dem Gehäuse durch eine zusätzliche plastische oder elastische Verformung der Kühlrohre hergestellt ist. Daher ist keine oder nur eine grobe Bearbeitung des Innendurchmessers des Gehäuses nötig. Grundsätzlich wäre es auch möglich, das Gehäuse aus Kunststoff zu fertigen, wobei der Stator vom Material des Gehäuses umspritzt wird. Denkbar ist auch, das Kunststoffgehäuse so flexibel zu gestalten, dass es sich nach dem Einpressen des Stators um diesen schmiegt. In beiden Fällen entsteht ein Formschluss. Beide Gehäusevarianten können auch ohne vorstehende Kühlrohre realisiert werden.Finally, it is also advantageous if the cooling tubes protrude radially beyond the laminated stator core and a frictional connection is produced between the laminated stator core and the housing by additional plastic or elastic deformation of the cooling tubes. Therefore, there is no or only a rough processing of the inside of the housing is necessary. In principle, it would also be possible to manufacture the housing from plastic, in which case the material of the housing is injection-molded around the stator. It is also conceivable to design the plastic housing so flexibly that it nestles around the stator after it has been pressed in. In both cases, a form fit is created. Both housing variants can also be realized without protruding cooling pipes.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren.The above configurations and developments of the invention can be combined in any desired manner.
Figurenlistecharacter list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind exemplarisch in den beigefügten schematischen Figuren dargestellt. Es zeigen:
-
1 eine schematisch im Halbschnitt dargestellte, beispielhafte elektrische Maschine; -
2 das Statorblechpaket der elektrischen Maschine aus1 , bis auf ein Kühlrohr isoliert vom Rest derselben, in Schrägansicht; -
3 das Statorblechpaket aus 2 ohne Kühlrohre in Vorderansicht; -
4-9 einen beispielhaften Ablauf beim Verpressen eines Kühlrohrs mit dem Statorblechpaket; -
10 ein Statorblechpaket mit Kühlrohren, die nach dem Verpressen eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form beibehalten; -
11 wie 10 nur mit Bohrungen für Zuganker; -
12 einen Halbschnitt einer elektrischen Maschine mit Lagerschilden, die Kanäle eines Kühlsystems und Anschlüsse für Kühlrohre aufweisen; -
13 einen beispielhaften Ablauf zur Formgebung der stirnseitigen Enden des Kühlrohrs; -
14 ein Beispiel für radial über das Statorblechpaket hinausragende Kühlrohre, welche in Kontakt mit dem Gehäuse stehen und -
15 eine elektrische Maschine mit einem Stator der vorgeschlagenen Art, welche in ein Fahrzeug eingebaut ist.
-
1 an exemplary electrical machine shown schematically in half section; -
2 the stator laminated core of theelectrical machine 1 , isolated from the rest of the same except for a cooling tube, in oblique view; -
3 thestator core 2 without cooling tubes in front view; -
4-9 an exemplary process when pressing a cooling tube with the stator core; -
10 a laminated stator core with cooling tubes which retain an essentially circular-cylindrical shape after pressing; -
11 how10 only with holes for tie rods; -
12 a half section of an electrical machine with end shields that have channels of a cooling system and connections for cooling tubes; -
13 an exemplary process for shaping the front ends of the cooling tube; -
14 an example of cooling tubes that protrude radially beyond the laminated core of the stator and are in contact with the housing and -
15 an electrical machine with a stator of the proposed type, which is installed in a vehicle.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Einführend wird festgehalten, dass gleiche Teile in den unterschiedlich Ausführungsformen mit gleichen Bezugszeichen beziehungsweise gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Indizes. Die in der Beschreibung enthaltene Offenbarungen eines Bauteils kann sinngemäß ein anderes Bauteil mit gleichem Bezugszeichen beziehungsweise gleicher Bauteilbezeichnung übertragen werden. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „hinten“, „vorne“, „seitlich“ und so weiter auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.As an introduction, it is stated that the same parts in the different embodiments are provided with the same reference numbers or the same component designations, possibly with different indices. The disclosures of a component contained in the description can be transferred analogously to another component with the same reference number or the same component designation. The position information selected in the description, such as "top", "bottom", "back", "front", "side" and so on, refers to the figure directly described and shown and, in the event of a change of position, to the new one transfer location.
