DE102022104375A1

DE102022104375A1 - Stator, elektrische Axialflussmaschine, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung einer Statorwicklung für einen Stator

Info

Publication number: DE102022104375A1
Application number: DE102022104375.4A
Authority: DE
Inventors: György Farkas
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-02-24
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2023-08-24
Anticipated expiration: 2042-02-25
Also published as: DE102022104375B4

Abstract

Stator für eine elektrische Axialflussmaschine (2) umfassend eine Statorwicklung (8) mit einem radial innenliegenden Kurzschlussring (9) sowie mehreren, sich von dem Kurzschlussring nach radial außen erstreckenden Statorstäben (10), wobei in der Statorwicklung (8) mehrere Kühlkanäle (18) ausgebildet sind, welche sich jeweils in radialer Richtung durch den Kurzschlussring (9) und einen der Statorstäbe (10) erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Axialflussmaschine umfassend eine Statorwicklung mit einem radial innenliegenden Kurzschlussring sowie mehreren, sich von dem Kurzschlussring nach radial au-ßen erstreckenden Statorstäben. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Axialflussmaschine, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Statorwicklung für einen Stator einer elektrischen Axialflussmaschine.
Elektrische Maschinen können abhängig von ihrer Bauform in Radialflussmaschinen und in Axialflussmaschinen aufgeteilt werden. Bei Radialflussmaschinen wird ein in Bezug zur Drehachse der elektrischen Maschine radial innen liegender Rotor von einem radial außen liegenden Stator zumindest teilweise umschlossen oder umgekehrt. Bei einer Axialflussmaschine sind Rotor und Stator entlang der Drehachse der elektrischen Maschine axial versetzt angeordnet. Axialflussmaschinen können einen oder mehrere Statoren und/oder einen oder mehrere Rotoren aufweisen. Dabei kann zum Beispiel ein Stator zwischen zwei Rotoren und/oder ein Rotor zwischen zwei Statoren angeordnet sein.
Der Stator und/oder der Rotor einer Axialflussmaschine kann beispielsweise ringförmig sein und konzentrisch um die Drehachse der elektrischen Maschine angeordnet sein. Die Felderzeugung im Stator einer Axialflussmaschine kann analog zu den Statoren von verschiedenen Typen von Radialflussmaschinen erfolgen.
Eine Möglichkeit, den Stator einer elektrischen Maschine auszubilden, ist die Ausführung als sogenannte integrierte Käfig-Stator-Maschine, welche bei Radialflussmaschinen einen käfigförmigen oder halbkäfigförmigen Stator aufweist. Dabei können beispielsweise massive Metallstäbe anstelle von Wicklungen im Stator verwendet werden. Bei einer individuellen Bestrombarkeit der einzelnen Stäbe des Stators kann ein, auch als ISCAD (ISCAD = Intelligent Stator Cage Drive) bezeichneter, intelligenter Stator-Käfig gebildet werden.
Grundsätzlich kann es erforderlich sein, einen Stator mit einer Kühlvorrichtung zu versehen beziehungsweise eine Wärmeabfuhr aus dem Stator zu ermöglichen, um insbesondere bei elektrischen Maschinen mit vergleichsweiser hoher Leistung die Erwärmung des Stators zu begrenzen. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Typen von elektrischen Maschinen bekannt, welche sich hinsichtlich der Bauformen ihrer Statoren und/oder ihrer Kühlkonzepte unterscheiden können.
DE 10 2014 110 299 A1 beschreibt eine elektrische Radialflussmaschine, deren Stator mehrere in Nuten des Stators verlaufende Leiterabschnitte umfasst. Diese Leiterabschnitte sind an einer Stirnseite des Stators über einen Kurzschlussring elektrisch kurzgeschlossen. Weiterhin umfasst der Kurzschlussring dabei einen radial in seinem Inneren verlaufenden Kühlkanal, um Wärme aus dem Leiterabschnitten abzuführen.
Elektrische Radialflussmaschinen mit einem Käfigstator oder einem Halbkäfigstator sowie mit im Inneren der Käfigstäbe verlaufenden Kühlkanälen werden weiterhin auch in DE 10 2015 012 914 A1 und CN110601394 A beschrieben.
In DE 10 2019 108 436 A1 wird eine Kühlvorrichtung für den Stator einer elektrischen Radialflussmaschine beschrieben. Die Kühlvorrichtung umfasst dabei mehrere Kühlkanäle zum Leiten von Kühlfluid entlang eines Blechpakets des Stators sowie einen Fluidring, welcher an einer Stirnseite des Blechpakets angeordnet ist und über welchen den Kühlkanälen das Kühlfluid zugeführt werden kann.
Aus WO 2018/172606 A1 ist ein elektrischer Antrieb mit einer lagerlosen elektrischen Maschine, einem Inverter und einem Steuergerät bekannt. Der Stator der elektrischen Maschine weist dabei eine Käfigwicklung auf, welche eine Mehrzahl von Stäben sowie einen mit diesen Stäben verbundenen Leitungsring aufweist. Durch das Steuergerät kann der Inverter derart angesteuert werden, dass den Statorstäben ein Strom zur Erzeugung eines Drehmoments sowie ein Strom für ein Schweben des Rotors der elektrischen Maschine zugeführt wird.
In dem Artikel von A. Baumgardt et al. („48V Traction: Innovative Drive Topology and Battery,“ 2016 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES), 2016, S. 1-6) wird eine elektrische ISCAD-Maschine beschrieben. Die elektrische Maschine ist dabei als Radialflussmaschine ausgeführt und umfasst einen Statorkäfig mit 60 Aluminiumstäben sowie einen mit den Aluminiumstäben verbundenen Kurzschlussring.
In DE 10 2019 102 351 A1 werden verschiedene elektrische Maschinen unterschiedlicher Bauart beschrieben, welche jeweils einen Stator mit zwei Kurzschlussmitteln sowie mit mehreren, mit den Kurzschlussmitteln verbundenen Leiterabschnitten aufweisen. Bei einem Stator einer elektrischen Radialflussmaschine bilden die Leiterabschnitte dabei einen Käfig. Bei einem Stator einer Axialflussmaschine erstrecken sich die Leiterabschnitte sternförmig von den um einem Mittelpunkt des Stators angeordneten Kurzschlussmitteln nach außen.
