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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Temperiervorrichtung, die dazu ausgebildet ist, zur Temperierung wenigstens eines Abschnitts der elektrischen Maschine ein Temperiermittel durch einen Temperierkanal zu fördern.
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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 gegenüber 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.
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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 Rotorraum 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.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine demgegenüber verbesserte elektrische Maschine anzugeben, bei der insbesondere ein Temperieren der elektrischen Maschine verbessert möglich ist.
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Die Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Wie beschrieben, betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug. Die elektrische Maschine wird in dem Kraftfahrzeug zur Erzeugung eines Drehmoments verwendet, insbesondere um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Die elektrische Maschine kann somit als Traktionsantrieb für das Kraftfahrzeug verstanden werden. Die elektrische Maschine weist einen Stator mit einem Statorgrundkörper auf, der eine Statoröffnung aufweist, in der der Rotor angeordnet ist. Der Statorgrundkörper kann somit in einen Statorraum und einen Rotorraum unterteilt werden. Zur Aufnahme der Leiter weist der Statorgrundkörper Statornuten auf, die sich in Axialrichtung erstrecken und in Umfangsrichtung verteilt an der Innenseite des Statorgrundkörpers angeordnet sind. Ferner weist der Stator ein sogenanntes Statorjoch auf, das außenseitig, das heißt auf einer größeren Radialpositionen als die Statornuten bzw. radial weiter außen als die Statornuten, angeordnet ist. Im Bereich des Statorjochs befindet sich insbesondere das Blechpaket an dem Statorgrundkörper.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Temperierkanal einen in wenigstens einer Statornut des Stators der elektrischen Maschine ausgebildeten ersten Temperierkanalabschnitt und wenigstens einen in einem Statorjoch des Stators der elektrischen Maschine ausgebildeten zweiten Temperierkanalabschnitt aufweist. Die Erfindung schlägt somit vor, dass der Temperierkanal, durch den mittels der Temperiervorrichtung Temperiermittel gefördert werden kann, grundsätzlich wenigstens die zwei Temperierkanalabschnitte aufweist, von denen ein erster Temperierkanalabschnitt im Bereich wenigstens einer Statornut, insbesondere in allen Statornuten, des Stators angeordnet ist und der zweite Temperierkanalabschnitt im Bereich des Statorjochs des Stators, insbesondere innerhalb des Statorjochs des Stators, angeordnet ist.
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Die vorgeschlagene Führung bzw. Anordnung der Temperierkanalabschnitte erlaubt eine besonders effiziente Fluidführung, da das Temperiermittel letztlich durch die Statornuten und durch das Statorjoch geführt werden kann, sodass sich für die Wärmeübertragung bzw. die Aufnahme von Wärme aus dem Statorgrundkörper besonders kurze Wege ergeben. Daneben können in dem Statorgrundkörper durch die Führung des Temperiermittels die Temperierkanalabschnitte besonders effizient temperiert, im Speziellen gekühlt, werden, da das Temperiermittel sehr nahe in dem Bereich geführt werden kann, in dem die Wärme erzeugt wird. Weiterhin wird durch die vorgeschlagene Führung des Temperiermittels die Temperierung bzw. die Führung der Temperierkanalabschnitte auf den Statorgrundkörper begrenzt, insbesondere kann somit der Rotorraum frei von Temperierkanalabschnitten gehalten werden.
