DE102021211920A1

DE102021211920A1 - Stator für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102021211920A1
Application number: DE102021211920.4A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Bäuerle
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2023-04-27

Abstract

Stator (2) für eine elektrische Maschine (1), insbesondere eine elektrische Maschine (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen einen Statorraum und einen Rotorraum definierenden Statorgrundkörper (3), der wenigstens einen, insbesondere in Axialrichtung verlaufenden, Temperierkanal (11) aufweist, wobei wenigstens ein an einer axialen Endfläche (7, 8) des Statorgrundkörpers (3) ein Abdeckelement (15) angeordnet ist, das einen Einlass (13) oder einen Auslass (14) und ein den wenigstens einen Temperierkanal (11) mit dem Einlass (13) oder Auslass (14) verbindendes Zwischenreservoir (16) begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen einen Statorraum und einen Rotorraum definierenden Statorgrundkörper, der wenigstens einen, insbesondere in Axialrichtung verlaufenden, Temperierkanal aufweist.
Statoren für elektrische Maschinen für Kraftfahrzeuge sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise sind aus DE 10 2017 213 662 A1 , DE 10 2017 112 365 A1 oder aus US 2019 229 566 A1 elektrische Maschinen mit Kühleinrichtungen bekannt. Derartige elektrische Maschinen verfügen über einen Stator, der beispielsweise in einen Statorraum und einen Rotorraum unterteilt werden kann. In dem Statorraum sind die Statornuten, in denen die einzelnen Leiter, die auch „Hairpins“ genannt werden, untergebracht, während in dem Rotorraum der Rotor angeordnet ist. Zwischen dem Rotor und dem Stator, also beispielsweise den Zahnköpfen der Statornuten und dem sich in dem Rotorraum drehenden bzw. drehbar gelagerten Rotor wird ein sogenannter Luftspalt ausgebildet. Um den Rotorraum von dem Statorraum abzutrennen, beispielsweise zur Isolation des Rotorraums gegen-über dem Statorraum, kann zum Beispiel ein Spaltrohr verwendet werden. Das Spaltrohr liegt somit innenseitig an dem Statorraum an und trennt den Rotorraum in Radialrichtung von dem Statorraum, sodass keine Verbindung zwischen den Statornuten und dem Rotorraum besteht.
Bei der Kühlung der elektrischen Maschine werden üblicherweise Kühleinrichtungen verwendet, die einen Mantel um den Stator aufweisen, sodass Kühlmittel zwischen dem Mantel und einem Statorgrundkörper gefördert werden kann, um Wärme von dem Statorgrundkörper der elektrischen Maschine abzuführen. Hierbei werden für die Pfade auf denen Wärme abgeführt wird, lange Wege erforderlich, da letztlich eine Kühlung „von außen“ durchgeführt wird. Daneben ist es bekannt, die elektrische Maschine vollständig nass zu betreiben, das bedeutet, dass sowohl der Rotor-raum als auch der Statorraum mit Kühlmittel bzw. Öl gefüllt werden kann. Hierin besteht der Nachteil, dass der sich drehende Rotor das Kühlmittel beschleunigt und somit Verluste bei der Bewegung des Rotors in dem Kühlmittel auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen demgegenüber verbesserten Stator für eine elektrische Maschine anzugeben, bei dem insbesondere ein Temperieren der elektrischen Maschine verbessert möglich ist.
Die Aufgabe wird durch einen Stator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung einen Stator für eine elektrische Maschine. Der Stator weist ein Statorgrundkörper auf, der in einen Statorraum und einen Rotorraum unterteilt werden kann. In dem Rotorraum kann ein Rotor angeordnet sein, der sich gegenüber dem Statorraum, beispielsweise umfassend das Blechpaket und die Statornuten, drehen kann. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass wenigstens ein Abdeckelement vorgesehen ist, das an einer axialen Endfläche des Statorgrundkörpers angeordnet ist, welches Abdeckelement einen Einlass oder einen Auslass und ein den wenigstens einen Temperierkanal mit dem Einlass oder Auslass verbindendes Zwischenreservoir begrenzt. Die Erfindung schlägt somit vor, ein Abdeckelement zu verwenden, durch das Temperiermittel in den Temperierkanal in dem Statorgrundkörper eingebracht werden kann bzw. aus dem Temperiermittel aus dem Temperierkanal bzw. aus dem Stator ausströmen kann. Grundsätzlich können derartige Elemente somit als Einlass oder als Auslass verwendet werden. Zum Beispiel weist der Statorgrundkörper wenigstens ein Abdeckelement, durch das Temperiermittel in den Statorgrundkörper geführt wird und wenigstens ein weiteres Abdeckelement auf, das dafür vorgesehen ist, das Temperiermittel aus dem Statorgrundkörper abzuführen.