Der Erfindung liegt Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Stator für eine elektrische Axialflussmaschine anzugeben, welcher insbesondere kühlbar ist und eine vereinfachte Herstellbarkeit aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Stator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Statorwicklung mehrere Kühlkanäle ausgebildet sind, welche sich jeweils in radialer Richtung durch den Kurzschlussring und einen der Statorstäbe erstrecken.
Die Statorstäbe können beispielsweise an einem Außenumfang des ringförmigen Kurzschlussrings angeordnet sein und somit sternförmig von dem Außenumfang des Kurzschlussring in radialer Richtung abstehen. Der Stator kann weiterhin einen Statorkern umfassen, welcher beispielsweise durch ein oder mehrere Statorkernsegmente gebildet wird, welche zwischen den Statorstäben angeordnet sind.
Die Statorstäbe können zum Beispiel zylinderförmig oder zumindest im Wesentlichen zylinderförmig bzw. stabförmig sein. Auch andere Formen bzw. Geometrien der Statorstäbe sind möglich. Zum Beispiel können die Statorstäbe einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Auch eine einem Rechteck mit abgerundeten Ecken und/oder einem Rechteck mit einer oder mehreren gebogenen Kanten entsprechende Querschnittsform sowie weitere, davon abweichende Querschnittsformen sind möglich. Die Statorstäbe sind insbesondere zumindest entlang ihrer axialen Richtung elektrisch leitfähig.
Die Anzahl der Statorstäbe des Stators kann abhängig von den zu erreichenden Eigenschaften der entsprechenden elektrischen Maschine gewählt werden. Bevorzugt weist die Statorwicklung eine gerade Anzahl von Statorstäben auf. Beispielsweise kann die Statorwicklung zwischen 8 und 24 Statorstäben, beispielsweise 12 Statorstäbe, umfassen. Auch eine andere Anzahl von Statorstäben ist möglich.
Der Kurzschlussring kann insbesondere kreisförmig sein oder aus mehreren geraden, zumindest im Wesentlichen eine Ringform bildenden Abschnitten bestehen, beziehungsweise als ein zumindest näherungsweise ringförmiges Vieleck ausgebildet sein. Der Kurzschlussring ist insbesondere zumindest entlang seiner Umfangsrichtung elektrisch leitfähig und mit den Statorstäben jeweils elektrisch leitend verbunden. Über den Kurzschlussring kann dabei insbesondere eine elektrische Verbindung zwischen den radial inneren Enden der Statorstäbe bestehen. Der Kurzschlussring, mit dem die Statorstäbe verbunden sind, kann dabei insbesondere als ein elektrischer Sternpunkt des Stators dienen. Die Statorwicklung ist also aus elektromagnetischer Sicht eine aktive Komponente, welche einen oder mehrere Statorströme führt. Die Statorwicklung führt die Ströme dabei durch die Statorstäbe und den Kurzschlussring, so dass es möglich ist, dass die Statorwicklung im Vergleich zu einer klassischen Wicklung keine gewickelten Drähte und/oder Spulen aufweist. Die Statorwicklung kann dabei insbesondere als eine Halbkäfigwicklung ausgeführt sein bzw. eine Halbkäfigwicklung bilden.
Die Statorwicklung, welcher den Kurzschlussring sowie die Statorstäbe umfasst, kann ein einstückiges Bauteil sein oder aus mehreren Komponenten, insbesondere einem separat gefertigten Kurzschlussring und separat gefertigten Statorstäben, zusammengesetzt sein. Die Statorwicklung kann aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus einem elektrisch leitfähigen Metall, bestehen. Die Statorwicklung kann auch als ein Statorträger aufgefasst und bezeichnet werden.
Die sich jeweils durch einen der Statorstäbe sowie den Kurzschlussring erstreckenden Kühlkanäle bilden eine Hohlleiterkühlung und ermöglichen somit eine effiziente Kühlung des Stators, insbesondere der stromführenden Statorwicklung. Durch die im Inneren der Statorstäbe ausgebildeten Kühlkanäle kann die bei Betrieb des Stators, beziehungsweise die bei Betrieb einer den Stator umfassenden elektrischen Maschine, entstehende Wärme unmittelbar aus dem Inneren des Stators abgeführt werden.
Ferner kann der Stator in einfacher Weise hergestellt werden, da die Kühlkanäle jeweils als gerade Bohrungen in eine zur Herstellung der Statorwicklung verwendete Statorwicklungsstruktur eingebracht werden können. In anderen Worten wird also durch die Geometrie der Kühlkanäle die Herstellung des Stators vereinfacht. Insbesondere kann somit auf komplexe Kühlkanalgeometrien, welche nur durch mehrteilige Statorstäbe und/oder einen mehrteiligen Kurzschlussring und/oder unter Verwendung von weiteren Komponenten realisiert werden können, verzichtet werden. Auch auf eine Erzeugung der Kühlkanäle während eines Herstellens der Statorwicklung bzw. einer die Statorwicklung bildenden Statorwicklungsstruktur kann verzichtet werden, was insbesondere eine Fertigung mittels Gießen erheblich vereinfacht.
Durch die Kühlkanäle in der Statorwicklung kann vorteilhaft die elektrische und thermische Leistungsfähigkeit des Stators bzw. einer den Stator umfassenden elektrischen Axialflussmaschine gesteigert werden. Durch die für eine Axialflussmaschine erforderliche Geometrie der Statorwicklung ist der Kurzschlussring vorteilhaft in Umfangsrichtung relativ kurz, sodass er verglichen mit ISCAD-Radialflussmaschinen einen niedrigen elektrischen Widerstand und somit nur geringe Wärmeverluste bzw. geringe Kupferverluste im Betrieb aufweist.
Mit Hilfe der Kühlkanäle in der Statorwicklung kann vorteilhaft die elektrische und thermische Belastbarkeit des Stators bzw. einer den Stator umfassenden Axialflussmaschine gesteigert werden. Dies ermöglicht es, einen höheren Quotienten aus Leistung und Bauraumbedarf zu erreichen, sodass zum Beispiel bei einer vorgegebenen Größe bzw. Geometrie mehr Drehmoment bzw. mehr Leistung erzeugt werden kann oder für Erzeugung eines vorgegebenen Drehmoments bzw. einer vorgegebenen Leistung weniger Bauraum benötigt wird.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zwei sich durch zwei benachbarte Statorstäbe erstreckende Kühlkanäle über ein an den radial inneren Enden der Kühlkanäle angeordnetes Verbindungselement kommunizierend verbunden sind. Das radial innere Ende der Kühlkanäle kann insbesondere jeweils eine Öffnung in dem Innenumfang des Kurzschlussrings sein.
