DE102022106556A1 - Elektrische Maschine - Google Patents

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DE102022106556A1
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cooling
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Inventor
Jonas Kniel
Patrick Gramann
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/197Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1), insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang (20) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (21), umfassend einen von einer Leistungselektronik (2) bestrombaren Stator (3) und einen relativ zum Stator (3) drehbaren Rotor (4),wobei der Stator (3) einen Statorkörper (5) mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneten Statorzähnen (6) und zwischen den Statorzähnen (6) gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper (5) erstreckender Statornuten (7), wobei in den Statornuten (7) Statorwicklungen (8) angeordnet sind, welche mittels Stromschienen (9) elektrisch leitend mit der Leistungselektronik (2) verbunden sind, und der Stator (3) mittels eines von einem Kühlfluid (10) durchströmbaren Kühlkreislauf (11) kühlbar ausgeführt ist, wobei der Kühlkreislauf (11) so konfiguriert ist, dass im Betrieb der elektrischen Maschine (1) die Stromschienen (9) zumindest abschnittsweise von dem Kühlfluid (10) beaufschlagt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, umfassend einen von einer Leistungselektronik bestrombaren Stator und einen relativ zum Stator drehbaren Rotor, wobei der Stator einen Statorkörper mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneten Statorzähnen und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckender Statornuten, wobei in den Statornuten Statorwicklungen angeordnet sind, welche mittels Stromschienen elektrisch leitend mit der Leistungselektronik verbunden sind, und der Stator mittels eines von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkreislauf kühlbar ausgeführt ist.
  • Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
  • Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnradifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.
  • Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
  • Bei der Entwicklung der für E-Achsen oder Hybridmodule vorgesehenen elektrischen Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten zu steigern, so dass der hierzu notwendigen Kühlung der elektrischen Maschinen wachsende Bedeutung zukommt. Aufgrund der notwenigen Kühlleistungen haben sich in den meisten Konzepten Hydraulikflüssigkeiten, wie Kühlöle, zum Abtransport von Wärme aus den thermisch beaufschlagten Bereichen einer elektrischen Maschine durchgesetzt.
  • Die Mantelkühlung sowie die Wickelkopfkühlung sind beispielsweise aus dem Stand der Technik für die Realisierung einer Kühlung von elektrischen Maschinen mittels Hydraulikflüssigkeiten bekannt. Während die Mantelkühlung die entstehende Wärme an der äußeren Oberfläche des Statorblechpakets in einen Kühlkreislauf überträgt, erfolgt bei der Wickelkopfkühlung der Wärmeübergang direkt an den Leitern außerhalb des Statorblechpakets im Bereich der Wickelköpfe in das Fluid.
  • Weitere Verbesserungen bieten getrennt ausgeführte Kühlkanäle, welche sowohl in das Blechpaket des Stators (siehe z. B. EP3157138 A1 ) als auch in die Nut zusätzlich zu den Leitern eingebracht werden (siehe z. B. Markus Schiefer: Indirekte Wicklungskühlung von hochausgenutzten permanenterregten Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung, Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017).
  • Es sind auch Konzepte bekannt, bei denen die Wicklungen direkt mit Hydraulikflüssigkeit umströmt werden, um die Leistungsdichte zu erhöhen. Eine verbesserte Kühlung mit direktem Kontakt von Hydraulikflüssigkeit und Leiter in der Nut ist bereits grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise DE102015013018 A1 eine Lösung für elektrische Maschinen mit Einzelzahnwicklung, wobei das Fluid direkt die Wicklungen, welche um die Zähne gewickelt sind, umströmt.
  • Es kann somit generell zwischen direkt gekühlten und indirekt gekühlten elektrischen Maschinen unterschieden werden. Indirekte Kühllösungen charakterisieren sich folglich dadurch, dass das Kühlfluid und die elektrische Maschine voneinander getrennt sind. Ein klassisches Beispiel hierfür wäre eine Wassermantel-Kühlung. Direkte Kühllösungen entwärmen eine elektrische Maschine über den direkten Kontakt zwischen dem Kühlfluid und der elektrischen Maschine. Dies kann beispielsweise über Düsen oder Schleuderkühlungen umgesetzt sein.