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Die beiden Temperierkanalabschnitte, d.h. der erste Temperierkanalabschnitt und der zweite Temperierkanalabschnitt können mittelbar oder unmittelbar aneinander anschließen, sodass Temperiermittel, das dem ersten Temperierkanalabschnitt zugeführt wird, nach Verlassen des ersten Temperierkanalabschnitts in den zweiten Temperierkanalabschnitt geführt werden kann oder umgekehrt. Grundsätzlich sind im Rahmen dieser Anmeldung die Begriffe „erste“ und „zweite“ beliebig gewählt und daher austauschbar bzw. ist die Beschreibung entsprechend übertragbar. Bei der Zuordnung der einzelnen Temperierkanalabschnitte kann ebenso entweder ein gesamter erster Temperierkanalabschnitt vorgesehen sein, der sich in einzelne Unterabschnitte in den einzelnen Statornuten verzweigt oder die Zuordnung kann vorsehen, dass in jeder Statornut ein einzelner erster Temperierkanalabschnitt vorgesehen ist, sodass sich entsprechend der Anzahl der Statornuten die gleiche Anzahl an ersten Temperierkanalabschnitten ergibt. Jedem ersten Temperierkanalabschnitt kann ein zweiter Temperierkanalabschnitt in dem Statorjoch des Stators zugeordnet sein. Ebenso ist es möglich, mehrere Temperierkanalabschnitte in dem Statorjoch des Stators als gemeinsamen zweiten Temperierkanalabschnitt vorzusehen. Insbesondere kann jeder erste Temperierkanalabschnitt in einer Statornut mit einem zweiten Temperierkanalabschnitt in dem Statorjoch verbunden sein.
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Die Strömungsrichtung des Temperiermittels in dem ersten Temperierkanalabschnitt und in dem zweiten Temperierkanalabschnitt kann somit grundsätzlich in Axialrichtung ausgerichtet sein, d.h., dass insbesondere die Statornuten von dem Temperiermittel in Axialrichtung durchlaufen werden können, wobei die zweiten Temperierkanalabschnitte entgegengesetzt durchlaufen werden können. Die Strömungsrichtung in den ersten Temperierkanalabschnitten kann somit entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung in den zweiten Temperierkanalabschnitten sein. Der Temperierkanal kann somit eine Vielzahl von ersten Temperierkanalabschnitten und zweiten Temperierkanalabschnitten aufweisen, die miteinander verbunden sein können.
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Der Temperierkanal kann nach einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine ein erstes Trennelement in einem auf einer ersten Seite des Stators angeordneten ersten Ringraum und ein zweites Trennelement in einem auf einer zweiten Seite des Stators angeordneten zweiten Ringraum aufweisen, wobei das erste Trennelement den ersten Ringraum in einen ersten äußeren und einen ersten inneren Ringraum trennt und das zweite Trennelement den zweiten Ringraum in einen zweiten äußeren und einen zweiten inneren Ringraum trennt, wobei der wenigstens eine erste Temperierkanalabschnitt den ersten inneren Ringraum mit dem zweiten inneren Ringraum und der zweite Temperierkanalabschnitt den ersten äußeren Ringraum mit dem zweiten äußeren Ringraum verbindet. Nach dieser Ausgestaltung sind letztlich ein erstes und ein zweites Trennelement vorgesehen, die in einem ersten Ringraum und einem zweiten Ringraum angeordnet sind. Der erste Ringraum schließt sich beispielsweise an eine erste axiale Endfläche des Statorgrundkörpers an und der zweite Ringraum liegt auf der gegenüberliegenden Seite des Statorgrundkörpers an einer zweiten axialen Endflächen.
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Die Trennelemente können insbesondere zylindermantelförmig ausgebildet sein und somit die Ringräume in innere Ringräume und äußeren Ringräume unterteilen. Hierbei liegen die inneren Ringräume radial innen an dem Trennelement an und die äußeren Ringräume schließen sich radial außen an dem Trennelement an. Die Abtrennung durch die Trennelementen ist hierbei eine rein räumliche geometrische Abtrennung, die keine fluiddichte Abtrennung ausbildet, da das Temperiermittel durch die ersten Temperierkanalabschnitte und zweiten Temperierkanalabschnitte gefördert wird, die über die einzelnen Ringräume miteinander in Verbindung stehen.