In die Öffnungen von zwei Kühlkanälen, welche sich durch zwei in Umfangsrichtung benachbart angeordnete Statorstäbe erstrecken, kann das Verbindungselement zum Beispiel eingesetzt sein. Auch andere Arten der Befestigung des Verbindungselements an den radial inneren Enden der Kühlkanäle sind möglich. Durch die Verwendung der Verbindungselemente wird eine vorteilhaft einfach herzustellende sowie aufwandsarm zu montierende Verbindung der Kühlkanäle ermöglicht.
Durch die kommunizierende Verbindung über das Verbindungselement kann ein Kühlmittel bzw. ein Kühlmedium zwischen den beiden Kühlkanälen flie-ßen. Insbesondere kann das Kühlmittel dazu durch einen Kühlkanal des Verbindungelements strömen. Auf diese Weise sind die Kühlkanäle in den benachbarten Statorstäben zu einer U-förmigen beziehungsweise V-förmigen Kühlmittelführung verbunden. Insbesondere können alle Kühlkanäle der Statorwicklung jeweils paarweise über jeweils ein Verbindungselement mit einem benachbarten Kühlkanal verbunden sein, sodass entlang des Umfangs der Statorwicklung mehrere Paare von jeweils über ein Verbindungselement verbundenen Kühlmittelführungen angeordnet sind.
Die Verwendung der Verbindungselemente zur kommunizierenden Verbindung der Kühlkanäle hat den Vorteil, dass keine tangential und/oder in Umfangsrichtung durch den Kurzschlussring verlaufenden Kühlkanäle benötigt werden, um eine Führung eines Kühlmittels zu ermöglichen. In Umfangsrichtung verlaufende Kühlkanäle im Kurzschlussring sind nur mit einem vergleichsweise höheren Aufwand zu fertigen. Durch die Verbindungselemente wird insbesondere das gleichzeitige Ausbilden der Kühlkanalabschnitte in den Statorstäben und der Kühlkanalabschnitte in dem Kurzschlussring ermöglicht, was den Einsatz von einfach durchzuführenden Fertigungstechniken wie dem Bohren der Kühlkanäle der Statorwicklung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement ein zumindest abschnittsweise U-förmiges Rohr ist. Das Verbindungselement kann beispielsweise einen U-förmigen Abschnitt zwischen zwei geraden Abschnitten aufweisen, wobei die geraden Abschnitte zumindest teilweise in die Kühlkanäle bzw. die Öffnungen an den radial inneren Enden der Kühlkanäle gesteckt werden können.
Ein Befestigen der Verbindungselemente kann beispielsweise durch ein Einpressen der Verbindungselemente, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Erwärmung der Statorwicklung und/oder Abkühlung des Verbindungselements, erfolgen. Auch andere Arten der Befestigung des wenigstens eines Befestigungselements, beispielsweise durch Verkleben, Verschweißen oder Ähnliches, sind alternativ oder zusätzlich möglich.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement aus einem elektrisch leitfähigen Metall besteht, insbesondere dass das Verbindungselement und die Statorwicklung aus demselben elektrisch leitfähigen Material bestehen. Durch das Verwenden von elektrisch leitfähigen Verbindungselementen wird entlang des inneren Umfangs des Kurzschlussrings ein weiterer Strompfad für durch die Statorwicklung fließende Statorströme erzeugt. Neben einem Stromfluss durch den ringförmigen Kurzschlussring kann der Strom somit zumindest abschnittsweise auch durch die Verbindungselemente fließen, sodass vorteilhaft der elektrische Widerstand des Stators im Bereich des Kurzschlussrings abnimmt. Ein verringerter elektrischer Widerstand hat insbesondere den Vorteil, dass im Betrieb geringere ohmsche Verluste und somit weniger Verlustwärme entsteht, sodass die Erwärmung des Stators bzw. einer den Stator umfassenden elektrischen Axialflussmaschine im Betrieb vorteilhaft reduziert werden kann.
Das Verwenden von gleichartigen Metallen für den Kurzschlussring sowie die Verbindungselemente verhindert vorteilhaft Kontaktkorrosion beziehungsweise elektrochemische Korrosion an der Statorwicklung und an den Verbindungselementen, sodass Beeinträchtigungen wie ein Auflösen und/oder ein Angreifen der Statorwicklung und/oder der Verbindungselemente vorteilhaft vermieden werden können. Das Verbindungselement und/oder die Statorwicklung können insbesondere aus einem leitfähigen Metall, beispielsweise aus Kupfer und/oder aus Aluminium, bestehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Statorwicklung von zwei Kühlmittelführungselementen radial umfasst ist, wobei die radial äußeren Enden der Kühlkanäle jeweils abwechselnd mit einem ersten und einem zweiten der Kühlmittelführungselemente verbunden sind. Die Kühlmittelführungselemente, welche die Statorwicklung insbesondere radial und in Umfangsrichtung umgegeben, ermöglichen eine Zufuhr beziehungsweise eine Abfuhr von Kühlmittel zu den Kühlkanälen der Statorwicklung.
Dadurch, dass die Kühlkanäle in der Statorwicklung abwechselnd mit einem ersten Kühlmittelführungselement und einem zweiten Kühlmittelführungselement verbunden sind, wird es vorteilhaft ermöglicht, über das erste Kühlmittelführungselement jeweils einem Kühlkanal eines sich durch benachbarte Statorstäbe erstreckenden Paars von Kühlkanälen Kühlmittel zuzuführen und über den anderen Kühlkanal entsprechend das Kühlmittel in das zweite Kühlmittelführungselement abzuführen. In Kombination mit den Verbindungselementen kann so ein Kühlkreislauf erzeugt werden, in dem ein Kühlmittel jeweils abwechselnd durch einen der Kühlkanäle zugeführt und durch einen benachbarten Kühlkanal wieder abgeführt wird. Auf diese Weise wird ein kompakter Aufbau des Stators sowie eine einfache Realisierung eines Kühlmittelflusses durch die Kühlkanäle der Statorwicklung ermöglicht.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Kühlmittelführungselemente zumindest einen im wesentlichen ringförmigen Umlaufabschnitt umfassen, wobei die radial äußeren Enden der Kühlkanäle jeweils über einen Verbindungsabschnitt des Kühlmittelführungselements kommunizierend mit dem Umlaufabschnitt verbunden sind. Der Umlaufabschnitt und der Verbindungsabschnitt können dabei insbesondere jeweils hohl beziehungsweise schlauchartig ausgeführt sein.