  • Meist liegen Stromschienen, die auch als Busbars bekannt sind, zur Bestromung des Stators in einem trockenen/ungekühlten Bereich zwischen der Leistungselektronik und der elektrischen Maschine. Durch die Busbars wird der gesamte Strom für die elektrischen Maschine geleitet. Durch die Eigenerwärmung müssen diese Busbars richtig ausgelegt sein, um nicht zu überhitzen. Dieses bedeutet meist mehr Material, um den thermischen Widerstand zu verringern.
  • Bei einen elektrischen Antrieb für Fahrzeuge wird der Strom durch die Leistungselektronik in Drehstrom gewandelt. Über Stromschienen wird dieser Strom - wie oben bereits erläutert - in die elektrische Maschine gespeist. Dadurch ergibt sich auch das Problem, dass es bei bestimmten Betriebspunkten eine kritische Erwärmung der Leistungselektronik durch die Wärmeleitung von Wärme aus der elektrischen Maschine über die Stromschienen hinweg stattfindet. Zudem muss also noch mehr Material für die Stromschienen vorgesehen werden, um eine Überhitzung durch die Eigenerwärmung entgegenzuwirken. Das verursacht erhöhte Materialkosten.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrische Maschine bereitzustellen, der eine verbesserte kühlfluidbasierte Kühlung, insbesondere der Stromschienen, aufweist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine, insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, umfassend einen von einer Leistungselektronik bestrombaren Stator und einen relativ zum Stator drehbaren Rotor, wobei der Stator einen Statorkörper mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneten Statorzähnen und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckender Statornuten, wobei in den Statornuten Statorwicklungen angeordnet sind, welche mittels Stromschienen elektrisch leitend mit der Leistungselektronik verbunden sind, und der Stator mittels eines von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkreislauf kühlbar ausgeführt ist, wobei der Kühlkreislauf so konfiguriert ist, dass im Betrieb der elektrischen Maschine die Stromschienen zumindest abschnittsweise von dem Kühlfluid beaufschlagt werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine handelt es sich also um eine direktgekühlte elektrische Maschine. Bei derartigen direktgekühlten elektrischen Maschinen wird in der Regel stets eine Zuführung des Kühlfluides benötigt, wobei diese erfindungsgemäß optimiert wird, indem weitere Funktionalitäten integriert werden. Speziell wird durch die vorliegende Erfindung die Kühlung der Stromschienen zwischen der Leistungselektronik und der elektrischen Maschine verbessert.
  • Die erfindungsgemäße Lösung sieht dementsprechend eine direkte Ölkühlung der Stromschienen nahe der elektrischen Maschine durch ein Kühlfluid vor. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Kühlfluid, das in die elektrische Maschine eintritt, ganz oder zum Teil an den Stromschienen vorbeigeführt wird. Somit werden die Stromschienen aktiv gekühlt und falls Wärme von der elektrischen Maschine in Richtung Leistungselektronik fließen möchte, wird diese mit dem Kühlfluid zum größten Teil abgeführt und somit eine Erwärmung der Leistungselektronik auf diesem Wege verhindert. Zudem wird auch die Eigenerwärmung der Stromschienen reduziert. Das ermöglicht Stromschienen kleiner auszuführen. Dies ermöglicht weniger Materialeinsatz und verringert somit die Kosten zur Herstellung der elektrischen Maschine.
  • Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil.
  • Der Stator der elektrischen Maschine ist bevorzugt zur Verwendung in einer Radialflussmaschine ausgebildet. Ein Stator für eine Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht in der Regel aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech im Wesentlichen parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen.
