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Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine.
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Eine elektrische Maschine verfügt über einen Stator und einen Rotor. Der Stator wird auch als Ständer und der Rotor als Läufer bezeichnet. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Luftspalt ausgebildet. Der Stator verfügt typischerweise über ein Statorblechpaket mit Statornuten, die Statorwicklungen aufnehmen. Der Rotor verfügt typischerweise über ein Rotorblechpaket mit in Ausnehmungen des Rotors aufgenommenen Magneten oder Rotorwicklungen oder Leiterstäben.
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Um einen Stator, nämlich die Statorwicklungen eines Stators, effektiv zu kühlen, ist es bereits bekannt, dass die in den Statornuten aufgenommenen Statorwicklungen direkt von Kühlmittel umströmt sind. Um zu verhindern, dass das Kühlmittel in den Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor gelangt, ist es aus Praxis bekannt, in dem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor einen Abdichtkörper anzuordnen. Ein solcher Abdichtkörper, der im Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor einer elektrischen Maschine angeordnet ist, kann als Spaltrohr oder als Liner ausgeführt sein. Ein Spaltrohr ist als solches formstabil und wird in einem bereits ausgehärteten Zustand in dem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnet. Ein Liner wird dadurch ausgebildet, dass ein noch nicht ausgehärteter und noch nicht formstabiler Vorformling des Liners in einem Hohlraum des Stators angeordnet und anschließend unter Ausbildung des Liners ausgehärtet wird. Dabei geht dann der Liner typischerweise eine materialschlüssige Verbindung mit dem Statorblechpaket des Stators ein.
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Es besteht Bedarf an einem Stator einer elektrischen Maschine, der eine verbesserte direkte Kühlung der Statorwicklungen des Stators bei einfachem Aufbau des Stators ermöglicht. Ferner besteht Bedarf an einer elektrischen Maschine mit einem solchen Stator.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Stator einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Stator einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 und durch eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 11 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Stator weist ein mehrere Statorbleche aufweisendes Statorblechpaket auf, wobei die Statorbleche radial innen Ausnehmungen aufweisen, die sich in Axialrichtung erstreckende Statornuten abschnittsweise begrenzen.
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Der erfindungsgemäße Stator weist in den Statornuten angeordnete Statorwicklungen auf, die in den Statornuten von einem Kühlmittel direkt umströmbar sind.
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Der erfindungsgemäße Stator weist ein Kühlmittelführungselement auf, das zwischen den Statorblechen des Statorblechpaktes angeordnet ist.
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Das Kühlmittelführungselement des erfindungsgemäßen Stators weist erste Blechzuschnitte auf, die das Kühlmittelführungselement an gegenüberliegenden Seiten desselben axial begrenzen.
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Ferner weist das Kühlmittelführungselement des erfindungsgemäßen Stators zweite Blechzuschnitte, auf, die zwischen den ersten Blechzuschnitten angeordnet sind.
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Die ersten und zweiten Blechzuschnitte des Kühlmittelführungselements und die Statorbleche sind dahingehend gleichartig ausgebildet, dass die ersten Blechzuschnitte und die zweiten Blechzuschnitte ebenso wie die Statorbleche radial innen Ausnehmungen zur Bildung der Statornuten und zur Aufnahme der Statorwicklungen aufweisen.
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Die zweiten Blechzuschnitte des Kühlmittelführungselements sind gegenüber den ersten Blechzuschnitten und den Statorblechen dahingehend unterschiedlich ausgebildet, dass ausschließlich die zweiten Blechzuschnitte zusätzlich sich von den Statornuten nach radial außen erstreckende radiale Kühlmittelkanäle aufweisen, die eingerichtet sind, Kühlmittel nach radial innen in Richtung auf die Statornuten oder von den Statornuten nach radial außen zu führen.
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Die radial inneren Ausnehmungen der Statorbleche und der Blechzuschnitte des Kühlmittelführungselements und damit die Statornuten des erfindungsgemäßen Stators sind radial innen geschlossen.
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Axial benachbarte Statorbleche und Blechzuschnitte des Statorblechpakets und des Kühlmittelführungselements des erfindungsgemäßen Stators sind flächig verklebt.