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Der erste Temperierkanalabschnitt bzw. die Vielzahl erster Temperierkanalabschnitte verbindet somit den ersten inneren Ringraum mit dem zweiten inneren Ringraum, d.h., die radial innenliegenden Ringräume an einer ersten axialen Endflächen des Statorgrundkörpers mit den radial innenliegenden Ringräumen an der zweiten axialen Endflächen des Statorgrundkörpers. Dementsprechend verbinden die zweiten Temperierkanalabschnitte bzw. der wenigstens eine zweite Temperierkanalabschnitt die beiden äußeren Ringräume, d.h. den ersten äußeren Ringraum mit dem zweiten äußeren Ringraum. Dadurch kann die Fluidführung durch den Statorgrundkörper festgelegt werden. Beispielsweise kann je nach Wahl des Zulaufs und des Ablaufs, die Führung des Temperiermittels durch den Statorgrundkörper festgelegt werden. Zum Beispiel kann der Zulauf in einem inneren Ringraum und der Ablauf in einem äußeren Ringraum gewählt werden. Grundsätzlich ist die Wahl der Anordnung des Zulaufs und des Ablaufs beliebig möglich, bzw. in Abhängigkeit von der zu erwartenden Wärmeverteilung oder der verfügbaren Bauraumsituation wählbar.
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Die Temperiervorrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, Temperiermittel von dem ersten inneren Ringraum durch den wenigstens einen ersten Temperierkanalabschnitt in den zweiten inneren Ringraum und von dem zweiten inneren Ringraum in den zweiten äußeren Ringraum und von dem zweiten äußeren Ringraum durch den wenigstens einen zweiten Temperierkanalabschnitt in den ersten äußeren Ringraum zu fördern oder umgekehrt. Grundsätzlich ist es somit möglich, Temperiermittel in einen der beiden Ringräume zuzuführen, beispielsweise in einen inneren Ringraum, insbesondere den ersten inneren Ringraum. Grundsätzlich ist es auch möglich, Temperiermittel in den zweiten inneren Ringraum zuzuführen, wobei sich, wie bereits beschrieben, der erste inneren Ringraum von dem zweiten inneren Ringraum durch die Anordnung an der ersten axialen Endfläche oder der zweiten axialen Endfläche an dem Statorgrundkörper unterscheidet.
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Ausgehend von dem ersten inneren Ringraum kann das Temperiermittel durch die ersten Temperierkanalabschnitte, d.h. insbesondere durch die Statornuten, geführt werden und anschließend in dem zweiten inneren Ringraum wieder gesammelt werden. Von dem zweiten inneren Ringraum kann das Temperiermittel in den zweiten äußeren Ringraum geführt werden, d.h. in Radialrichtung nach außen geführt werden. Von dem zweiten äußeren Ringraum kann das Temperiermittel anschließend durch die zweiten Temperierkanalabschnitte, das heißt die Kanäle in dem Statorjoch, in entgegengesetzter Richtung durch den Statorgrundkörper zurückfließen und in dem ersten äußeren Ringraum gesammelt werden. Der Ablauf kann beispielsweise mit dem ersten äußeren Ringraum verbunden sein. Wie beschrieben, können Zulauf und Ablauf grundsätzlich beliebig gewählt werden. Wird der Ablauf an dem äußeren Ringraum gewählt, ist dies für die Entlüftung des Systems bzw. der Temperiervorrichtung sowie die Wärmeverteilung bzw. die Abfuhr der Wärme aus der elektrischen Maschine vorteilhaft.
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In dem ersten Trennelement und/oder dem zweiten Trennelement kann wenigstens ein Drosselelement ausgebildet sein, das den Strömungsquerschnitt durch das erste und/oder das zweite Trennelement begrenzt. Die Drosselelemente können beispielsweise Öffnungen mit einem definierten Öffnungsquerschnitt bzw. Bohrungen in dem Trennelement darstellen. Die Trennelemente können, wie zuvor beschrieben, zylindermantelförmig ausgeführt sein und, beispielsweise äquidistant über den Umfang verteilte, Drosselelemente aufweisen. Die Drosselelemente bewirken insbesondere, dass die Druckverteilung innerhalb der Temperiervorrichtung aufrechterhalten bzw. definiert eingestellt bleibt. Insbesondere kann somit sichergestellt werden, dass die Temperierkanalabschnitte, vor allem der erste Temperierkanalabschnitt bzw. die Vielzahl erster Temperierkanalabschnitte in den Statornuten, ausreichend befüllt bleiben.