Das Abdeckelement wird somit an eine der axialen Endflächen des Statorgrundkörpers angeordnet, die auch als Stirnseiten des Statorgrundkörpers bezeichnet werden können. Die axiale Endfläche betrifft somit diejenige Endfläche des Statorgrundkörpers in Axialrichtung, an der in einem montierten Zustand des Statorgrundkörpers die Leiter, beispielsweise in Form von Wickelköpfen, aus dem Statorgrundkörper herausragen. Vorteilhafterweise ermöglicht der vorgeschlagene Stator somit, dass das üblicherweise schwierige Einbringen und Abführen von Temperiermittel in den Temperierkanal, insbesondere in die mit Leitern belegten Statornuten, vereinfacht werden kann, da das Abdeckelement den Einlass oder Auslass bereitstellt, der das Temperiermittel aufnehmen kann, um das Temperiermittel in ein Zwischenreservoir und von dort in den Temperierkanal zu führen.
Anstelle das Temperiermittel somit in Axialrichtung durch die Wickelköpfe zu führen, wird vorgeschlagen, das Abdeckelement zu verwenden. Da die Leiter in den Statornuten, insbesondere in den Wickelköpfen, aufgrund ihrer Verschaltung unterschiedlich gebogen und unterschiedlich orientiert sind, bildet sich kein dedizierter, gleichmäßiger Kanalabschnitt für das Einbringen des Temperiermittels in den Temperierkanal bzw. beim Abführen des Temperiermittels aus dem Temperierkanal aus. Das Abdeckelement, das das Zwischenreservoir begrenzt, ermöglicht somit ein gleichmäßiges Zuführen oder Abführen des Temperiermittels, nämlich durch den Einlass oder Auslass in das Zwischenreservoir und von dort in den Temperierkanal bzw. umgekehrt beim Abführen des Temperiermittels. Dadurch werden insbesondere die Strömungseigenschaften des Temperiermittels verbessert, insbesondere kann die Wärmeableitung und somit die Wärmeverteilung über den Statorgrundkörper homogenisiert werden, da die Abhängigkeit von der Orientierung bzw. Verschaltung der einzelnen Leiter reduziert oder beseitigt werden kann. Das „Abdeckelement“ fängt oder sammelt das Temperiermittel, um das Temperiermittel in den wenigstens einen Temperierkanal zu führen oder nachdem das Temperiermittel den Statorgrundkörper verlässt. Das Abdeckelement kann daher auch als „Fangkanal“ oder „Fangtrichter“ bezeichnet werden. Das Zwischenreservoir kann in dem Abdeckelement ausgebildet sein oder durch die Anordnung des Abdeckelement an dem Statorgrundkörper, insbesondere zwischen Abdeckelement und Statorgrundkörper, ausgebildet sein.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird das Abdeckelement bzw. der Stator vorwiegend im Rahmen einer Temperierung bzw. einem Temperierkanal, Temperiermittel und dergleichen beschrieben. Unter dem Begriff „Temperierung“ wird insbesondere ein Heizen oder ein Kühlen verstanden. Die nachfolgende Beschreibung kann somit auf eine Kühlung, beispielsweise umfassend Kühlkanäle, Kühlmittel und dergleichen bzw. auf eine Heizung, umfassend Heizkanäle, Heizmittel und dergleichen übertragen werden bzw. unter dem Begriff Temperierung zusammengefasst werden.
Der Stator kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass der wenigstens eine Einlass oder Auslass des Abdeckelements auf einem größeren Radius angeordnet ist, als der Radius auf dem der Temperierkanal angeordnet ist, insbesondere als der Radius auf dem eine den Temperierkanal aufnehmende Statornut angeordnet ist. Wie beschrieben, kann der Statorgrundkörper eine Vielzahl von Temperierkanälen aufweisen, die zusammen Bestandteile eines Temperierkreislaufs sind bzw. kann der Temperierkreislauf derart aufgefasst werden, dass dieser einen Temperierkanal mit einer Vielzahl von Temperierkanalabschnitten umfasst. Die nachfolgende Beschreibung ist somit auf einen Temperierkanal mit einer Vielzahl von Temperierkanalabschnitten übertragbar, sodass die einzelnen Temperierkanäle stattdessen einzelne Temperierkanalabschnitte eines gemeinsam Temperierkanals ausbilden können.