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Der erfindungsgemäße Stator verfügt über das Kühlmittelführungselement, welches zwischen den Statorblechen des Statorblechpakets angeordnet ist. Das Kühlmittelführungselement verfügt über die ersten Blechzuschnitte und die zweiten Blechzuschnitte, wobei die zweiten Blechzuschnitte die zusätzlichen radialen Kühlmittelführungskanäle aufweisen. Die Statorbleche und die ersten und zweite Blechzuschnitte weisen jeweils radial innen die Ausnehmungen zur Bildung bzw. Begrenzung der Statornuten auf, wobei diese Ausnehmungen und damit die Statornuten radial innen geschlossen sind. Axial benachbarte Statorbleche und Blechzuschnitte sind flächig verklebt. Die Erfindung ermöglicht bei einfachem Aufbau des Stators eine effektive Kühlung des Stators, nämlich eine direkte Kühlung der in den Statornuten aufgenommenen Statorwicklungen.
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Die radialen Kühlmittelkanäle der zweiten Blechzuschnitte des Kühlmittelführungselements können je nach Strömungsrichtung entweder das Kühlmittel von radial innen, ausgehend von den Statornuten, nach radial außen oder von radial außen nach radial innen in Richtung auf die Statornuten führen.
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Dadurch, dass die Statornuten radial innen geschlossen sind und benachbarte Statorbleche und Blechzuschnitte flächig verklebt sind, nämlich zumindest radial innen benachbart an die die Statornuten ausbildenden Ausnehmungen der Statorbleche und der Blechzuschnitte des Kühlmittelführungselements, besteht an sich keine Gefahr, dass Kühlmittel aus den Statornuten nach radial innen strömt, also in einen Spalt zwischen dem Stator und einem Rotor einer den Stator aufweisenden elektrischen Maschine gelangt. Grundsätzlich ist es demnach möglich, zwischen dem Stator und dem Rotor auf einen separaten Abdichtkörper zu verzichten.
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Vorzugsweise sind die Statorbleche, die ersten Blechzuschnitte und die zweiten Blechzuschnitte aus einem identischen Werkstoff gebildet. Dann, wenn die Statorbleche und die Blechzuschnitte des Kühlmittelführungselements aus einem identischen Werkstoff gebildet sind, ergibt sich ein homogener Aufbau des Stators mit einheitlichen Materialeigenschaften und einheitlichem Bauteilverhalten. Vorzugsweise sind Statorbleche und Blechzuschnitte aus dem gleichen Elektroblech gefertigt.
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Vorzugsweise ist das Kühlmittelführungselement in Axialrichtung in der Mitte des Statorblechpaktes angeordnet. In diesem Fall ist dann eine besonders vorteilhafte Kühlmittelführung möglich.
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Vorzugsweise decken die ersten Blechzuschnitte des Kühlmittelführungselements die radialen Kühlmittelkanäle der zweiten Blechzuschnitte des Kühlmittelführungselements axial ab. Dies sorgt für eine vorteilhafte Führung von Kühlmittel im Kühlmittelführungselement.
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Vorzugsweise weisen zumindest die Statorbleche des Statorblechpakets und die ersten Blechzuschnitte des Kühlmittelführungselements radial außen Ausnehmungen auf, die axiale Kühlmittelkanäle zur Führung des Kühlmittels zumindest abschnittsweise begrenzen. Auch hiermit ist eine besonders vorteilhafte Kühlmittelführung im Stator möglich.
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Vorzugsweise weisen zumindest die ersten Blechzuschnitte des Kühlmittelführungselements und die Statorbleche radial außen Hohlräume auf, die ausgebildet sind, um eine radiale Verformbarkeit des Stators bereitzustellen. Die erleichtert die Montage einer den Stator aufweisenden elektrischen Maschine.