Durch den Umlaufabschnitt wird eine Kühlmittelführung innerhalb des Kühlmittelführungselements in Umfangsrichtung um die Statorwicklung herum ermöglicht. Diese Kühlmittelführung kann der Zufuhr beziehungsweise der Abfuhr von Kühlmittel aus den Kühlkanälen der Statorwicklung dienen. Durch die Verwendung der Verbindungsabschnitte, welche die radialen Enden der Kühlkanäle mit den im wesentlichen ringförmigen Umlaufabschnitten verbinden, ergibt sich eine einfache Ausgestaltung der zum Kühlmitteltransport verwendeten Komponenten sowie insgesamt ein kompakter Aufbau des Stators.
Der Umlaufabschnitt kann insbesondere jeweils wenigstens einen Anschluss umfassen, über den das Kühlmittelführungselement und somit der Stator an einen Kühlkreislauf angeschlossen werden kann. Dabei kann zum Beispiel dem Anschluss des ersten Kühlmittelführungselements das Kühlmittel zugeführt werden und über den Anschluss des zweiten Kühlmittelführungselements kann entsprechend das Kühlmittel wieder in den Kühlkreislauf abgegeben werden.
Als Kühlmittel kann dabei ein Kühlfluid, also ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel, verwendet werden. Beispielsweise kann die Kühlung als Luftkühlung oder unter Verwendung eines anderen Gases oder Gasgemischs erfolgen. Auch eine Flüssigkeitskühlung unter Verwendung von Wasser oder eines elektrisch isolierenden Kühlmittels, beispielsweise eines Kühlöls oder Ähnlichem, ist möglich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kühlmittelführungselemente zumindest teilweise aus wenigstens einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Gummi und/oder einem Kunststoff, bestehen. Durch die Verwendung eines elektrisch isolierenden Materials für die Kühlmittelführungselemente wird eine elektrische Verbindung zwischen den Statorstäben am radial äußeren Ende der Statorwicklung vermieden. Der Umlaufabschnitt und die Verbindungsabschnitte können aus separat gefertigten und miteinander verbundenen Komponenten gebildet werden. Alternativ ist eine einstückige Fertigung der Kühlmittelführungselemente möglich.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsmittel Gleichteile sind und/oder dass die Kühlmittelführungselemente Gleichteile sind. Durch das Verwenden von Gleichteilen für die Verbindungsmittel und/oder für die Kühlmittelführungselemente wird vorteilhaft die Herstellung des Stators vereinfacht. Die Verbindungsmittel können dabei jeweils in gleicher Weise zwischen jeweils zwei benachbarten, radial inneren Enden der Kühlkanäle montiert werden. Die Kühlmittelführungselemente können ebenfalls in der gleichen Orientierung oder in einer jeweils unterschiedlichen Orientierung montiert werden beziehungsweise an der Statorwicklung angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Statorwicklung mehrere Statorkernsegmente aufweist, welche jeweils zwischen zwei benachbarten Statorstäben eingesetzt sind. Die Statorkernsegmente können beispielsweise als Statoreisensegmente ausgeführt sein. Die Statorkernsegmente liegen insbesondere radial innen an dem Kurzschlussring an und sind in Umfangsrichtung an den Seitenflächen beziehungsweise den Mantelflächen der Statorstäbe anliegend angeordnet.
Die Statorkernsegmente können in radialer Richtung eine geringere Ausdehnung aufweisen als die Statorstäbe, sodass die Statorstäbe jeweils radial au-ßen in radialer Richtung abschnittsweise über die Statorkernsegmente überstehen. Dies erleichtert eine elektrische Verbindung zwischen den radial äu-ßeren Enden bzw. die elektrische Verbindung einer oder mehrerer weiteren Komponenten mit den radial äußeren Enden der Statorstäbe. Ferner wird auch der Anschluss der Kühlkanäle an die Kühlmittelführungselemente vereinfacht.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Statorkernsegmente in axialer Richtung formschlüssig an den benachbarten Statorstäben und/oder dem Kurzschlussring befestigt sind, insbesondere, dass die Statorkernsegmente die benachbarten Statorstäbe und/oder den Kurzschlussring an deren axialen Stirnflächen zumindest abschnittsweise umgreifen. Durch das Umgreifen der axialen Stirnflächen der Statorstäbe und/oder des Kurzschlussrings kann eine insbesondere formschlüssige Befestigung der Statorkernsegmente an der Statorwicklung erreicht werden. Ferner ermöglicht ein derartiges Umgreifen, dass die Statorkernsegmente in radialer Richtung von radial außen zwischen die Statorstäbe bei der Montage eingeführt bzw. eingeschoben werden können. Auf diese Weise wird eine einfache Montage und damit eine einfache Herstellung des Stators ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an wenigstens einer axialen Stirnseite der Statorwicklung eine, insbesondere ringscheibenförmige oder ringscheibensegmentförmige, Leiterplatte angeordnet ist, wobei auf der Leiterplatte wenigstens eine mit der Statorwicklung elektrisch verbundene Schaltung angeordnet ist. Die Leiterplatte kann insbesondere eine Schaltung aufweisen, welche mit den radial äußeren Enden der Statorstäbe verbunden ist.
Eine Befestigung der Leiterplatte kann an den radial äußeren Enden der Statorstäbe und/oder an weiteren Abschnitten des Stators, beispielsweise an einem oder mehreren Statorkernsegmenten und/oder an weiteren Komponenten des Stators, erfolgen. Durch die mit den radial äußeren Enden der Statorstäbe elektrisch verbundene Schaltung kann insbesondere eine individuelle Bestromung der Statorstäbe möglich sein. Somit kann der Stator beziehungsweise eine den Stator umfassende elektrische Maschine als n-phasige elektrische Maschine betrieben werden, wobei n gleich oder kleiner der Anzahl der Statorstäbe ist. Bei einer individuellen Bestromung der Statorstäbe kann bevorzugt die Phasenanzahl und/oder die Polpaarzahl variabel gewählt und insbesondere auch während des Betriebs geändert werden.