  • In die Statornuten des erfindungsgemäßen Stators sind Statorwicklungen eingelassen. Eine Statorwicklung ist ein elektrisch leitfähiger Leiter, dessen Längenerstreckung wesentlich größer ist als sein Durchmesser. Die Statorwicklung kann grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind rechteckige Querschnittsformen, da sich mit diesen hohe Packungs- und folglich Leistungsdichten erzielen lassen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Statorwicklung aus Kupfer gebildet. Bevorzugt weist eine Statorwicklung eine Isolierung auf. Zur Isolierung der Statorwicklung kann beispielsweise Glimmerpapier, welches aus mechanischen Gründen durch einen Glasgewebeträger verstärkt sein kann, in Bandform um eine oder mehrere Statorwicklungen gewickelt sein, welche mittels eines aushärtenden Harzes imprägniert sind. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine aushärtbare Lackschicht ohne ein Glimmerpapier zu verwenden, um eine Statorwicklung zu isolieren.
  • Die Statornuten können von einer ersten Kühlflüssigkeit zur Kühlung der Statorwicklung durchströmt sein. Dies wird als direkte Nutkühlung bezeichnet.
  • Der Stator kann ferner einen Statorkörper besitzen. Der Statorkörper kann einteilig oder mehrteilig, insbesondere segmentiert ausgebildet sein. Ein einteiliger Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass der gesamte Statorkörper umfänglich gesehen einteilig ausgebildet ist. Der Statorkörper ist dabei in der Regel aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet, wobei jedes der Elektrobleche zu einem Kreisring geschlossen ausgebildet ist. Ein segmentiert aufgebauter Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass er aus einzelnen Statorsegmentteilen aufgebaut ist. Der Statorkörper kann dabei aus einzelnen Statorzähnen oder Statorzahngruppen aufgebaut sein, wobei jeder einzelne Statorzahn oder jede einzelne Statorzahngruppe aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet sein kann, wobei jedes der Elektrobleche als Statorsegmentblechteil ausgebildet ist.
  • Der Statorkörper ist bevorzugt aus einem oder mehreren Statorblechpakete gebildet. Als Statorblechpaket werden eine Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen bzw. Statorblechen verstanden, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Statorblechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können dann in dem Blechpaket durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten bleiben.
  • In dem Statorkörper sind bevorzugt die Statorzähne des Stators ausgebildet. Als Statorzähne werden Bestanteile des Statorkörpers bezeichnet, die als umfänglich beabstandete, zahnartig radial nach innen gerichtete Teile des Statorkörpers ausgebildet sind und zwischen deren freien Enden und einem Rotorkörper ein Luftspalt für das Magnetfeld gebildet ist. Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das ein im Wesentlichen kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.
  • Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen.
  • Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Motorgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Das Motorgehäuse kann insbesondere auch mehrteilig und/oder mehrstückig ausgebildet sein.
  • Die elektrische Maschine ist insbesondere zur Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen.
  • Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist die elektrische Maschine eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
  • Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
  • Die Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an die elektrische Maschine steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 W zu steuern oder regeln.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine in einem Motorgehäuse aufgenommen ist, welches einen Kühlfluideingang zum Eintritt von Kühlfluid in das Motorgehäuse und einen Kühlfluidausgang zum Austritt von Kühlfluid aus dem Motorgehäuse aufweist und der Kühlfluideingang so angeordnet und ausgebildet ist, dass die Stromschienen unmittelbar nach dem Durchtritt des Kühlfluids durch den Kühlfluideingang von dem Kühlfluid beaufschlagt werden.
  • Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Stromschienen so in dem Kühlkreislauf angeordnet sind, dass sie unmittelbar vor dem Durchtritt des Kühlfluids durch den Kühlfluidausgang von dem Kühlfluid beaufschlagt werden.
  • Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Leistungselektronik an einer Umfangsfläche des Stators angeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Leistungselektronik in Schwerkraftrichtung oberhalb des Stators angeordnet ist.
  • Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Leistungselektronik in axialer Richtung neben dem Stator an einer dessen Stirnseiten angeordnet ist.
  • In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass sich die Stromschienen in axialer Richtung aus der Leistungselektronik heraus in das Motorgehäuse hinein erstrecken.
  • Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass sich Kühlkanäle in axialer Richtung durch den Statorkörper hindurch erstrecken, welche im Betrieb der elektrischen Maschine von dem Kühlfluid durchströmt werden.
  • Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass der Stator gegenüber dem Rotor durch eine Statordichtung fluidisch getrennt ist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
    • 1 eine elektrische Maschine in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
    • 2 eine erste Ausführungsform einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
    • 3 eine zweite Ausführungsform einer elektrischen Maschine in einer schematischen Darstellung,
    • 4 eine dritte Ausführungsform einer elektrischen Maschine in einer schematischen Darstellung,
    • 5 ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine in einer schematischen Darstellung.
  • Die 1 zeigt eine elektrische Maschine 1, insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang 20 eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs 21, wie es auch in der 5 skizziert ist.
  • Die elektrische Maschine 1 umfasst einen von einer Leistungselektronik 2 bestrombaren Stator 3 und einen relativ zum Stator 3 drehbaren Rotor 4. Der Stator 3 besitzt einen Statorkörper 5 mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne 6 und zwischen den Statorzähnen 6 gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper 5 erstreckender Statornuten 7. In den Statornuten 7 sind Statorwicklungen 8 angeordnet, welche mittels Stromschienen 9 elektrisch leitend mit der Leistungselektronik 2 verbunden sind, was sich gut aus der 2 erkennen lässt.
  • Der Stator 3 ist mittels eines von einem Kühlfluid 10 durchströmbaren Kühlkreislauf 11 kühlbar ausgeführt. Der Kühlkreislauf 11 ist dabei so konfiguriert, dass im Betrieb der elektrischen Maschine 1 die Stromschienen 9 zumindest abschnittsweise von dem Kühlfluid 10 beaufschlagt werden, was durch die gestrichelten Pfeile in der 2 angedeutet ist.
  • Die elektrische Maschine 1 ist in einem Motorgehäuse 12 aufgenommen, welches einen Kühlfluideingang 13 zum Eintritt von Kühlfluid 10 in das Motorgehäuse 12 und einen Kühlfluidausgang 14 zum Austritt von Kühlfluid 10 aus dem Motorgehäuse 12 aufweist. Der Kühlfluideingang 13 ist dabei so angeordnet und ausgebildet, dass die Stromschienen 9 unmittelbar nach dem Durchtritt des Kühlfluids 10 durch den Kühlfluideingang 13 von dem Kühlfluid 10 beaufschlagt werden.
  • Die Leistungselektronik 2 ist in dem Ausführungsbeispiel der 2 in axialer Richtung neben dem Stator 3 an einer dessen Stirnseiten 16 angeordnet. Die Stromschienen 9 erstrecken sich in axialer Richtung aus der Leistungselektronik 2 heraus in das Motorgehäuse 12 hinein und kontaktieren so einen Wickelkopf der Statorwicklungen 8.
  • Auch ist in der 2 gezeigt, dass sich Kühlkanäle 17 in axialer Richtung durch den Statorkörper 5 hindurch erstrecken, welche im Betrieb der elektrischen Maschine 1 von dem Kühlfluid 10 durchströmt werden. Der Stator 3 ist gegenüber dem Rotor 4 durch eine Statordichtung 18 fluidisch getrennt.
  • Bei der in der 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung kann also das Kühlfluid 10 direkt auf die Stromschienen 9 geleitet werden, um die Stromschienen 9 direkt zu kühlen. Wie in der 2 gezeigt, wird diese Einspeisung so nah wie möglich an der Verbindungstelle an der Leistungselektronikseite durchgeführt, um so viel Oberfläche wie möglich zu kühlen. Diese Kühlmöglichkeit bietet sich vor allem bei elektrischen Maschinen an, die direktgekühlt werden, da hier üblicherweise eine relative große Menge an Kühlfluid 10 in die elektrische Maschine 1 gespeist wird und Stromschienen 9 sogar ganz oder teilweise in das Kühlfluid 10 getaucht sein können.
  • Wie die 2-4 zeigen, können die elektrische Maschine 1 und die Leistungselektronik 2 unterschiedlich zueinander angeordnet sein.