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Vorzugsweise weist der Stator einen Abdichtkörper auf, der sich radial innen an die Statorbleche, die ersten Blechzuschnitte und die zweiten Blechzuschnitte anschließt und der axial gegenüber dem Statorblechpaket vorsteht. Insbesondere ist der Abdichtkörper als eigenstabiles Spaltrohr ausgebildet, das sich ohne Verbindung mit dem Statorblechpaket an die Statorbleche und die ersten und zweiten Blechzuschnitte radial innen anschließt. Wie oben bereits ausgeführt, sind die Statornuten radial innen geschlossen. Damit kann grundsätzlich auf einen Abdichtkörper im Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor verzichtet werden. Ein die Statornuten radial innen abschließender Steg ist jedoch zur Gewährleistung eines besonders vorteilhaften elektromagnetischen Verhaltens des Stators sehr dünnwandig ausgeführt und verfügt vorzugsweise lediglich über eine Dicke von einigen Zehntel-Millimetern bzw. Millimetern. Es ist daher bevorzugt, dass der Stator einen Abdichtkörper aufweist, der sich radial innen an die Statorbleche anschließt und in dem Fall, in welchem über die Betriebsdauer der elektrischen Maschine infolge hoher Kühlmitteldrücke ein Steg, der die Statornuten radial innen verschließt, versagen sollte, ein Eintreten des Kühlmittels in den Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor verhindert. Dabei kann dann der Abdichtkörper als eigenstabiles Spaltrohr ausgebildet sein, der im Bereich des Spalts zwischen Stator und Rotor dünnwandig ausgeführt sein kann.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Seitenansicht eines Stators einer elektrischen Maschine;
- 2 eine ausschnittsweise Seitenansicht eines Kühlmittelführungselements des Stators;
- 3 eine perspektivische Ansicht der 2;
- 4 einen Querschnitt in radialer Schnittrichtung durch 2;
- 5 einen Querschnitt in axialer Schnittrichtung durch 3;
- 6 ein Detail der 4;
- 7 ein weiteres Detail des Stators;
- 8 einen Querschnitt durch einen Stator mit einer ersten möglichen Kühlmittelströmung;
- 9 einen Querschnitt durch einen Stator mit einer zweiten möglichen Kühlmittelströmung;
- 10 einen Querschnitt durch einen Stator mit einer dritten möglichen Kühlmittelströmung;
- 11 einen Querschnitt durch einen Stator mit einer vierten möglichen Kühlmittelströmung;
- 12 eine Alternative zur 4;
- 13 ein Detail der 12;
- 14 einen Querschnitt durch einen Stator mit einer fünften möglichen Kühlmittelströmung;
- 15 einen Querschnitt durch einen Stator mit einer sechsten möglichen Kühlmittelströmung; und
- 16 einen Querschnitt durch einen Stator mit einer siebten möglichen Kühlmittelströmung.
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Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine.
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Eine elektrische Maschine verfügt über einen Stator und einen Rotor. Der Stator wird auch als Ständer und der Rotor auch als Läufer bezeichnet. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Spalt ausgebildet. Die hier vorliegende Erfindung betrifft den Stator einer elektrischen Maschine.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Statorblechpakets 10 eines Stators einer elektrischen Maschine. Das Statorblechpaket 10 verfügt über eine Vielzahl von Statorblechen 11, die in Axialrichtung A des Staors und damit des Statorblechpakets 10 stapelartig nebeneinander angeordnet sind.
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Mehrere Statorbleche 11 können zu einem Teilstapel 12 zusammengesetzt sein, wobei mehrere in Axialrichtung A nebeneinander positionierte Teilstapel 12 aus Statorblechen 11 das Statorblechpaket 10 bilden.
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Der Stator 10 verfügt weiterhin über ein Kühlmittelführungselement 13, welches zwischen den Statorblechen 11 des Statorblechpakets 10 angeordnet ist, nämlich in 1 zwischen zwei Teilstapeln 12 des Statorblechpakets 10 aus jeweils mehreren Statorblechen 11.
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2, 3, 4, 5, 6 und 7 zeigen jeweils unterschiedliche Details des Kühlmittelführungselements 13, wobei einige Details, die für das Kühlmittelführungselement 13 beschrieben werden, auch auf die Statorbleche 11 zutreffen.