Durch das Anordnen bzw. Bereitstellen des Einlasses oder Auslasses seitens des Abdeckelements auf einem größeren Radius, insbesondere größer als der Radius, auf dem der wenigstens eine Temperierkanal an dem Statorgrundkörper angeordnet ist, beispielsweise weiter außen in Bezug auf eine Mittelachse oder Drehachse angeordnet als die Statornuten des Statorgrundkörpers, ermöglicht ein „Umgehen“ der Wickelköpfe bzw. der in den Statornuten aufgenommenen Leiter, die axial aus den Statornuten herausragen. Das Temperiermittel kann stattdessen, insbesondere geradlinig, dem Einlass zugeführt werden oder aus dem Auslass abgeführt werden, ohne dass die Strömung des Temperiermittels von den Leitern beeinflusst werden kann. Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, dass das Temperiermittel dem Einlass auf einer ersten Radialposition zugeführt werden kann, die radial weiter außen liegt als eine zweite Radialposition, zum Beispiel die Position eines Temperierkanals, der mit dem Einlass in Kommunikation steht.
Wie beschrieben, wird das Temperiermittel durch den Einlass in das Zwischenreservoir geführt, von wo aus das Temperiermittel in den Temperierkanal einströmen kann. Die Beschreibung des Einlass trifft auch auf den Auslass zu, wobei das Temperiermittel aus dem Temperierkanal auf der Auslassseite in das Zwischenreservoir einströmt und von dort zu dem Auslass, der auf einer anderen Radialposition angeordnet ist, als der Temperierkanal, insbesondere radial weiter außen als der Temperierkanal, aus dem Auslass ausströmen kann. Der Einlass und der Auslass, die verschiedenen Abdeckelementen, aber dem gleichen Temperierkanal zugeordnet sind, können auf derselben Radialposition und/oder Umfangsposition angeordnet sein.
Das Abdeckelement kann ferner einen Umlenkabschnitt aufweisen, der dazu ausgebildet ist, aus dem Temperierkanal ausströmendes oder in den Temperierkanal einströmendes Temperiermittel um einen definierten Winkel, insbesondere um 90°, umzulenken. Wie beschrieben, erstreckt sich der wenigstens eine Temperierkanal im Wesentlichen in Axialrichtung von einer ersten axialen Endfläche zu einer zweiten axialen Endfläche, beispielsweise durch eine der Statornuten. Der Umlenkabschnitt kann beispielsweise dafür vorgesehen sein, Temperiermittel aus dem Zwischenreservoir in den Temperierkanal umzulenken, wobei das Temperiermittel in dem Zwischenreservoir in Radialrichtung strömen kann und an dem Umlenkabschnitt, beispielsweise um 90°, in den Temperierkanal umgeleitet wird, wo das Temperiermittel im Wesentlichen in Axialrichtung strömt.
Das Abdeckelement kann mehrere Umlenkabschnitte für denselben Temperierkanal aufweisen. Beispielsweise kann dem Abdeckelement durch den Einlass Temperiermittel ebenfalls in Axialrichtung zugeführt werden, wobei ein erster Umlenkabschnitt das Temperiermittel, beispielsweise um 90°, in das Zwischenreservoir umlenkt. Hierbei strömt das Temperiermittel durch das Zwischenreservoir in Radialrichtung und wird durch der zweite Umlenkabschnitt, beispielsweise ebenfalls um 90°, in den Temperierkanal umgeleitet. Die Umlenkabschnitte können durch Flächen der Abdeckelemente oder des Statorgrundkörpers ausgebildet werden. Die Beschreibung trifft ebenso für den Auslass zu, wobei das auslassseitige Abdeckelement einen Umlenkabschnitt aufweisen kann, der aus dem Temperierkanal in das Abdeckelement einströmendes Temperiermittel, insbesondere um 90°, in das Zwischenreservoir umleitet. Von dem Zwischenreservoir aus kann das Temperiermittel, zum Beispiel durch einen weiteren Umlenkabschnitt umgelenkt werden, um in den Auslass und beispielsweise ein weiteres Leitungselement abgeführt zu werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann eine Abdeckeinrichtung vorgesehen sein, insbesondere eine Abdeckscheibe, die wenigstens zwei Abdeckelemente für wenigstens zwei verschiedene Temperierkanäle aufweist. Wie beschrieben, ist es grundsätzlich möglich, mehrere Abdeckelemente für einzelne Temperierkanäle vorzusehen. Beispielsweise wenigstens zwei Abdeckelemente, die eingangsseitig an einer ersten axialen Endfläche des Statorgrundkörpers angeordnet sind und zwei verschiedenen Temperierkanälen zugeordnet sind. Ebenso kann an der Auslassseite des Statorgrundkörpers für wenigstens zwei verschiedene Temperierkanäle jeweils wenigstens ein Abdeckelement vorgesehen sein. Ebenso ist es möglich, eine Abdeckeinrichtung vorzusehen, die wenigstens zwei Abdeckelemente bereitstellt, die zwei verschiedenen Temperierkanälen zugeordnet ist.