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Die Drosselelemente können insbesondere einen Druckabfall bewirken, der dafür sorgt, dass das Temperiermittel unter einem gleichmäßigen Druck durch die ersten Temperierkanalabschnitte strömt und der Rücklauf durch die zweiten Temperierkanalabschnitte, d.h. durch das Statorjoch, letztlich druckreduziert, insbesondere drucklos, ausgeführt werden kann. Hierzu können die Drosselelemente an dem Übergang zwischen den ersten Temperierkanalabschnitten zu den zweiten Temperierkanalabschnitten ausgeführt sein, beispielsweise an dem Trennelement zwischen dem zweiten inneren Ringraum und dem zweiten äußeren Ringraum.
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In dem ersten oder zweiten Trennelement können mehrere Drosselelemente, insbesondere gleichmäßig, in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sein. Sind Leiter in ihren Aufnahmebereichen in den Statornuten eingebracht, sind die Statornuten zum Großteil durch die Leiter ausgefüllt. Je nach Verschaltung der einzelnen Leiter, die auch als „Hairpins“ bezeichnet werden können, werden diese entsprechend verbogen, sodass sich die Füllung der Statornut aufgrund eines zufälligen Prozesses ergibt. Entsprechend sind die für die Führung des Temperiermittels durch die ersten Temperierkanalabschnitte verfügbaren Strömungsquerschnitte unterschiedlich groß bzw. unterschiedlich geformt. Die Drosselelemente bewirken insbesondere, dass sich die einzelnen aufgrund der unterschiedlich in den Statornuten angeordneten Leiter verursachten Druckverluste bzw. Druckverteilungen ausgleichen. Dadurch, dass mehrere Drosselelemente über den Umfang verteilt angeordnet sind, kann sich der Druck vollständig ausgleichen und somit eine Homogenisierung der Strömung des Temperiermittels und somit der Wärmeverteilung bzw. Wärmeableitung erreicht werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Drosselelemente der Anzahl der ersten Temperierkanalabschnitte und der zweiten Temperierkanalabschnitte oder der Anzahl an Statornuten entspricht.
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Wie beschrieben, kann bei bekannten elektrischen Maschinen ein Spaltrohr eingesetzt werden, das den Statorraum von dem Rotorraum abgrenzt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine kann ein Spaltrohr vorgesehen sein, das an einem Innenumfang des Stators angeordnet ist, wobei das Spaltrohr einen zylindermantelförmigen Grundkörper aufweist, der mittels wenigstens eines, insbesondere T-förmigen, Verankerungselements in wenigstens einer Statornut verankert ist. Das Spaltrohr kann somit durch das wenigstens eine Verankerungselement an dem Statorgrundkörper verankert sein, sodass sich gleichzeitig eine Verdrehsicherung des Spaltrohrs gegenüber dem Statorgrundkörper ausbildet. Das Spaltrohr kann beispielsweise mit den Verankerungselementen in Axialrichtung in die Öffnung des Statorgrundkörpers eingebracht werden. Die Verankerungselemente werden somit in Axialrichtung in die Statornuten geschoben. Die Verankerungselemente können sich in Axialrichtung über einen Großteil der Statornuten, insbesondere über deren gesamte Länge, erstrecken. Das Spaltrohr weist hierbei insbesondere eine Vielzahl von Verankerungselementen auf. Beispielsweise kann das Spaltrohr genauso viele Verankerungselemente aufweisen, wie Statornuten an dem Statorgrundkörper realisiert sind, sodass in jede Statornut ein Verankerungselement eingebracht ist.
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Durch die Verankerung des Spaltrohrs in den Statornuten wird sichergestellt, dass das Spaltrohr in den Statornuten verankert ist und somit der auf das Spaltrohr wirkende Druck letztlich an den Zahnköpfen des Statorgrundkörpers abgestützt bzw. in diese eingeleitet werden kann. Eine Verformung des Spaltrohrs kann somit verhindert werden, da das Spaltrohr, insbesondere gleichförmig in Umfangsrichtung, an dem Statorgrundkörper verankert ist. Dies erlaubt insbesondere, dass ein vergleichsweise dünnes Spaltrohr verwendet werden kann. Hierbei kann die Fluidführung, d.h. die Führung von Temperiermittel durch die Temperierkanäle auf den Statorraum beschränkt sein. Hieraus ergibt sich eine Funktionstrennung, wonach das Spaltrohr lediglich die in den Statornuten herrschenden Drücke aufnehmen muss. Da dies über die beschriebenen Verankerungselemente realisiert werden kann, kann das Spaltrohr an sich vergleichsweise dünner ausgeführt werden, beispielsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm, insbesondere zwischen 0,2 und 0,4 mm beispielsweise 0,3 mm stark.