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Das Kühlmittelführungselement 13 ist aus ersten Blechzuschnitten 14 und zweiten Blechzuschnitten 15 aufgebaut. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem ersten Blechzuschnitt 14, 4 einen Ausschnitt aus einem zweiten Blechzuschnitt 15. Die Blechzuschnitte 14 und 15 sind stapelartig in Axialrichtung A nebeneinander angeordnet, wobei die ersten Blechzuschnitte 14 das Kühlmittelführungselement 13 an gegenüberliegenden Seiten axial begrenzen und wobei die zweiten Blechzuschnitte 15 in Axialrichtung A des Stators gesehen zwischen den ersten Blechzuschnitten 14 angeordnet sind.
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Die ersten Blechzuschnitte 14 sind gleichartig zu, vorzugsweise identisch zu, den Statorblechen 11 ausgebildet. So verfügen die ersten Blechzuschnitte 14 sowie die Statorbleche 11 radial innen über Ausnehmungen 16, 17, welche sich in Axialrichtung A erstreckende Statornuten 18 des Statorblechpakets abschnittsweise begrenzen.
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Diese Statornuten 18 erstrecken sich durchgehend über die gesamte Axialrichtung A des Statorblechpakets 10, also durch die Teilstapel 12 und das Kühlmittelführungselement 13 hindurch, sodass demnach auch die zweiten Blechzuschnitte 15 radial innen Ausnehmungen 19 aufweisen, welche zusammen mit den Ausnehmungen 16, 17 der ersten Blechzuschnitte 14 und der Statorbleche 11 die Statornuten 18 zur Aufnahme von Statorwicklungen 22 definieren.
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Die zweiten Blechzuschnitte 15 sind unterschiedlich zu den ersten Blechzuschnitten 14 und damit den Statorblechen 11 ausgebildet, nämlich derart, dass ausschließlich die zweiten Blechzuschnitte 15 zusätzlich sich von den Statornuten 18 bzw. den Ausnehmungen 19 der zweiten Blechzuschnitte 15 nach radial außen erstreckende radiale Kühlmittelkanäle 20 aufweisen. Über diese radialen Kühlmittelkanäle 20 kann Kühlmittel nach radial innen in Richtung auf die Statornuten 18 oder nach radial außen von den Statornuten 18 weggeführt werden. Der Doppelpfeil 21 der 5 visualisiert die beiden unterschiedlichen möglichen Strömungsrichtungen für das Kühlmittel durch die radialen Kühlmittelkanäle 20 der zweiten Blechzuschnitte 15 des Kühlmittelführungselements 13.
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Wie ausgeführt, sind in den Statornuten 18, die von den Ausnehmungen 16, 17 und 19 der Blechzuschnitte 14, 15 und der Statorbleche 11 begrenzt werden, Statorwicklungen 22 angeordnet. 7 zeigt im Bereich einer Statornut 18 bzw. im Bereich von die Statornut 18 abschnittsweise definierenden Ausnehmungen 16, 19 der Blechzuschnitte 14, 15 des Kühlmittelführungselements 13 eine derartige Statorwicklung 22.
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Innerhalb der Statornuten 18 aufgenommene Statorwicklungen 22 sind innerhalb der Statornuten 18 von Kühlmittel direkt umströmbar.
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Die radial inneren Ausnehmungen 16, 17, 19 der Blechzuschnitte 14, 15 des Kühlmittelführungselements 13 und der Statorbleche 11 sind radial innen über Stege 23 geschlossen. Diese Stege 23 sind dünnwandig. Der jeweilige Steg 23 weist eine maximale Dicke von einigen Zehntel-Millimetern bzw. Millimetern auf. Kühlmittel, welches zur direkten Kühlung der Statorwicklungen 22 durch die Statornuten 18 strömt, kann demnach ausgehend von den Statornuten 18 nicht nach radial innen strömen, nämlich in Richtung auf einen Spalt zwischen dem Statorblechpaket 10 und einem von demselben aufgenommenen Rotor.
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Axial benachbarte Statorbleche 11 und Blechzuschnitte 14, 15 sind flächig verklebt, und zwar zumindest radial innen im Bereich der Stege 23 sowie in Umfangsrichtung gesehen zwischen den Stegen 23 sowie in Axialrichtung gesehen zwischen den Ausnehmungen 16, 17, 19. Durch dieses flächige Verkleben wird ebenfalls verhindert, dass Kühlmittel über Spalte zwischen den aneinander anliegenden Statorblechen 11 bzw. aneinander anliegenden Blechzuschnitten 14, 15 nach radial innen strömt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass jeweils axial benachbarte Statorbleche 11 und Blechzuschnitte 14, 15 vollflächig miteinander verklebt sind.