Insbesondere kann die Abdeckeinrichtung als Abdeckscheibe ausgeführt sein. Im Speziellen kann die Abdeckeinrichtung genauso viele Abdeckelemente aufweisen, wie Temperierkanäle an dem Statorgrundkörper vorgesehen sind. Beispielsweise kann die Abdeckeinrichtung genauso viele Abdeckelemente bereitstellen, wie Temperierkanäle in den Statornuten des Statorgrundkörpers vorgesehen sind. Dem Statorgrundkörper können beispielsweise zwei solche Abdeckeinrichtungen, beispielsweise zwei Abdeckscheiben, zugeordnet sein, die einlassseitig und auslassseitig, also an beiden axialen Endflächen bzw. Stirnflächen des Statorgrundkörpers angeordnet werden können, um, wie beschrieben, die Leitung des Temperiermittels zu verbessern.
Durch das Vorsehen wenigstens einer Abdeckeinrichtung an jeder axialen Endfläche, ist sowohl der Einlass des Temperiermittels in die Temperierkanäle des Statorgrundkörpers als auch der Auslass des Temperiermittels aus dem Statorgrundkörper verbessert. Die einzelnen Abdeckeinrichtungen können, wie beschrieben, gesamte Abdeckscheiben, beispielsweise Kreisscheiben, darstellen oder in Umfangsrichtung segmentiert ausgebildet sein, beispielsweise als Hälften, Viertel, Achtel oder dergleichen
Wenigstens ein Abdeckelement kann nach einer weiteren Ausgestaltung wenigstens eine radiale Anlagefläche für wenigstens einen Leiter aufweisen, insbesondere zwei auf verschiedenen Radialpositionen angeordnete Anlageflächen. Die wenigstens eine radiale Anlagefläche ermöglicht, den wenigstens einen Leiter, der in dem Temperierkanal angeordnet ist, zu positionieren. Wie bereits beschrieben, können insbesondere die Statornuten als Temperierkanäle verwendet werden bzw. können die Temperierkanäle innerhalb der Statornuten ausgebildet werden. Durch das Vorsehen wenigstens einer radialen Anlagefläche bzw. zweier radialer Anlageflächen auf verschiedenen Radialpositionen, kann der wenigstens eine Leiter innerhalb des Temperierkanals positioniert werden. Dies ermöglicht insbesondere sicherzustellen, dass der Leiter nicht an einer Innenfläche des Temperierkanals anliegt und somit eine Führung des Temperiermittels um den Leiter herum beeinträchtigen würde. Stattdessen kann das Temperiermittel sicher um den Leiter herumströmen und somit eine Temperierung des Leiters verbessert vornehmen. Die radialen Anlageflächen können somit auch als oberer und unterer Anschlag für den Leiter oder die Vielzahl der Leiter innerhalb des Temperierkanals verstanden werden.
Wenigstens ein Abdeckelement kann ferner wenigstens eine umfangsseitige Anlagefläche für wenigstens einen Leiter aufweisen, insbesondere zwei auf verschiedenen Umfangspositionen angeordnete Anlageflächen. Die wenigstens eine umfangsseitige Anlagefläche bewirkt eine Positionierung des wenigstens einen Leiters in Umfangsrichtung. Insbesondere können zwei umfangsseitige Anlageflächen bereitgestellt werden, die die Position des Leiters in Umfangsrichtung festlegen bzw. eine Positionierung begrenzen. Wie bereits in Bezug die radialen Anlageflächen beschrieben, wird dadurch insbesondere gewährleistet, dass der Leiter oder die Vielzahl der in dem Temperierkanal angeordneten Leiter, die Innenfläche des Temperierkanals nicht berührt bzw. daran anliegt und stattdessen ein Zwischenraum zwischen der Innenfläche des Temperierkanals und den Außenflächen der Leiter eingestellt bleibt, durch welchen Zwischenraum das Temperiermittel durchströmen kann.
Im Speziellen können somit radiale Anlageflächen und umfangsseitige Anlageflächen bereitgestellt werden, die den wenigstens einen Leiter bzw. die mehreren in dem Temperierkanal angeordneten Leiter positionieren, sodass um den Umfang der Leiter bzw. des wenigstens einen Leiters herum Temperiermittel definiert strömen kann, beispielsweise um Wärme von dem Leiter abzuführen. Die Anlageflächen können somit auch als Abstandhalter bzw. Anschläge verstanden werden. Insbesondere können ein eingangsseitiges Abdeckelement und ein ausgangsseitiges Abdeckelement entsprechende Anlageflächen aufweisen, sodass der Leiter über die gesamte Länge des Temperierkanals korrekt positioniert bleibt.