  • Der 3 zeigt hingegen einer Ausführungsform, bei der die Stromschienen 9 so in dem Kühlkreislauf 11 angeordnet sind, dass sie unmittelbar vor dem Durchtritt des Kühlfluids 10 durch den Kühlfluidausgang 14 von dem Kühlfluid 10 beaufschlagt werden.
  • Wie in der 4 dargestellt, kann die Leistungselektronik 2 auch an einer Umfangsfläche 15 des Stators 3 angeordnet sein, wobei die Leistungselektronik 2 dann auch in Schwerkraftrichtung oberhalb des Stators 3 angeordnet ist.
  • Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    elektrische Maschine
    2
    Leistungselektronik
    3
    Stator
    4
    Rotor
    5
    Statorkörper
    6
    Statorzähnen
    7
    Statornuten
    8
    Statorwicklungen
    9
    Stromschienen
    10
    Kühlfluid
    11
    Kühlkreislauf
    12
    Motorgehäuse
    13
    Kühlfluideingang
    14
    Kühlfluidausgang
    15
    Umfangsfläche
    16
    Stirnseiten
    17
    Kühlkanäle
    18
    Statordichtung
    20
    Antriebsstrang
    21
    Kraftfahrzeug
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3157138 A1 [0007]
    • DE 102015013018 A1 [0008]

Claims (9)

  1. Elektrische Maschine (1), insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang (20) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (21), umfassend einen von einer Leistungselektronik (2) bestrombaren Stator (3) und einen relativ zum Stator (3) drehbaren Rotor (4), wobei der Stator (3) einen Statorkörper (5) mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneten Statorzähnen (6) und zwischen den Statorzähnen (6) gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper (5) erstreckender Statornuten (7), wobei in den Statornuten (7) Statorwicklungen (8) angeordnet sind, welche mittels Stromschienen (9) elektrisch leitend mit der Leistungselektronik (2) verbunden sind, und der Stator (3) mittels eines von einem Kühlfluid (10) durchströmbaren Kühlkreislauf (11) kühlbar ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (11) so konfiguriert ist, dass im Betrieb der elektrischen Maschine (1) die Stromschienen (9) zumindest abschnittsweise von dem Kühlfluid (10) beaufschlagt werden.
  2. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) in einem Motorgehäuse (12) aufgenommen ist, welches einen Kühlfluideingang (13) zum Eintritt von Kühlfluid (10) in das Motorgehäuse (12) und einen Kühlfluidausgang (14) zum Austritt von Kühlfluid (10) aus dem Motorgehäuse (12) aufweist und der Kühlfluideingang (13) so angeordnet und ausgebildet ist, dass die Stromschienen (9) unmittelbar nach dem Durchtritt des Kühlfluids (10) durch den Kühlfluideingang (13) von dem Kühlfluid (10) beaufschlagt werden.
  3. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienen (9) so in dem Kühlkreislauf (11) angeordnet sind, dass sie unmittelbar vor dem Durchtritt des Kühlfluids (10) durch den Kühlfluidausgang (14) von dem Kühlfluid (10) beaufschlagt werden.
  4. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (2) an einer Umfangsfläche (15) des Stators (3) angeordnet ist.
  5. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (2) in Schwerkraftrichtung oberhalb des Stators (3) angeordnet ist.
  6. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (2) in axialer Richtung neben dem Stator (3) an einer dessen Stirnseiten (16) angeordnet ist.
  7. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stromschienen (9) in axialer Richtung aus der Leistungselektronik (2) heraus in das Motorgehäuse (12) hinein erstrecken.
  8. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich Kühlkanäle (17) in axialer Richtung durch den Statorkörper (5) hindurch erstrecken, welche im Betrieb der elektrischen Maschine (1) von dem Kühlfluid (10) durchströmt werden.
  9. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) gegenüber dem Rotor (4) durch eine Statordichtung (18) fluidisch getrennt ist.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015013018A1 (de) 2015-10-07 2017-04-13 Audi Ag Stator für eine elektrische Maschine
EP3157138A1 (de) 2015-10-12 2017-04-19 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur kühlung eines blechpakets, blechpaket, rotor, stator und elektrische maschine

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