Zur Bestromung der Statorstäbe kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass jeder der Statorstäbe mit wenigstens einer auf der Leiterplatte angeordneten Halbbrücke elektrisch verbunden ist. Das radial äußere Ende der Statorstäbe kann dabei insbesondere mit dem Brückenpunkt der Halbbrücke verbunden sein. Die auf der Leiterplatte angeordnete Schaltung umfasst also wenigstens eine Halbbrücke für jeden der Statorstäbe. Auf diese Weise kann jeder der Statorstäbe individuell bestromt bzw. erregt werden. Der Kurzschlussring, welcher mit den radial innenliegenden Enden der Statorstäbe verbunden ist, wirkt dabei insbesondere als elektrischer Sternpunkt der elektrischen Maschine.
Für eine erfindungsgemäße elektrische Axialflussmaschine ist vorgesehen, dass sie wenigstens einen erfindungsgemäßen Stator umfasst. Die elektrische Axialflussmaschine kann, je nach Bauart, auch mehr als einen Stator aufweisen. Zusätzlich zu dem wenigstens einen Stator kann die Axialflussmaschine auch einen oder mehrere Rotoren umfassen. Beispielsweise kann die Axialflussmaschine mit einem Stator und zwei, jeweils in unterschiedlicher Richtung axial versetzt neben dem Stator angeordneten Rotoren ausgeführt sein.
Für eine erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es wenigstens eine erfindungsgemäße elektrische Axialflussmaschine umfasst. Die Axialflussmaschine kann dabei insbesondere ein Traktionselektromotor des Kraftfahrzeugs sein. Weiterhin kann das Kraftfahrzeug beispielsweise einen Traktionsenergiespeicher aufweisen, über den die eine oder mehreren Axialflussmaschinen des Kraftfahrzeugs bestromt werden können.
Für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Statorwicklung für einen Stator einer elektrischen Axialmaschine ist vorgesehen, dass es die Schritte umfasst:

- Bereitstellen einer Statorwicklungsstruktur mit einem radial innenliegenden Kurzschlussring sowie mehreren, sich von dem Kurzschlussring nach radial außen erstreckenden Statorstäben und
- Ausbilden von Kühlkanälen, welche sich jeweils in radialer Richtung durch den Kurzschlussring und einen der Statorstäbe erstrecken, durch Bohren.

Mittels des Verfahrens kann insbesondere ein erfindungsgemäßer Stator hergestellt werden. Nach dem Herstellen der Statorwicklung können dabei zur Herstellung des Stators weitere Verfahrensschritte folgen.
Nach dem Ausbilden der Kühlkanäle können erfindungsgemäß die Verbindungselemente an den radial inneren Enden von zwei sich durch benachbarte Statorstäben erstreckenden Kühlkanälen angeordnet werden. Insbesondere können auf diese Weise, so wie es vorangehend beschrieben wurde, jeweils paarweise die Kühlkanäle der Statorwicklung über die Verbindungselemente verbunden werden.
Nach dem Anordnen der Verbindungselemente kann entsprechend auch ein Anordnen der Statorkernsegmente sowie der Kühlmittelführungselemente an der Statorwicklung erfolgen.
Weiterhin kann während der Herstellung eines Stators auch wenigstens eine Leiterplatte an der Statorwicklung angeordnet werden.
Es ist möglich, dass eine elektrische Axialmaschine hergestellt wird, indem der hergestellte Stator an einer, insbesondere wenigstens einen Rotor und eine Rotorwelle umfassenden, Rotoranordnung angeordnet wird. Zusätzlich können auch weitere Elemente einer elektrischen Maschine, beispielsweise ein Gehäuse oder Ähnliches, angeordnet und mit dem Stator und/oder dem Rotor verbunden werden.
Sämtliche vorangehend in Bezug zu dem erfindungsgemäßen Stator beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße elektrische Axialflussmaschine sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren.
Entsprechend gelten auch die für die erfindungsgemäße Axialflussmaschine und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Auch die Vorteile und Ausgestaltungen für das erfindungsgemäße Axialflussmaschine können auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen werden und umgekehrt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussmaschine,
3 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stators,
4 eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stators und
5 eine Detailansicht der an dem Stator angeordneten Statorkernsegmente.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine elektrische Axialflussmaschine 2, welchen einen Traktionsmotor des Kraftfahrzeugs 1 darstellt. Zum Betrieb der elektrischen Axialflussmaschine 2 weist das Kraftfahrzeug 1 eine Traktionsbatterie 3 auf, über welche die elektrische Axialflussmaschine 2 mit Strom versorgt werden kann.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Axialflussmaschine 2. Die Axialflussmaschine 2 umfasst einen Stator 4 sowie zwei Rotoren 5 und 6 in einer Doppelrotor-Einzelstator-Bauform. Der Stator 4 ist zumindest im Wesentlichen ringscheibenförmig. Die Rotoren 5, 6 sind jeweils mit einer Rotorwelle 7 verbunden und in Axialrichtung z der Axialflussmaschine 2 zu beiden Seiten versetzt von dem Stator 4 angeordnet. Der Stator 4 und die Rotoren 5, 6 erstrecken sich jeweils von der Rotorwelle 7 in radialer Richtung r nach außen. Der Stator 4 ist mit der Rotorwelle 7 nicht verbunden, sodass der Stator 4 bei Betrieb der Axialflussmaschine 2 stationär bleibt.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Stators 4 für die Axialflussmaschine 2 dargestellt. Der Stator 4 umfasst eine Statorwicklung 8 mit einem radial innenliegenden Kurzschlussring 9 sowie mehreren, sich von dem Kurzschlussring radial nach außen erstreckenden Statorstäben 10. Sowohl die Statorstäbe 10 als auch der Kurzschlussring 9 sind aus einem elektrisch leitfähigen Metall, beispielsweise aus Kupfer oder aus Aluminium, gefertigt. Die Statorstäbe 10 und der Kurzschlussring 9 können als einteiliges Bauteil, beispielsweise als gegossene Statorwicklungsstruktur, hergestellt werden.
Der Kurzschlussring 9 umgibt im montierten Zustand des Stators 4 die Rotorwelle 7 der Axialflussmaschine 2. Die Statorstäbe 10 sind an dem Außenumfang des Kurzschlussrings 9 angeordnet und stehen sternförmig von dem Kurzschlussring 9 nach radial außen ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Statorwicklung 8 zwölf Statorstäbe 10.
Der Kurzschlussring 9 wird aus mehreren geraden Abschnitten 11, 12 gebildet und ist ein im Wesentlichen ringförmiges Vieleck. Die Abschnitte 11 sind dabei in Umfangsrichtung länger als die Abschnitte 11, wobei die Statorstäbe 10 sich jeweils von den kürzeren Abschnitten 12 nach radial außen erstrecken.