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Das Kühlmittelführungselement 13 dient der Kühlmittelführung entweder von radial außen nach radial innen in Richtung auf die Statornuten 18 oder umgekehrt von radial innen nach radial außen von den Statornuten 18 weg, je nach gewählter Kühlmittelführung im Statorblechpaket 10.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 bis 7 weisen die Statorbleche 11 und die ersten Blechzuschnitte 14 radial außen Ausnehmungen 24, 25 auf, ebenso weisen im gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 bis 7 die zweiten Blechzuschnitte 15 radial außen Ausnehmungen 26 auf, wobei diese Ausnehmungen 24, 25 und 26 der Blechzuschnitte 14 und 15 und der Statorbleche 11 axiale Kühlmittelkanäle 27 definieren.
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Die axialen Kühlmittelkanäle 27 erstrecken sich ebenso wie die Statornuten 18 über die gesamte Axialrichtung A des Statorblechpakets 11 und dienen der Führung von Kühlmittel in Axialrichtung A.
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Im Bereich des Kühlmittelführungselements 13 sind diese axialen Kühlmittelkanäle 17 mit den Statornuten 18 verbunden, nämlich über die radialen Kühlmittelkanäle 20 der zweiten Blechzuschnitte 15 des Kühlmittelführungselements 13. Je nach Strömungsrichtung durch die radialen Kühlmittelkanäle 20 strömt demnach Kühlmittel zunächst durch die Statornuten 18 und dann durch die axialen Kühlmittelkanäle 27 oder zuerst durch die axialen Kühlmittelkanäle 27 und anschließend durch die Statornuten 18.
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Gemäß 7 decken die ersten Blechzuschnitte 14 des Kühlmittelführungselements 13 die radialen Kühlmittelkanäle 20 der zweiten Blechzuschnitte 15 an den axialen Seiten des Kühlmittelführungselements 13 ab. Das Kühlmittel kann demnach nur im Bereich der zweiten Blechzuschnitte 15 des Kühlmittelführungselements 13 zwischen den Statornuten 18 und den axialen Kühlmittelkanälen 27 strömen.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 bis 7 weisen sowohl die Statorbleche 11 als auch die Blechzuschnitte 14, 15 radial außerhalb der Ausnehmungen 24, 25, 26, welche die axialen Kühlmittelkanäle 27 definieren, weitere Ausnehmungen 28, 29, 30 auf, die gemeinsam sich in Axialrichtung erstreckende Hohlräume 31 definieren. Die Hohlräume 31 dienen im gezeigten Ausführungsbeispiel nicht der Kühlmittelführung, sondern vielmehr der Bereitstellung einer radialen Verformbarkeit des Statorblechpakets 11 bei der Montage in einem Gehäuse einer elektrischen Maschine.
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Wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen Stators 10 ist demnach das Kühlmittelführungselement 13. Dieses ist zwischen den Statorblechpaketen 11 des Statorblechpakets 10 angeordnet, vorzugsweise in Axialrichtung in der Mitte des Statorblechpakets 10.
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Die Blechzuschnitte 14, 15 bestehen dabei wie die Statorbleche 11 aus Elektroblech, vorzugsweise aus demselben Werkstoff bzw. dem identischen Werkstoff. Demnach kann das Kühlmittelführungselement 13 zur Drehmoment- und Leistungsbildung der elektrischen Maschine beitragen. Es ergibt sich ein homogener Statoraufbau mit einheitlichen Materialeigenschaften und einheitlichem Bauteilverhalten.
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Die ersten Blechzuschnitte 14, welche das Kühlmittelführungselement 13 an seinen axialen Seiten begrenzen, sind vorzugsweise identisch mit den eigentlichen Statorblechen 11. Die zweiten Blechzuschnitte 15 des Kühlmittelführungselements 13 sind unterschiedlich von den ersten Blechzuschnitten 14 sowie den Statorblechen 11 ausgebildet, und zwar zumindest dadurch, dass die zweiten Blechzuschnitte 15 des Kühlmittelführungselements 13 die radialen Kühlmittelkanäle 20 aufweisen.