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Die beschriebene Temperiervorrichtung kann weitere Einrichtungen aufweisen, die für das Fördern des Temperiermittels durch den Temperierkanal notwendig oder vorteilhaft sind. Beispielsweise kann die Temperiervorrichtung eine Strömungserzeugungseinrichtung, insbesondere eine Pumpe, aufweisen, die das Temperiermittel, insbesondere unter Druck, durch den Temperierkanal führen kann. Weiter kann der Temperiervorrichtung ein Wärmetauscher zugeordnet sein.
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Die Temperiervorrichtung kann ferner einen Zulauf, insbesondere in den ersten inneren Ringraum, und einen Ablauf, insbesondere aus dem ersten äußeren Ringraum, aufweisen. Wie zuvor beschrieben, sind die Anordnung des Zulauf und des Ablaufs letztlich beliebig wählbar bzw. können diese von der von Bauraumsituation beeinflusst gewählt werden. Grundsätzlich ist es ebenso möglich, mehr als einen Zulauf und/oder mehr als einen Ablauf vorzusehen, beispielsweise wenigstens zwei Zuläufe und/oder wenigstens zwei Abläufe. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Temperiervorrichtung an dem Statorgrundkörper genau einen Zulauf und genau einen Ablauf aufweist, sodass die Komplexität der Fluidführung möglichst gering gehalten werden kann. Ferner kann der Zulauf an einem radial innenliegenden Bereich und der Ablauf an einem radial außenliegenden Bereich, beispielsweise an einer Oberseite des Statorgrundkörpers in Bezug auf einen eingebauten Zustand des Statorgrundkörpers angeordnet werden, sodass eine Entlüftung des Temperierkanals vorteilhaft beeinflusst werden kann.
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Die Temperiervorrichtung kann zur Abdichtung des ersten inneren Ringraums ein erstes Dichtelement und/oder zur Abdichtung des zweiten inneren Ringraums ein zweites Dichtelement aufweisen. Die Dichtelemente können insbesondere als Dichtringe ausgeführt sein. Die Dichtelemente können beispielsweise eine zylindermantelförmige Gestalt aufweisen und die inneren Ringräume nach radial innen abschließen. Durch die Verwendung von separaten Dichtelementen für die Abdichtung der inneren Ringräume kann die Reduzierung von Dichtflächen, im Speziellen auf senkrecht zu der Axialrichtung ausgerichtete Dichtflächen, d.h. Dichtflächen deren Normale in Axialrichtung ausgerichtet ist, bewirkt werden. Ebenso können Vorteile bei der Montage realisiert werden, da die einzelnen Bestandteile, insbesondere die Trennelemente, das Spaltrohr und die Dichtelemente separat in den Statorgrundkörper eingebracht bzw. an dem Statorgrundkörper angeordnet werden können. Zum Beispiel können die Trennelemente separat angebracht werden, die, wie zuvor beschrieben, die Ringräume in äußere Ringräume und innere Ringräume trennen. Anschließend kann das Spaltrohr in die Statornuten eingebracht werden. Das Spaltrohr kann beispielsweise zusammen mit dem Statorgrundkörper einem Vergussprozess oder einem Spritzprozess unterzogen oder in einem solchen eingebracht werden. In die Statornuten können anschließend die Leiter eingebracht werden, die beispielsweise verschaltet bzw. verschweißt werden können. Demnach ist es möglich, die beschriebenen Dichtelemente anzubringen, um den Statorraum, insbesondere die inneren Ringräume gegenüber dem Rotorraum abzudichten. Hierbei ist es ebenso möglich, die Trennelemente in Axialrichtung nach den Dichtelementen bzw. zusammen mit den Dichtelementen einzubringen.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine beschriebene elektrische Maschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, die eine Temperiervorrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, zur Temperierung wenigstens eines Abschnitts der elektrischen Maschine ein Temperiermittel durch einen Temperierkanal zu fördern, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- - Bereitstellen eines Stators, umfassend Statornuten;
- - Einbringen der Leiter in die Statornuten;
- - Einbringen eines Spaltrohrs in eine Statoröffnung und Verankerung von Verankerungselementen des Spaltrohrs in den Statornuten;
- - Einbringen von Trennelementen zur Trennung von sich an den Stator anschließenden Ringräumen;
- - Einbringen von Dichtelementen zur Abdichtung der Ringräume;
- - Einbringen des teilmontierten Stators in ein Gehäuse.