An den längeren Abschnitten 11 liegt jeweils von radial außen ein Statorkernsegment 13 des Stators 4 an. Jedes der Statorkernsegmente 13 ist zwischen zwei benachbarten Statorstäben 10 angeordnet. Die Statorkernsegmente 13 sind beispielsweise als Statoreisensegmente ausgeführt und bilden den Statorkern des Stators 4. Durch die Statorwicklung 8 wird eine als Halbkäfigwicklung ausgeführte Statorwicklung gebildet, durch welche bei Bestromung der Statorkern magnetisiert bzw. ein Statorfeld erzeugt werden kann. Der Stator 4 umfasst dazu eine stirnseitig an der Statorwicklung 8 angeordnete Leiterplatte 17, über welche eine Bestromung des Stators 4 bzw. der Statorwicklung 8, insbesondere eine individuelle Bestromung der einzelnen Statorstäbe 10, erfolgen kann.
Um den Außenumfang der Statorwicklung 8 sind weiterhin ein erstes und ein zweites Kühlmittelführungselement 14, 15 des Stators 4 angeordnet. Die Kühlmittelführungselemente 14, 15 umgreifen bzw. umschließen die Statorwicklung 8 von radial außen um seinen gesamten Umfang herum. Der Stator 4 umfasst ferner mehrere Verbindungselemente 16, welche am Innenumfang des Kurzschlussrings 9 angeordnet sind. Mithilfe der Kühlmittelführungselemente 14, 15 und der Verbindungselemente 16 wird eine Kühleinrichtung des Stators 4 gebildet, wie nachfolgend genauer beschrieben wird.
In 4 ist eine Schnittansicht des Stators 4 dargestellt. In der Statorwicklung 8 sind mehrere Kühlkanäle 18 ausgebildet, welche sich jeweils in radialer Richtung durch den Kurzschlussring 9 und einen einzelnen der Statorstäbe 10 erstrecken. Die Kühlkanäle 18 sind gerade ausgeführt und verlaufen analog zu den Statorstäben 10 sternförmig in radialer Richtung r des Stators 4.
Jeweils zwei sich durch zwei benachbarte Statorstäbe 10 erstreckende Kühlkanäle 18 sind jeweils über ein Verbindungselement 16 kommunizierend verbunden. Das Verbindungselement 16 ist dabei jeweils an den radialen Enden 19 der Kühlkanäle 18 angeordnet.
Die radial äußeren Enden 20 eines solchen Paars von verbundenen Kühlkanälen 18 sind jeweils abwechselnd mit dem ersten Kühlmittelführungselement 14 und dem zweiten Kühlmittelführungselement 15 verbunden. Aufgrund der Schnittdarstellung sind von den Kühlmittelführungselementen 14, 15 jeweils nur die sechs mit den axiale äußeren Enden 20 der Kühlkanäle 18 verbundenen Abschnitte dargestellt. Die Kühlmittelführungselemente 14, 15 sind jeweils elektrisch isolierend, sodass an den radial äußeren Enden der Statorstäbe 10 keine elektrische Verbindung bzw. kein elektrischer Kurzschluss erzeugt wird.
Aufgrund der Verbindung über die Verbindungselemente 16 werden die sich durch zwei benachbarte Statorstäbe 10 erstreckenden Kühlkanäle 18 zur Bildung einer U-förmigen beziehungsweise V-förmigen Kühlmittelführung verbunden. Dieser Kühlmittelführung kann beispielsweise über das erste Kühlmittelführungselement 14 ein Kühlmittel zugeführt werden. Dieses strömt nach dem Durchströmen des ersten Kühlkanals 18 durch das Verbindungselements 16 und anschließend durch den weiteren Kühlkanal 18 in das zweite Kühlführungselement 15, welches beispielsweise als ein Sammler für erwärmtes Kühlmittel dient und mit einem Ablauf bzw. einem externen Wärmetauscher verbunden ist.
Die die inneren Enden 19 der Kühlkanäle 18 paarweise verbindenden Verbindungselemente 16 sind als ein zumindest abschnittsweise U-förmiges Rohr ausgeführt. Die Verbindungselemente 16 umfassen jeweils einen U-förmigen Abschnitt 21 sowie zwei gerade Abschnitte 22, welche jeweils an ein Ende des U-förmigen Abschnitts 21 anschließen. Die geraden Abschnitte 22 sind dabei in die radial innenliegenden Enden 19 der Kühlkanäle 18 eingesteckt.
In 5 ist eine Detailansicht des ersten Kühlmittelführungselements 14 dargestellt. Das Kühlmittelführungselement 14 umfasst sechs Verbindungsabschnitte 23 sowie einen Umlaufabschnitt 24, wobei die Verbindungsabschnitte 23 kommunizierend mit dem Umlaufabschnitt 24 ausgebildet sind. Sowohl der Umlaufabschnitt 24 als auch die Verbindungsabschnitte 23 sind jeweils hohl und schlauchartig ausgeführt.
Das Kühlmittelführungselement 14 umfasst weiterhin einen Anschluss 25 über dem den erstem Kühlmittelführungselement 14 beispielsweise ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel zugeführt werden kann. Dieses strömt nach dem Zuführen am Anschluss 25 durch den Umlaufabschnitt 24 sowie durch die Verbindungsabschnitte 23 jeweils in einen ersten Kühlkanal 18 eines über ein Verbindungselement 16 verbundenen Paars von Kühlkanälen 18.
Das zweite Kühlmittelführungselement 15 weist einen identischen Aufbau zu dem ersten Kühlmittelführungselement 14 auf. Insbesondere können die Kühlmittelführungselemente 14, 15 als Gleichteile ausgeführt sein. Wie in 3 ersichtlich ist, kann das zweite Kühlmittelführungselement 15 um 180° gedreht an der Statorwicklung 8 angeordnet sein, sodass der Anschluss 25 des zweiten Kühlmittelführungselements 15 in die der Richtung des Anschlusses 25 des ersten Kühlmittelführungselements 14 entgegengesetzte Richtung weist. Dies ermöglicht es, dass das zweite Kühlmittelführungselement 15 mit dem jeweils zweiten Kühlkanal 18 eines Paars von über einem Verbindungselement 16 verbundenen Kühlkanälen angeschlossen werden kann, sodass über die Kühlmittelführungselemente 14 und 15 ein Kühlmittelkreislauf durch die Kühlkanäle 18 in der Statorwicklung 8 ausgebildet werden kann.