Nach einer Weiterbildung des Stators kann wenigstens ein Abdeckelement eine Fase an einer dem Temperierkanal zugewandten Kante aufweisen, welche Fase dazu ausgebildet ist, einen Strömungskanal zwischen dem Temperierkanal und dem Zwischenreservoir auszubilden. Die Fase ist bei einem montierten Abdeckelement somit in Richtung der axialen Endfläche des Statorgrundkörpers gerichtet, sodass sich durch die Fase ein Strömungskanal ausbildet, durch den Temperiermittel zwischen dem Temperierkanal und dem Zwischenreservoir strömen kann. Mit anderen Worten hält die Fase einen Strömungskanal frei, den das Temperiermittel nutzen kann, um von dem Zwischenreservoir in den Temperierkanal oder von dem Temperierkanal in das Zwischenreservoir zu strömen.
Das Abdeckelement kann ferner wenigstens einen Biegeradius auf der gegenüberliegenden Seite des Abdeckelements aufweisen, welcher Biegeradius dafür vorgesehen sein kann, bei einem Verschalten der Leiter eine entsprechende Biegebewegung der Leiter zuzulassen. Wie beschrieben, sind der Biegeradius und die Fase an gegenüberliegenden Flächen des Abdeckelements angeordnet, wobei die Fase dem Statorgrundkörper zugewandt und der Biegeradius von dem Statorgrundkörper abgewandt angeordnet ist. Die Fase ist in einem montierten Zustand des Abdeckelements insbesondere an einer radial äußeren Kante des Temperierkanals angeordnet, sodass Temperiermittel, das aus dem Temperierkanal ausströmt nach radial außen in Richtung des Zwischenreservoir strömen kann. Bei einem einlassseitigen Abdeckelement kehrt sich die Strömungsrichtung entsprechend um, sodass Temperiermittel durch den Strömungskanal aus dem Zwischenreservoir in den Temperierkanal strömen kann.
An dem Abdeckelement können ferner zwei an einem Temperierkanal gegenüberliegende Fasen vorgesehen sein. Dadurch wird insbesondere ermöglicht, dass über den gesamten Bereich des Temperierkanals Temperiermittel aus dem Temperierkanal in das Zwischenreservoir, insbesondere durch den Strömungskanal, oder umgekehrt aus dem Zwischenreservoir durch den Strömungskanal in den Temperierkanal einströmen kann. Die Fasen können ferner mit den zuvor beschriebenen Anlageflächen, insbesondere umfangsseitigen Anlageflächen kombiniert werden, sodass die Fasen ausgehend von den Anlageflächen eine Freistellung darstellen, durch die Temperiermittel (vermehrt) durch einen durch die Fasen freigehaltenen Strömungskanal strömen kann.
Die beschriebenen Fasen sind insbesondere in Umfangsrichtung unter einem Winkel in Bezug auf die Mittelachse des Statorgrundkörpers angeordnet bzw. ausgerichtet. Der Winkel verläuft beispielsweise bezogen auf eine Axialebene, die sich von der Mittelachse des Statorgrundkörpers durch die Mitte der Statornut bzw. des Temperierkanals erstreckt. Die Fase ergibt somit eine Verbreiterung in Richtung des Statorgrundkörpers bzw. öffnet sich der Winkel ausgehend von dem Abdeckelement in Richtung des Statorgrundkörpers. Die Fase stellt das Abdeckelement insbesondere so weit frei, dass eine in der Statornut angeordnete Nutisolation weiter in den Temperierkanal eingreift als eine durch die Fase ausgebildete Kante des Abdeckelements.
Die Erfindung betrifft im Weiteren eine elektrische Maschine mit einem zuvor erläuterten Stator. Weiter betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine mit einem zuvor beschriebenen Stator. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf den Stator beschrieben wurden, sind vollständig auf die elektrische Maschine und auf das Kraftfahrzeug übertragbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 einen Ausschnitt einer elektrischen Maschine in perspektivischer Darstellung;
2 einen Ausschnitt der elektrischen Maschine von 1 in axialer Ansicht;
3 einen Längsschnitt der elektrischen Maschine von 1, 2;
4 einen Ausschnitt der Darstellung von 3;
5 einen Ausschnitt einer Abdeckeinrichtung der elektrischen Maschine von 1-5; und
6 einen Ausschnitt der elektrischen Maschine von 1-5 in radialer Ansicht.

1 zeigt einen Ausschnitt einer elektrischen Maschine 1 mit einem Stator 2, der ein Statorgrundkörper 3 aufweist. An dem Statorgrundkörper 3 sind zwei Abdeckeinrichtungen 4, 5 (3) angeordnet, von denen in 1 lediglich die Abdeckeinrichtung 4 sichtbar ist. An dem Statorgrundkörper 3 sind ferner eine Vielzahl von Leitern 6 angeordnet, die im Bereich axialer Endflächen 7, 8 des Statorgrundkörpers 3 Wickelköpfe 9 ausbilden.