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Mit anderen Worten kann die zuvor beschriebene elektrische Maschine montiert werden, indem in den Stator, insbesondere in den Statorgrundkörper, der wie zuvor beschrieben, einen Statorraum und einen Rotorraum aufweist, Leiter in die Statornuten des Statorgrundkörpers eingebracht werden. Ein weiterer Montageschritt kann vorsehen, dass das Spaltrohr in die Statoröffnung eingebracht wird und mittels Verankerungselementen in den Statornuten verankert wird. Das Spaltrohr kann separat hergestellt und anschließend, beispielsweise durch einen Einpressprozess in den Statorgrundkörper eingebracht werden oder auch durch einen Herstellungsprozess in dem Statorgrundkörper hergestellt werden, beispielsweise durch Einspritzen eines aushärtbaren Harzmaterials. Optional können die Trennelemente und die Dichtelemente nach der Montage bzw. Herstellung des Spaltrohrs eingebracht werden. Der teilmontierte Stator kann anschließend in ein Gehäuse der elektrischen Maschine eingebracht werden.
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Ferner betrifft die Erfindung einen Statorgrundkörper für einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Temperierkanal, wobei der Temperierkanal einen in wenigstens einer Statornut des Statorgrundkörpers ausgebildeten ersten Temperierkanalabschnitt und wenigstens einen in einem Statorjoch des Statorgrundkörpers ausgebildeten zweiten Temperierkanalabschnitt aufweist. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die elektrische Maschine beschrieben wurden, sind vollständig auf das Kraftfahrzeug, den Statorgrundkörper und das Verfahren übertragbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. näher erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Maschine;
- 2 einen Ausschnitt der elektrischen Maschine von 1;
- 3 ein Schema der Fluidführung in einer elektrischen Maschine nach 1, 2;
- 4 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer elektrischen Maschine von 1-3; und
- 5 eine schematische Darstellung einer Verankerung eines Spaltrohrs in einer elektrischen Maschine nach 1-4.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs, das eine elektrische Maschine 1 umfasst, die einen Statorgrundkörper 2 und eine Temperiervorrichtung 3 aufweist. In dem Statorgrundkörper 2 ist ein Abschnitt eines Temperierkanals 4 angeordnet, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von ersten Temperierkanalabschnitten 5 und eine Vielzahl von zweiten Temperierkanalabschnitten 6 umfasst. Der Statorgrundkörper 2 weist mehrere Statornuten 7 sowie ein Statorjoch auf. Die ersten Temperierkanalabschnitte 5 des Temperierkanals 4 erstrecken sich durch die Statornuten 7, d.h., dass in jeder Statornut 7 ein erster Temperierkanalabschnitt 5 ausgebildet ist. Ebenso weist das Statorjoch eine Vielzahl von Kanälen auf, die als zweite Temperierkanalabschnitte 6 bezeichnet werden. Insbesondere sind genau so viele zweite Temperierkanalabschnitte 6 ausgebildet, wie erste Temperierkanalabschnitte 5 vorgesehen sind, d.h., dass die Anzahl der Statornuten 7 die Anzahl der ersten und zweiten Temperierkanalabschnitte 5, 6 festlegt.