In 6 ist ein weiteres Detail des Stators 4 dargestellt, wobei nur die Statorwicklung 8 und die Statorkernsegmente 13 abgebildet sind. Ersichtlich sind die radial außen liegenden Enden 20 der Kühlkanäle 18 als Öffnungen in den Statorstäben 10 ausgebildet. Die Statorstäbe 10 weisen jeweils einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten, axialen Stirnflächen 26 auf. Alternativ sind auch andere Formen bzw. Geometrien der Statorstäbe 10 möglich. Zum Beispiel können die Statorstäbe 10 einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Auch eine einem Rechteck mit abgerundeten Ecken und/oder einem Rechteck mit einer oder mehreren gebogenen Kanten entsprechende Querschnittsform sowie weitere, davon abweichende Querschnittsformen sind möglich.
Die Statorkernsegmente 18 sind in axialer Richtung z jeweils formschlüssig an zwei benachbarten Statorstäben 10 befestigt. Dazu umgreifen die Statorkernsegmente 13 die benachbarten Statorstäbe 10 an deren axialen Stirnflächen 26 zumindest teilweise. Die radial innenliegenden Seitenflächen der Statorkernsegmente 13 liegen an den Abschnitten 11 des Kurzschlussrings 9 an. Es ist zusätzlich oder alternativ auch möglich, dass die Statorkernsegmente 13 derart geformt sind, dass sie auch die axialen Stirnflächen 30 des Kurzschlussrings 9 zumindest abschnittsweise umgreifen, um eine axiale Befestigung der Statorkernsegmente 13 an der Statorwicklung 8 zu erreichen bzw. zu verstärken.
Die Statorstäbe 10 umfassen jeweils einen Abschnitt 27, welcher über die radial außen liegende Seitenfläche der Statorkernsegmente 13 hervorsteht. Diese Abschnitte 27 der Statorstäbe 10 können mit der in 3 gezeigten Leiterplatte 17 mechanisch verbunden sein, sodass die Leiterplatte 17 an der Statorwicklung 8 befestigt werden kann. Zusätzlich sind die Statorstäbe 10 elektrisch mit einer auf der Leiterplatte 17 angeordneten Schaltung 28 verbunden. Der Kurzschlussring 9 der Statorwicklung 8 wirkt dabei elektrisch als ein Sternpunkt, über den die Statorstäbe 10 der Statorwicklung 8 an einer Seite elektrisch verbunden bzw. kurzgeschlossen sind.
Die Schaltung 28 umfasst dabei mehrere Halbbrückenmodule 29, wobei jeweils einer der Statorstäbe 10 mit einer der Halbbrücken 29 verbunden ist. Dazu kann der Statorstab 10 insbesondere mit dem Brückenpunkt der Halbbrücke 29 verbunden sein. Die Halbbrücken 29 umfassen jeweils zwei Transistoren, deren schaltbare Strecken in Reihe geschaltet sind. Die Transistoren der Halbbrücken 29 können dabei zum Beispiel als Bipolartransistoren mit isolierendem Gate (IGBTs) ausgeführt sein.
Die Schaltung 28 auf der Leiterplatte 17 kann weitere Schaltungselemente und/oder Leiterbahnen umfassen, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit in 3 nicht dargestellt sind. Über die jeweiligen Halbbrücken 29 können die Statorstäbe 10 individuell bestromt werden, sodass der Stator 4 beziehungsweise die den Stator 4 umfassende Axialflussmaschine 2 mit einer variablen Anzahl von Phasen und/oder Polpaaren betrieben werden kann. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Stator 4 zwölf Statorstäben 10, so dass der Stator 4 beziehungsweise die Axialflussmaschine 2 als bis zu zwölfphasige Maschine betrieben werden kann.
Die am Innenumfang des Kurzschlussrings 9 angeordneten Verbindungselementes 16 bestehen insbesondere aus dem gleichen Material wie der Kurzschlussring 9 beziehungsweise die Statorwicklung 8, sodass diese elektrisch leitfähig sind. Aufgrund des Strompfades, welcher parallel zu den Abschnitten 11 durch jeweils 1 der Verbindungselemente 16 erzeugt wird, reduziert sich somit vorteilhaft der elektrische Widerstand des Kurzschlussrings 9, sodass ohmsche Verluste in dem Kurzschlussring 9 reduziert werden können. Ferner verhindert das Verwenden von gleichen beziehungsweise gleichartigen Materialien für die Statorwicklung 8 und die Verbindungselemente 16 das Auftreten von Kontaktkorrosion beziehungsweise von elektrochemischer Korrosion.
Die Kühlmittelführungselemente 14, 15, welche die Statorwicklung 8 radial umfassen, sind aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt. Die Kühlmittelführungselemente 14, 15 können zum Beispiel aus einem Gummi und/oder aus einem Kunststoff bestehen. Auf diese Weise sind zwischen den radial außen liegenden Enden 20 der Statorstäbe 10 keine elektrische Verbindungen über die Kühlmittelführungselemente 14, 15 realisiert. Die durch den Kurzschlussring 9 und die Statorstäbe 10 gebildete Statorwicklung kann somit als eine Halbkäfigwicklung aufgefasst werden.
Die Verbindungsmittel 10 können beispielsweise als gebogene Rohre hergestellt werden. Eine einfache Herstellungsform der Verbindungselemente 16 ergibt sich, wenn zunächst gerade Rohre mit einer Flüssigkeit gefüllt werden, wobei die entsprechenden Verbindungselemente 16 nach einem Einfrieren beziehungsweise Erstatten der Flüssigkeit gebogen werden. Dies ermöglichst eine einfache Fertigung der Verbindungselemente 16. Auch die Verbindungselemente 16 sind als Gleichteile ausgeführt, sodass sich vorteilhaft eine einfache Herstellung des Stators 4 ergibt.
In einem Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung der Statorwicklung 8 für den Stator 4 der elektrischen Axialflussmaschine 2 kann vorgesehen sein, dass zunächst eine Statorwicklungsstruktur bereitgestellt wird, welche den radial innenliegenden Kurzschlussring 9 sowie die sich von dem Kurzschlussring 9 nach radial außen erstreckende Statorstäbe 10 aufweist. Anschließend können die Kühlkanäle 18, welche sich jeweils in radialer Richtung durch den Kurzschlussring 9 in jeweils einen der Statorstäbe 10 erstrecken, durch Bohren gefertigt bzw. in der bereitgestellten Statorwicklungsstruktur ausgebildet werden, um die Statorwicklung 8 herzustellen.