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Dann, wenn wie im Ausführungsbeispiel der 2 bis 7 gezeigt, die Blechzuschnitte 14, 15 und die Statorbleche 11 bis auf die radialen Kühlmittelkanäle 20 an den zweiten Blechzuschnitten 15 identisch ausgeführt sind, kann das Kühlmittelführungselement 13 mit geringem Aufwand hergestellt werden. Zur Ausbildung der zweiten Blechzuschnitte 15 müssen lediglich aus den ersten Blechzuschnitten 14 oder den Statorblechen 11 die sich in Radialrichtung erstreckenden Kühlmittelkanäle 20 ausgestanzt werden.
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Die Statornuten 18, welche die Statorwicklungen 22 aufnehmen, sind radial innen geschlossen. Aneinander angrenzende Statorbleche 11 und Blechzuschnitte 14, 15 sind vorzugsweise vollflächig verklebt.
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Kühlmittel, insbesondere Öl, welches durch die Statornuten 18 strömt, gelangt so nicht nach radial innen in Richtung auf einen Rotor bzw. auf einen zwischen dem Rotor und dem Stator ausgebildeten Spalt.
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Um die einzelnen Blechzuschnitte 14, 15 für das Kühlmittelführungselement 13 bei der Montage exakt zueinander auszurichten, ist an einer Umfangsposition radial außen in die Blechzuschnitte 14, 15 eine Ausnehmung 32 eingebracht, die dann, wenn die Blechzuschnitte 14, 15 exakt zueinander ausgerichtet sind, an einer Umfangsposition des Statorblechpakets 10 fluchten.
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Wie bereits ausgeführt, sind die Statornuten 18 über die Stege 23 radial innen geschlossen, ferner sind aneinander anliegende Statorbleche 11 und Blechzuschnitte 14, 15 radial innen flächig verklebt. So wird sichergestellt, dass radial innen im Bereich des Statorblechpakets 11 kein Kühlmittel nach radial innen in Richtung auf einen Rotor bzw. einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor strömen kann.
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Es ist jedoch bevorzugt, dass der Stator zusätzlich radial innen einen Abdichtkörper 33 aufweist, der sich radial innen an die Statorbleche 11, die ersten Blechzuschnitte 14 und die zweiten Blechzuschnitte 15 anschließt und der axial gegenüber dem Statorblechpaket 10 an beiden axialen Enden desselben vorsteht. Siehe hierzu insbesondere 8. Der Abdichtkörper 33 kann dabei als eigenstabiles Spaltrohr ausgebildet sein und in dem Bereich zwischen dem Statorblechpaket 11 und einem Rotor (nicht gezeigt) sehr dünnwandig ausgeführt sein. 8 zeigt einen vom Abdichtkörper 33 umschlossenen Raum 34 zur Aufnahme des Rotors. Der Abdichtkörper 33 ist nämlich, da über die Stege 23 und die flächige Verklebung aneinander anliegender Statorbleche 11 bzw. Blechzuschnitte 14, 15 eine Strömung des Kühlmittels nach radial innen eigentlich verhindert wird, keinen hohen Kühlmitteldrücken ausgesetzt. Lediglich eine Kühlmittelleckage, die über die Verklebung bzw. über versagende Stege 23 nach radial innen strömen sollte, gelangt im Bereich des Statorblechpakets 11 in Richtung auf den Abdichtkörper 33. An seinen gegenüber dem Statorblechpaket 11 radial vorstehenden Enden, mit welchen derselbe aus dem Spalt zwischen dem Statorblechpaket 11 und dem Rotor herausragt, kann derselbe dickwandiger ausgeführt sein, da hier mehr Bauraum zur Verfügung steht als im Spalt zwischen dem Statorblechpaket 10 und dem Rotor.
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8, 9, 10 und 11 zeigen jeweils schematisierte Axialschnitte durch eine elektrische Maschine 35, die das Statorblechpaket 10 der 1 umfasst, welches zusammen mit einem Rotor und dem Abdichtelement 33, welches zwischen dem Statorblechpaket 10 und dem Rotor angeordnet ist, in einem Gehäuse 36 der elektrischen Maschine 35 positioniert ist. In 8, 9, 10 und 11 sind zur Gewährleistung einer einfacheren Darstellung weder die Statorwicklungen 22 gezeigt noch Wickelköpfe, welche die Statorwicklungen 22 axial neben dem Statorblechpaket 10 an beiden axialen Enden ausbilden.