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1 zeigt ferner, dass an dem Statorgrundkörper 2 zwei Trennelemente 8, 9 vorgesehen sind, wobei ein erstes Trennelement 8 auf einer ersten Seite des Statorgrundkörpers 2, beispielsweise einer ersten axialen Endflächen, angeordnet ist und ein zweites Trennelement 9 auf einer zweiten Seite des Statorgrundkörpers 2, beispielsweise an einer zweiten axialen Endflächen, angeordnet ist. Die Trennelemente 8, 9 trennen entsprechende Ringräume 10, 11 in Radialrichtung auf. Hierbei trennt das erste Trennelement 8 den ersten Ringraum 10 in einen ersten inneren Ringraum 12 und einen ersten äußeren Ringraum 13. Analog trennt das zweite Trennelement 9 den zweiten Ringraum 11 in einen zweiten inneren Ringraum 14 und einen zweiten äußeren Ringraum 15. Das zweite Trennelement 9 weist Drosselelemente 16 auf, die, insbesondere gleichmäßig, in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Die Anzahl der Drosselelemente 16 entspricht in diesem Ausführungsbeispiel der Anzahl der ersten oder zweiten Temperierkanalabschnitte 5, 6.
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Die Drosselelemente 16 sind insbesondere dafür vorgesehen, die Druckverteilung innerhalb des Temperierkanals 4 festzulegen. Hierbei sind die Drosselelemente 16 so gewählt, dass die ersten Temperierkanalabschnitte 5 mit Temperiermittel gefüllt bleiben, wohingegen die Drosselelemente 16 an dem Trennelement 9 einen Druckabfall bewirken, sodass der Druck des Temperiermittels in dem zweiten Temperierkanalabschnitt 6 vergleichsweise geringer ausfällt. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass in dem zweiten Temperierkanalabschnitt 6 das Temperiermittel nahezu drucklos geführt wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Zulauf 17 vorgesehen, der das Temperiermittel in den ersten inneren Ringraum 12 zuführt. Das Temperiermittel kann somit von dem ersten inneren Ringraum 12 durch die ersten Temperierkanalabschnitte 5 in den zweiten inneren Ringraum 14 strömen. Dort kann das Temperiermittel durch die Drosselelemente 16 aufgestaut durch das zweite Trennelement 9 in den zweiten äußeren Ringraum 15 und von dem zweiten äußeren Ringraum 15 durch die zweiten Temperierkanalabschnitte 6 in den ersten äußeren Ringraum 13 strömen. Der erste äußere Ringraum 13 ist wiederum mit einem Ablauf 18 verbunden.
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Bei der in 1 gewählten Darstellung des Zulaufs 17 und des Ablaufs 18 wird vorteilhafterweise eine günstige Wärmeabfuhr bzw. Wärmeverteilung erreicht. Insbesondere bei einer Kühlung, die durch die Temperiervorrichtung 3 ausgeführt wird, ist das Temperiermittel am Zulauf 17 noch kühler als am Ablauf 18, sodass die potenziell wärmeren Statornuten 7 durch das kühlere Temperiermittel verbessert gekühlt werden, wohingegen auf der Seite des Ablaufs 18 weniger Wärme von dem Temperiermittel aufgenommen werden muss. Ferner ist die Wahl des Zulauf 17 und des Ablaufs 18 in Bezug auf die Entlüftung des Temperierkanals 4 vorteilhaft, da Luftbläschen und dergleichen nach oben aufsteigend in dem Ablauf 18 ansammeln und somit abgeführt werden können.
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2 zeigt einen Ausschnitt der Darstellung von 1. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Dichtelemente 19, 20 vorgesehen, insbesondere ein erstes Dichtelement 19 und ein zweites Dichtelement 20, die sich in Axialrichtung an dem Statorgrundkörper 2 anschließen. Dadurch ist es möglich, dass eine Abdichtung des Rotorraums des Statorgrundkörpers 2 auf, insbesondere axiale, Dichtflächen 21 reduziert wird, die sich zwischen den Dichtelementen 19, 20 und dem Statorgrundkörper 2 ergeben. Die Dichtelemente 19, 20 können insbesondere als Dichtringe ausgeführt sein, d.h., dass diese zylindermantelförmige Objekte darstellen können. Ebenso können die Trennelemente 8, 9 als Trennringe ausgeführt sein und somit ebenfalls zylindermantelförmig ausgeführt sein.