Der Stator 5 weist in diesem Beispiel mehrere Statorbleche 10 auf, welche ein Statorblechpaket 11a beziehungsweise einen Stator-Grundkörper bilden, sowie im Statorblechpaket 11a angeordnete Statorwicklungen 12. Weiterhin umfasst der Stator 5 ein in Längsrichtung des Statorblechpakets 11a verlaufendes Kühlrohr 13 mit stirnseitigen Rohrbögen 14a, 14b. Das Kühlrohr 13 und die Rohrbögen 14a, 14b sind Teil eines in der
Die Statorwicklungs-Nuten 15 und/oder die Rohr-Nuten 16 können durch Stanzen oder Schneiden entsprechender Ausschnitte in den einzelnen Statorblechen 10 hergestellt sein. Werden die Statorbleche 10 übereinander gestapelt, so entstehen in Folge die Statorwicklungs-Nuten 15 und die Rohr-Nuten 16. Werden die Statorbleche 10 beim Stapeln nicht verdreht, so entstehen axial verlaufende Statorwicklungs-Nuten 15 und Rohr-Nuten 16. Werden die Statorbleche 10 beim Stapeln etwas gegeneinander verdreht, so entsteht eine Schrägstellung der Statorwicklungs-Nuten 15 und der Rohr-Nuten 16. Die angegebene Weise für die Herstellung der Statorwicklungs-Nuten 15 und die Rohr-Nuten 16 ist zwar von Vorteil, grundsätzlich könnte diese aber auch anders hergestellt werden, beispielsweise durch Fräsen und/oder Räumen des fertig gestapelten Statorblechpakets 11a.The
Das Verfahren zur Herstellung eines Stators 5 für die elektrische Maschine 1a umfasst also die Schritte
- -
Bereitstellen eines Statorblechpakets 11a desStators 5, welches umfangsseitige Rohr-Nuten 16 aufweist, welche ein hinterschnittenes Nutprofil aufweisen, das radial nach außen offen ist. - -
Einlegen eines Kühlrohrs 13 eines Kühlsystems in die Rohr-Nut 16 und - - Verpressen des Kühlrohrs 13
mit dem Statorblechpaket 11a,wobei das Kühlrohr 13 durch Ausüben eines Pressdrucks aufdas Kühlrohr 13 quer zu dessen Längsachse, welcher im Bereich der Öffnung des Nutprofils oder der Rohr-Nut 16 wirkt, plastisch verformt wird.
- - Provision of a
stator core 11a of thestator 5, which hascircumferential tube grooves 16 which have an undercut groove profile which is open radially outwards. - - Insertion of a cooling
pipe 13 of a cooling system in thepipe groove 16 and - - Pressing the cooling
tube 13 with thestator core 11a, wherein the coolingtube 13 is plastically deformed by exerting a pressure on the coolingtube 13 transversely to its longitudinal axis, which acts in the area of the opening of the groove profile or thetube groove 16.
Es entsteht somit ein Stator 5 für eine elektrische Maschine 1a, umfassend ein Statorblechpaket 11a und darin angeordnete Kühlrohre 13 eines Kühlsystems, wobei
- - die
Kühlrohre 13 in umfangsseitigen Rohr-Nuten 16 des Statorblechpakets 11a angeordnet sind, welche ein hinterschnittenes Nutprofil aufweisen, das radial nach außen offen ist und - - die
Kühlrohre 13mit dem Statorblechpaket 11a verpresst sind, wobei die Verpressung durch Ausüben eines Pressdrucks aufdas Kühlrohr 13 quer zu dessen Längsachse im Bereich der Öffnung des Nutprofils oder der Rohr-Nut 16 und plastische Verformung des Kühlrohrs 13 hergestellt ist.
- - The
cooling pipes 13 are arranged inperipheral pipe grooves 16 of thestator core 11a, which have an undercut groove profile which is open radially outwards and - - the
cooling tubes 13 are pressed with thestator core 11a, the pressing being produced by exerting a pressure on the coolingtube 13 transversely to its longitudinal axis in the area of the opening of the groove profile or thetube groove 16 and plastic deformation of the coolingtube 13.
Vorteilhaft wird die Verpressung wie in den Figuren dargestellt hergestellt, grundsätzlich wäre auch aber eine andere Art der Herstellung möglich.The pressing is advantageously produced as shown in the figures, although another type of production would also be possible in principle.