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In 8 sind die Statornuten 18, die radialen Kühlmittelkanäle 20 und die axialen Kühlmittelkanäle 27 mit einer ersten möglichen Kühlmittelführung gezeigt, wobei die Kühlmittelführung durch die Pfeile visualisiert ist. Seitlich neben dem Statorblechpaket 10 ist ein Dichtkörper 37 angeordnet, welcher einen Raum im Gehäuse 36 seitlich neben den axialen Enden des Statorblechpakets 11 in zwei Teilräume 38, 39 unterteilt, wobei der Übergangsbereich zwischen dem Statorblechpaket 11 und diesem Dichtkörper 37 über ein weiteres Dichtelement 40 abgedichtet ist. Ein weiteres Dichtelement 41 dichtet den Übergangsbereich zwischen dem radial inneren Abdichtkörper 33 und dem Gehäuse 36 der elektrischen Maschine 35 ab. Der Doppelpfeil 42 visualisiert die gesamte axiale Erstreckung des Abdichtkörpers 33 im Gehäuse 36. Im Teilraum 39 sind die nicht gezeigten Wickelköpfe der Statorwicklungen 22 angeordnet. In 8 wird in das Gehäuse 36 an seinen axialen Enden ein erster Kühlmittelzulauf 43 in den Teilraum 38 und ein zweiter Kühlmittelzulauf 44 in den Teilraum 39 eingebracht. Der in den Teilraum 38 eingebrachte Kühlmittelzulauf 43 des Kühlmittels durchströmt ausgehend von den axialen Enden des Statorblechpakets 10 die axialen Kühlmittelkanäle 27 in Richtung auf das Kühlmittelführungselement 13, strömt innerhalb des Kühlmittelführungselements 13 über die radialen Kühlmittelkanäle 20 von radial außen nach radial innen in Richtung auf die Statornuten 18 und strömt dann, ausgehend vom in der Mitte des Statorblechpakets 10 angeordneten Kühlmittelführungselement 13, über die Statornuten 18 in beide Richtungen nach axial außen in die Teilräume 39 hinein, um dann als mit dem Kühlmittelzulauf 44 vereinigter Kühlmittelablauf 45 aus dem Gehäuse 36 abgeführt zu werden.
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9 zeigt eine Abwandlung der 8, wobei sich 9 von 8 dadurch unterscheidet, dass in 9 an einer axialen Seite des Statorblechpakets 10 die axialen Kühlmittelkanäle 27 über ein Dichtelement 46 verschlossen sind. Während also in 8 die Kühlmittelzuläufe 43 und 44 das Kühlmittel von beiden axialen Seiten aus in das Gehäuse 36 zuführen, gilt dies in 9 lediglich für den zweiten Kühlmittelzulauf 44, jedoch nicht für den ersten Kühlmittelzulauf 43, der in 9 lediglich an einer axialen Seite in das Gehäuse 36 der elektrischen Maschine 35 vorhanden ist. Demnach sind in 9 die axialen Kühlmittelkanäle 37 nicht über die gesamte axiale Erstreckung des Statorblechpakets 10 durchströmt, sondern lediglich über in etwa die Hälfte der axialen Erstreckung des Statorblechpakets 10.