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3 zeigt ein schematisches Diagramm der Fluidführung durch den Temperierkanal 4. Ersichtlich wird das Temperiermittel in Axialrichtung von dem Zulauf 17 in den ersten inneren Ringraum 12 eingeströmt, wobei das Temperiermittel an schematisch dargestellten Winkelköpfen 22 vorbei in die ersten Temperierkanalabschnitte 5 einströmt. Die Leiter, die die Wickelköpfe 22 bilden, belegen somit einen Teil der Statornuten 7, wobei das Temperiermittel durch die Statornuten 7 vorbei an den Leitern strömt. Das Temperiermittel gelangt ersichtlich aus den ersten Temperierkanalabschnitten 5 in den zweiten inneren Ringraum 14, wo das Temperiermittel durch das zweite Trennelement 9, insbesondere Drosselelemente 16 in dem zweiten Trennelement 9, um 180° umgelenkt in die zweiten Temperierkanalabschnitte 6 im Statorjoch einströmt. Die zweiten Temperierkanalabschnitte 6 können von dem Temperiermittel durchströmt werden und anschließend kann das Temperiermittel aus dem ersten äußeren Ringraum 13 in den Ablauf 18 strömen. An den Ablauf 18 kann sich ein nicht näher dargestellter Wärmetauscher anschließen. Grundsätzlich kann die Temperiervorrichtung 3 eine Strömungserzeugungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, das Temperiermittel durch den Statorgrundkörper 2 zu führen.
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4 zeigt eine perspektivischer Darstellung der elektrischen Maschine 1 von 1-3. In der Ansicht in 4 ist der Statorgrundkörper 2 in Richtung einer axialen Endfläche dargestellt, beispielsweise in Richtung eines der Ringräume 10, 11. Mit anderen Worten kann axial in die ersten Temperierkanalabschnitte 5 und die zweiten Temperierkanalabschnitte 6 eingeblickt werden. 4 stellt ein Spaltrohr 23 dar, das in die Statornuten 7 eingebracht ist. Wie im Detail in 5 schematisch dargestellt ist, weist das Spaltrohr 23 Verankerungselemente 24 auf, die in die Statornuten 7 eingreifen. Im Bereich der Zahnköpfe der Statornuten 7 verankern die Verankerungselemente 24 das Spaltrohr 23 somit, sodass ein Verdrehen des Spaltrohrs 23 gegenüber dem Statorgrundkörper 2 verhindert wird. Da das Spaltrohr 23 somit an dem Statorgrundkörper 2 verankert ist, kann durch die Verankerungselemente 24 der Druck des Temperiermittels in den ersten Temperierkanalabschnitte 5, d.h. in den Statornuten 7, aufgenommen werden. Das Spaltrohr 23 selbst kann somit vergleichsweise dünn ausgeführt werden, sodass sich der Luftspalt zwischen dem Statorraum und dem Rotorraum möglichst gering ausführen lässt.
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Die in den einzelnen Darstellungen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar, untereinander austauschbar und aufeinander übertragbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Statorgrundkörper
- 3
- Temperiervorrichtung
- 4
- Temperierkanal
- 5,6
- Temperierkanalabschnitt
- 7
- Statornut
- 8, 9
- Trennelement
- 10, 11
- Ringraum
- 12
- erster inneren Ringraum
- 13
- erster äußerer Ringraum
- 14
- zweiter inneren Ringraum
- 15
- zweiter äußerer Ringraum
- 16
- Drosselelement
- 17
- Zulauf
- 18
- Ablauf
- 19, 20
- Dichtelement
- 21
- Dichtfläche
- 22
- Wickelkopf
- 23
- Spaltrohr
- 24
- Verankerungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017213662 A1 [0002]
- DE 102017112365 A1 [0002]
- US 2019229566 A1 [0002]