2 zeigt einen Ausschnitt einer axialen Ansicht, des Statorgrundkörpers 3, die beispielhaft sowohl für die Endfläche 7 als auch die Endfläche 8 stehen kann. Somit kann beispielsweise axial auf die Abdeckeinrichtung 4 oder die Abdeckeinrichtung 5 geblickt werden. Die Beschreibung ist entsprechend übertragbar. Ersichtlich sind die Leiter 6 in Statornuten 10 des Statorgrundkörpers 3 aufgenommen, wobei die Statornuten 10 Temperierkanäle 11 begrenzen, in denen die Leiter 6 aufgenommen sind. Durch die Temperierkanäle 11 kann Temperiermittel in Axialrichtung durch den Statorgrundkörper 3 geführt werden. Die Abdeckeinrichtungen 4, 5 weisen ferner Biegeradien 12 auf, an denen die Leiter 6 zur Verschaltung gebogen werden können bzw. die die Verbiegung der Leiter 6 zulassen.
Die Abdeckeinrichtungen 4, 5 sind scheibenförmig ausgebildet, beispielsweise als Abdeckscheiben. Die Abdeckeinrichtungen 4, 5 erstrecken sich zwischen einer äußeren Radialposition und einer inneren Radialposition. Die Abdeckeinrichtungen 4, 5 sind somit ringscheibenförmig bzw. (loch-)kreisscheibenförmig ausgeführt. Die Abdeckeinrichtungen 4, 5 weisen, je nach Ausgestaltung der Abdeckeinrichtung 4, 5 Einlässe 13 bzw. Auslässe 14 auf. In Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des Temperiermittels, d.h., je nachdem in welche Richtung das Temperiermittel durch den Statorgrundkörper 3 geführt wird, weist eine Abdeckeinrichtung 4, 5 entsprechend einen Einlass 13 oder einen Auslass 14 auf. Insbesondere sind je nach Anzahl der Temperierkanäle 11 entsprechend viele einlese 13 und Auslässe 14 vorgesehen.
Jeder Einlass 13 oder Auslass 14 ist auf einer Radialposition angeordnet, die radial weiter außen liegt als die Temperierkanäle 11, insbesondere weiter außen als die Mittelpunkte der Temperierkanäle 11 in radialer Richtung bzw. deren radiales Ende, also insbesondere deren weiteste radiale Erstreckung. Rein schematisch ist als strichliertes Segment ein Abdeckelement 15 dargestellt, das Bestandteil der Abdeckeinrichtung 4, 5 ist. Jede der Abdeckeinrichtungen 4, 5 kann somit in Abdeckelemente 15 unterteilt werden, die jeweils einem Temperierkanal 11 zugeordnet sind und entsprechend einen Einlass 13 oder einen Auslass 14 aufweisen. Die Unterteilung in Abdeckelemente 15 ist hierbei rein funktional bzw. systemisch und nicht räumlich geometrisch zu verstehen. Es ist jedoch ebenso möglich, dass jede der Abdeckeinrichtungen 4, 5 auch in Umfangsrichtung segmentiert ausgebildet ist, beispielsweise in Hälften, Viertel, Achtel und dergleichen und demnach jedes Segment mehrere oder einzelne Abdeckeinrichtungen 15 aufweisen kann.
Die Anordnung der Einlässe 13 und Auslässe 14 auf einer radial weiter außen angeordneten Radialposition ermöglicht insbesondere, dass Temperiermittel in die Temperierkanäle 11 verbessert eingeführt und von diesen abgeleitet werden kann, insbesondere ohne im Bereich der Wickelköpfe 9 die durch die Wickelköpfe 9 belegten Strömungsquerschnitte verwenden zu müssen. Stattdessen kann ein definiertes Einströmen und Ausströmen des Temperiermittels über die Einlässe 13 und Auslässe 14 erfolgen.
In 3 ist ein Längsschnitt der elektrischen Maschine 1 bzw. des Statorgrundkörpers 3 dargestellt. Rein beispielhaft wird nachfolgend die Abdeckeinrichtung 4 auf der Eingangsseite beschrieben und die Abdeckeinrichtung 5 auf der Ausgangsseite. Wie beschrieben, ist diese Zuordnung je nach Strömungsrichtung umkehrbar bzw. beliebig austauschbar. Wird die Strömungsrichtung entgegen der nachfolgenden Beschreibung gewählt, verändern sich die Bezeichnungen der Einlässe und Auslässe entsprechend. Die Abdeckeinrichtung 4 und die Abdeckeinrichtung 5 können beispielsweise identisch ausgeführt und entgegengesetzt angeordnet sein.