Die
Die
Damit die Kühlrohre 13 beim Verpressen an den stirnseitigen Enden eine gewünschte Form beibehalten, können Innendorne 22a, 22b in das Kühlrohr 13 eingeschoben werden, während mit dem Pressstempel 18 ein Pressdruck auf das Kühlrohr 13 ausgeübt wird. Das Statorblechpaket 11a liegt dabei auf der Basis 17 auf. Denkbar wäre auch, dass die Enden der Kühlrohre 13 nach dem Verpressen mit dem Pressstempel 18 mit Hilfe eines Innendorns 22a, 22b und eines entsprechenden außenliegenden Gegenstücks umgeformt und in eine gewünschte Form gebracht werden. In beiden Fällen wird eine Verbindung der Kühlrohre 13 mit Rohrbögen 14a, 14b oder weiteren Kühlrohren 13, beispielsweise durch Verschweißen oder Verlöten, erleichtert. Dasselbe trifft für das Einstecken oder Einpressen in die Anschlüsse in den Lagerschilden 6b, 7b zu, das durch ein definierte Form der Enden der Kühlrohre 13 ebenfalls erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht wird.So that the
Vorteilhaft ist es, wenn die Kühlrohre 13 radial über das Statorblechpaket 11a hinausragen und eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Statorblechpaket 11a und dem Gehäuse 9 (konkret mit dem Gehäuseteil 8) durch eine zusätzliche plastische oder elastische Verformung der Kühlrohre 13 hergestellt ist. Eine solche Anordnung ist in
Generell können die Kühlrohre 13 aus einem Metall bestehen, insbesondere aus Stahl, Aluminium, Kupfer oder Messing. Die Statorbleche 10 des Statorblechpakets 11a können aus Stahl bestehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Statorbleche 10 aus Stahl bestehen und die Kühlrohre 13 des Kühlsystems aus Aluminium, Kupfer oder Messing. Dadurch, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient von Aluminium, Kupfer oder Messing größer ist als jener von Stahl, werden die Kühlrohre 13 bei Erwärmung der elektrischen Maschine 1a, 1b noch stärker gegen die Statorbleche 10 gepresst, wodurch der thermische Übergangswiderstand verbessert, jedoch wenigstens nicht verschlechtert wird.In general, the
Wenn die Einsatztemperatur der elektrischen Maschine 1a, 1b besonders niedrig ist, kann es deshalb auch von Vorteil sein, wenn das Statorblechpaket 11a vor dem Verpressen des Kühlrohrs 13 auf eine Temperatur im Bereich von -20° bis +10° abgekühlt wird. Dadurch kann ein guter thermischer Übergangswiderstand zwischen den Kühlrohren 13 und den Statorblechen 10 auch bei der späteren Einsatztemperatur der elektrischen Maschine 1a, 1b gewährleistet werden.If the operating temperature of the
Der Nutgrund des Nutprofils der Rohr-Nuten 16 kann vorzugsweise konvex nach außen gewölbt sein. Insbesondere kann dessen Krümmung einem Radius mit dem Mittelpunkt auf der Drehachse A entsprechen. Dadurch wird die magnetische Funktion des Statorblechpakets 11a durch die Rohr-Nuten 16 geringer beeinflusst.The groove base of the groove profile of the
Vorteilhaft braucht das Gehäuse 9 durch die vorgeschlagenen Maßnahmen keine Kühlfunktion zu haben, sondern es kann frei gestaltet werden.Advantageously, due to the proposed measures, the
Die Kühlrohre 13 können vorteilhaft neben ihrer Kühlfunktion auch zum Ausrichten der Statorbleche 10 des Statorblechpakets 11a dienen und somit einen Zusatznutzen erfüllen. Insbesondere brauchen dann keine anderen Maßnahmen zum Ausrichten der Statorbleche 10 ergriffen werden.In addition to their cooling function, the
Die
Abschließend wird festgehalten, dass der Schutzbereich durch die Patentansprüche bestimmt ist. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Die in den Figuren enthaltenen Merkmale können beliebig ausgetauscht und miteinander kombiniert werden. Insbesondere wird auch festgehalten, dass die dargestellten Vorrichtungen in der Realität auch mehr oder auch weniger Bestandteile als dargestellt umfassen können. Teilweise können die dargestellten Vorrichtungen beziehungsweise deren Bestandteile auch unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt sein.Finally, it is stated that the scope of protection is determined by the patent claims. However, the description and drawings should be used to interpret the claims. The features contained in the figures can be arbitrarily exchanged and combined with one another. In particular, it is also stated that in reality the devices shown can also include more or fewer components than shown. In some cases, the devices shown or their components may also be shown not to scale and/or enlarged and/or reduced.
Claims (10)
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