Die formschlüssig befestigten Statorkernsegmente 13, welcher als Statoreisensegmente ausgeführt sein können, können in radialer Richtung auf die Statorwicklung 8 aufgeschoben und somit zwischen jeweils zwei benachbarten Statorstäben 10 befestigt werden. Das Anordnen der Verbindungselemente 16 kann durch Einstecken ihrer geraden Abschnitte 22 in die radial inneren Enden 19 der Kühlkanäle 18 erfolgen. Dies kann beispielsweise unter Zuhilfenahme einer Erwärmung der Statorwicklung 8 und/oder eines Abkühlens der Verbindungselemente 16 erfolgen, sodass sie sich nach einem Abkühlen beziehungsweise Erwärmen der Komponenten eine stabile formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung ergibt. Auch weitere Befestigungsmethoden, beispielsweise ein Ankleben, Anschweißen und/oder ein Befestigen der Verbindungselemente 16 an der Statorwicklung 8 unter Zuhilfenahme wenigstens eines Befestigungsmittels, sind zusätzlich oder alternativ möglich.
Die Kühlmittelführungselemente 14, 15 können derart angeordnet werden, dass sie die Statorwicklung 8 radial umfassen und ihre Verbindungsabschnitte 23 jeweils in die radial außen liegenden Enden 20 der Kühlkanäle 18 eingesteckt und befestigt werden. Auf diese Weise kann der komplette Stator 4 gefertigt werden. Der Stator 4 kann anschließend, wie in 2 dargestellt ist, mit einer Rotoranordnung umfassend wenigstens einem Rotor 2 und/oder wenigstens eine Rotorwelle 7 kombiniert werden, um eine elektrische Axialflussmaschine 2 zu bilden.
Auch die Leiterplatte 17 kann an der Statorwicklung 8 angeordnet und insbesondere mit den hervorstehenden Abschnitten 27 der Statorstäbe 10 mechanisch und elektrisch verbunden werden. Auf diese Weise ergibt sich eine einfache Herstellbarkeit der Statorwicklung 8 sowie des gesamten Stators 4.
Die Kühlmittelführungselemente 14, 15 können zum Beispiel aus Kunststoff oder Gummi gefertigt werden. Die Umlaufabschnitte 24 sowie die Verbindungsabschnitte 23 können dabei als separate Teile gefertigt werden, wobei die Umlaufabschnitte 24 und die Verbindungsabschnitte 23 zur Bildung des Kühlmittelführungselements 14, 15 zum Beispiel mittels Kleben verbunden werden können. Alternativ ist auch eine Fertigung eines Kühlmittelführungselements 14, 15 als einteiliges Bauteil möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014110299 A1 [0006]
DE 102015012914 A1 [0007]
CN 110601394 A [0007]
DE 102019108436 A1 [0008]
WO 2018/172606 A1 [0009]
DE 102019102351 A1 [0011]

Claims

Stator für eine elektrische Axialflussmaschine (2) umfassend eine Statorwicklung (8) mit einem radial innenliegenden Kurzschlussring (9) sowie mehreren, sich von dem Kurzschlussring nach radial außen erstreckenden Statorstäben (10), dadurch gekennzeichnet, dass in der Statorwicklung (8) mehrere Kühlkanäle (18) ausgebildet sind, welche sich jeweils in radialer Richtung durch den Kurzschlussring (9) und einen der Statorstäbe (10) erstrecken.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich durch zwei benachbarte Statorstäbe (10) erstreckende Kühlkanäle (18) über ein an den radial inneren Enden (19) der Kühlkanäle (18) angeordnetes Verbindungselement (16) kommunizierend verbunden sind.
Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (16) ein zumindest abschnittsweise U-förmiges Rohr ist.
Stator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (16) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, insbesondere, dass das Verbindungselement (16) und die Statorwicklung (8) aus demselben elektrisch leitfähigen Metall bestehen.
Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (8) von zwei Kühlmittelführungselementen (14, 15) radial umfasst ist, wobei die radial äußeren Enden (20) der Kühlkanäle (18) jeweils abwechselnd mit einem ersten und einem zweiten der Kühlmittelführungselemente (14, 15) verbunden sind.
Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelführungselemente (14, 15) zumindest einen im Wesentlichen ringförmigen Umlaufabschnitt (25) umfassen, wobei die radial äußeren Enden (20) der Kühlkanäle (18) jeweils über einen Verbindungsabschnitt (24) des Kühlmittelführungselements (14, 15) kommunizierend mit dem Umlaufabschnitt (25) verbunden sind.
Stator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelführungselemente (14, 15) zumindest teilweise aus wenigstens einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoff, bestehen.
Stator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (16) Gleichteile sind und/oder dass die Kühlmittelführungselemente (14, 15) Gleichteile sind.
Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (8) mehrere Statorkernsegmente (13) aufweist, welche jeweils zwischen zwei benachbarten Statorstäben (10) eingesetzt sind.
Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorkernsegmente (13) in axialer Richtung formschlüssig an den benachbarten Statorstäben (10) und/oder dem Kurzschlussring (9) befestigt sind, insbesondere, dass die Statorkernsegmente (13) die benachbarten Statorstäbe (10) und/oder den Kurzschlussring (9) an deren axialen Stirnflächen (26) zumindest abschnittsweise umgreifen.
Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer axialen Stirnseite der Statorwicklung (8) eine, insbesondere ringscheibenförmige oder ringscheibensegmentförmige, Leiterplatte (17) angeordnet ist, wobei auf der Leiterplatte (17) wenigstens eine mit der Statorwicklung (8) elektrisch verbundene Schaltung (28) angeordnet ist.
Stator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Statorstäbe (10) mit einer auf der Leiterplatte (17) angeordneten Halbbrücke (29) elektrisch verbunden ist.
Elektrische Axialflussmaschine umfassend wenigstens einen Stator (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug umfassend wenigstens eine elektrische Axialflussmaschine (2) nach Anspruch 13.
Verfahren zur Herstellung einer Statorwicklung (8) für einen Stator (4) einer elektrische Axialflussmaschine (2) umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer Statorwicklungsstruktur mit einem radial innenliegenden Kurzschlussring (9) sowie mehreren, sich von dem Kurzschlussring (9) nach radial außen erstreckenden Statorstäben (10), und - Ausbilden von Kühlkanälen (18), welche sich jeweils in radialer Richtung durch den Kurzschlussring (9) und einen der Statorstäbe (10) erstrecken, durch Bohren.