In der in 3 dargestellten Situation weist somit die Abdeckeinrichtung 4 mehrere in Umfangsrichtung verteilte Einlässe 13 auf, durch die Temperiermittel eingeströmt werden kann. Jede Abdeckeinrichtung 4, 5 begrenzt in jedem Abdeckelement 15 ein Zwischenreservoir 16, wobei Temperiermittel durch den Einlass 13 in das Zwischenreservoir 16 strömen kann und von dem Zwischenreservoir 16 der Abdeckeinrichtung 4 in den dem jeweiligen Einlass 13 zugeordneten Temperierkanal 11. Das Temperiermittel kann den Temperierkanal 11 in Axialrichtung des Statorgrundkörpers 3 durchströmen und entsprechend in das Zwischenreservoir 16 in der Abdeckeinrichtung 5 einströmen. Wie beschrieben, weist die Abdeckeinrichtung 5 in diesem Fall Auslässe 14 auf, durch die das Temperiermittel anschließend ausströmen kann.
Die Abdeckeinrichtungen 4, 5 bewirkt somit eine Veränderung der Strömungsrichtung, da das Temperiermittel in den Zwischenreservoiren 16 im Wesentlichen in radialer Richtung strömt und innerhalb der Temperierkanäle 11 im Wesentlichen in Axialrichtung strömt. Zusammenfassend weist jede Abdeckeinrichtung 4, 5 mehrere in Umfangsrichtung aneinander angeordnete Abdeckelemente 15 auf, die jeweils ein Zwischenreservoir 16 und einen Einlass 13 oder Auslass 14 aufweisen und einem der Temperierkanäle 11 zugeordnet sind. Jedes Abdeckelement 15 weist dabei ein Zwischenreservoir 16 auf, in dem Temperiermittel zwischengespeichert werden kann, bevor dieses in den Temperierkanal 11 einströmt bzw. nachdem dieses aus dem Temperierkanal 11 ausgeströmt ist.
4 zeigt eine detaillierte Darstellung, in diesem Fall von der Abdeckeinrichtung 4, wobei die Beschreibung analog auf die Abdeckeinrichtung 5 übertragbar ist. In der gezeigten Darstellung weist die Abdeckeinrichtung 4 radiale Anlageflächen 17, 18 auf, wobei die radiale Anlagefläche 17 auf einer inneren Radialposition und die Anlagefläche 18 auf einer äußeren Radialposition angeordnet ist. Die Anlageflächen 17, 18 bilden Anschläge bzw. Anlagebereiche für die Leiter 6, die innerhalb der Statornuten 10 angeordnet ist, welche Leiter 6 sich somit innerhalb des in der Statornut 10 ausgebildeten Temperierkanals 11 erstrecken. Dadurch werden die Leiter 6 so positioniert, dass sich ein definierter Abstand zwischen den Leitern 6 und der Innenfläche des Temperierkanals 11 ausbildet, durch welchen Abstand Temperiermittel strömen kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Temperierkanal 11 eine Nutisolation 19 auf bzw. ist in den Statornuten 10 eine Nutisolation 19 angeordnet, die die Statornuten 10 von dem inneren der Temperierkanäle 11 isoliert. Mit anderen Worten sind die Leiter 6 und das Temperiermittel innerhalb eines Temperierkanals 11 gegenüber der Statornut 10 bzw. der Innenfläche der Statornut 10, isoliert.
Durch den Einlass 13 kann Temperiermittel in das Zwischenreservoir 16 einströmen, in radialer Richtung das Zwischenreservoir 16 durchströmen, wobei das Temperiermittel in dem Bereich der Leiter 6 umgelenkt wird, um den Temperierkanal 11 zu durchströmen. Die Umlenkung des Temperiermittels kann beispielsweise durch Umlenkabschnitte, insbesondere Wandungen des Stators 2, beispielsweise des Statorgrundkörpers 3, der Abdeckeinrichtung 4, 5 oder den Leitern 6, erfolgen.
5 zeigt eine axiale Darstellung der Abdeckeinrichtung 4 von der Seite der axialen Endfläche 7 bzw. übertragen auf die Abdeckeinrichtung 5 von der Seite der axialen Endfläche 8. Die Abdeckeinrichtungen 4, 5 werden somit von den Leitern 6 durchgegriffen. Die Zwischenreservoire 16 bilden letztlich radial außerhalb der Statornuten 10 Volumina aus, in die Temperiermittel gefördert werden kann. Das Einbringen des Temperiermittels ist somit gegenüber einer axialen Einbringung durch die Wickelköpfe 9 hindurch verbessert, da das Eintreten des Temperiermittels durch das Zwischenreservoir 16 definiert erfolgen kann und nicht von der Wickelgeometrie bzw. der Verschaltung der Leiter 6 in den einzelnen Bereichen abhängt. Somit kann die Strömung über die Temperierkanäle 11 homogenisiert werden, sodass die Wärmeverteilung bzw. die Wärmeableitung ebenfalls homogenisiert werden kann.
6 zeigt eine Darstellung in radialer Ansicht, wobei letztlich von radial außen (oder radial innen) auf die Leiter 6 geblickt wird. Die Abdeckeinrichtungen 4, 5 bilden umfangsseitige Anlageflächen 20, 21 aus, an denen die Leiter 6 in Umfangsrichtung anliegen können bzw. durch die die Leiter 6 in Umfangsrichtung positioniert werden können. Ersichtlich bilden sich somit Zwischenräume 22 zwischen den Leitern 6 und der Nutisolation 19 aus, durch die Temperiermittel definiert durchströmen kann. Die Abdeckeinrichtungen 4, 5 weisen ferner Fasen 23 auf, die Strömungskanäle 24 freistellen, durch die Temperiermittel, das aus den Temperierkanälen 11 ausströmt in das Zwischenreservoir 16 in Radialrichtung strömen kann bzw. das aus dem Zwischenreservoir 16 durch die Strömungskanäle 24 in Radialrichtung strömen kann und somit in den Temperierkanal 11 einströmen kann. Bezogen auf den Biegeradius 12 an den Abdeckeinrichtungen 4, 5 befindet sich die jeweilige Fase 23 somit an der gegenüberliegenden Seite, nämlich an der Kante der Abdeckeinrichtung 4, 5, die dem Statorgrundkörper 3 zugewandt ist.
Die in Bezug auf die einzelnen Ausführungsbeispiele beschriebenen Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind untereinander austauschbar, miteinander kombinierbar und aufeinander übertragbar.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Maschine
2: Stator
3: Statorgrundkörper
4, 5: Abdeckeinrichtung
6: Leiter
7, 8: Endfläche
9: Wickelkopf
10: Statornut
11: Temperierkanal
12: Biegeradius
13: Einlass
14: Auslass
15: Abdeckelement
16: Zwischenreservoir
17, 18: Anlagefläche
19: Nutisolation
20,21: Anlagefläche
22: Zwischenraum
23: Fase
24: Strömungskanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017213662 A1 [0002]
DE 102017112365 A1 [0002]
US 2019229566 A1 [0002]

Claims

Stator (2) für eine elektrische Maschine (1), insbesondere eine elektrische Maschine (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen einen Statorraum und einen Rotorraum definierenden Statorgrundkörper (3), der wenigstens einen, insbesondere in Axialrichtung verlaufenden, Temperierkanal (11) aufweist, gekennzeichnet, durch wenigstens ein an einer axialen Endfläche (7, 8) des Statorgrundkörpers (3) angeordnetes Abdeckelement (15), das einen Einlass (13) oder einen Auslass (14) und ein den wenigstens einen Temperierkanal (11) mit dem Einlass (13) oder Auslass (14) verbindendes Zwischenreservoir (16) begrenzt.
Stator (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Einlass (13) oder Auslass (14) des Abdeckelements (15) auf einem größeren Radius angeordnet ist, als der Radius auf dem der Temperierkanal (11) angeordnet ist, insbesondere als der Radius auf dem eine den Temperierkanal (11) aufnehmende Statornut (10) angeordnet ist.
Stator (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (15) einen Umlenkabschnitt aufweist, der dazu ausgebildet ist, aus dem Temperierkanal (11) ausströmendes oder in den Temperierkanal (11) einströmendes Temperiermittel um einen definierten Winkel, insbesondere um 90°, umzulenken.
Stator (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Abdeckeinrichtung (4, 5), insbesondere eine Abdeckscheibe, die wenigstens zwei Abdeckelemente (15) für wenigstens zwei verschiedene Temperierkanäle (11) aufweist.
Stator (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) jeweils wenigstens eine Abdeckeinrichtung (4, 5) mit wenigstens einem Abdeckelement (15) an jeder axialen Endfläche (7, 8) aufweist.
Stator (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abdeckelement (15) wenigstens eine radiale Anlagefläche (17, 18) für wenigstens einen Leiter (6) aufweist, insbesondere zwei auf verschiedenen Radialpositionen angeordnete Anlageflächen (17, 18).
Stator (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abdeckelement (15) wenigstens eine umfangsseitige Anlagefläche (20, 21) für wenigstens einen Leiter (6) aufweist, insbesondere zwei auf verschiedenen Umfangspositionen angeordnete Anlageflächen (20, 21).
Stator (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abdeckelement (15) eine Fase (23) an einer dem Temperierkanal (11) zugewandten Kante aufweist, die dazu ausgebildet ist, einen Strömungskanal (24) zwischen dem Temperierkanal (11) und dem Zwischenreservoir (16) auszubilden.
Stator (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abdeckelement (15) zwei an einem Temperierkanal (11) gegenüberliegende Fasen (23) aufweist.
Elektrische Maschine (1) mit einem Stator (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (1) mit einem Stator (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.