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10 zeigt eine weitere Abwandlung hinsichtlich der Führung des Kühlmittels durch die elektrische Maschine 35. In 10 sind im Gegensatz zu den 8 und 9 die radialen Kühlmittelkanäle 20 des Kühlmittelführungselements 13 nicht von radial außen nach radial innen, sondern vielmehr umgekehrt von radial innen nach radial außen durchströmt, sodass in 10 zuerst die Statornuten 18 und erst anschließend die axialen Kühlmittelkanäle 27 von Kühlmittel durchströmt sind. Dies ist in 8 und 9 anders herum, in 8 und 9 werden demnach zuerst die axialen Kühlmittelkanäle 27 und anschließend die Statornuten 18 vom Kühlmittel durchströmt. In 10 erfolgt der Kühlmittelzulauf 47 von außen in das Gehäuse 36 an beiden sich gegenüberliegenden axialen Enden des Gehäuses 36 in den jeweiligen Teilraum 39 hinein, in welchem der jeweilige Wickelkopf angeordnet ist. Über die Kühlmittelzuläufe 47 dem Gehäuse 36 zugeführtes Kühlmittel strömt zunächst über die Statornuten 18 von den axialen Enden des Statorblechpakets 11 nach axial innen in Richtung auf das Kühlmittelführungselement 13, strömt sodann über die radialen Kühlmittelkanäle 20 nach radial außen und sodann vom Kühlmittelführungselement 13 aus über die axialen Kühlmittelkanäle 27 nach axial außen in Richtung auf die axialen Enden des Statorblechpakets 11, um über den jeweiligen Teilraum 38 aus dem Gehäuse 36 abgeführt zu werden, nämlich an beiden axialen Enden des Gehäuses 36 über einen jeweiligen Kühlmittelablauf 48.
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In 10 erfolgt demnach der Kühlmittelzulauf 47 in das Gehäuse 36 an beiden axialen Enden desselben, der Kühlmittelablauf 48 erfolgt ebenfalls an beiden axialen Enden des Gehäuses 36. Demgegenüber zeigt 11 eine Abwandlung der 10, die sich von 10 lediglich dadurch unterscheidet, dass der Kühlmittelablauf 48 lediglich an einem axialen Ende des Gehäuses 36 erfolgt. Hierzu sind über das Dichtelement 46 die axialen Kühlmittelkanäle 27 des Statorblechpakets 11 an einem axialen Ende desselben verschlossen. Während also in 10 Kühlmittelzulauf 47 und Kühlmittelablauf 48 jeweils an beiden axialen Enden des Gehäuses 36 der elektrischen Maschine 35 erfolgt, erfolgt in 11 lediglich der Kühlmittelzulauf 47 an beiden axialen Enden, der Kühlmittelablauf 48 an einem axialen Ende.
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Mit demselben Stator 10 bzw. Statorblechpaket 11 können demnach unterschiedliche Kühlmittelführungen flexibel bereitgestellt werden, um abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall eine ideale Kühlung der elektrischen Maschine 35 im Bereich ihres Stators zu ermöglichen.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 bis 7 verfügen die Statorbleche 11 sowie die beiden Blechzuschnitte 14, 15 über identische Innenradien ri und identische Außenradien ra, sodass sich demnach über gesamte axiale Erstreckung des Statorblechpakets 10 radial innen und radial außen eine durchgehende zylindrische Kontur ergibt. Demgegenüber zeigen 12 und 13 eine Abwandlung des Stators 10, nämlich eine Abwandlung von zweiten Blechzuschnitten 15`, die sich von den Blechzuschnitten 15 der 2 durch eine abweichende radial äußere Gestaltung unterscheiden. So ist in 12 und 13 ein zweiter Blechzuschnitt 15` für das Kühlmittelführungselement 13 gezeigt, welches radial innen über den gleichen Innenradius ri verfügt wie die ersten Blechzuschnitte 14 und die Statorbleche 11, welches jedoch radial außen über einen entsprechenden Außenradius ra' kürzer ausgebildet ist als die ersten Blechzuschnitte 14 und die Statorbleche 11, deren Außenradius ra in 12 durch eine gestrichelte Linie visualisiert ist.
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Demnach verfügen die zweiten Blechzuschnitte 15' gemäß 12, 13 nicht über die Ausnehmungen 26 und 30. Vielmehr münden dann, wenn beim Kühlmittelführungselement 13 die zweiten Blechzuschnitte 15' der 12 und 13 zum Einsatz kommen, die radial äußeren axialen Kühlmittelkanäle 27 in einen Hohlraum 49, der zwischen der radial äußeren Kontur der zweiten Blechzuschnitte 15' und dem Gehäuse 36 der jeweiligen elektrischen Maschine 35 ausgebildet ist. Gegebenenfalls kann dann auf die axialen Kühlmittelkanäle 27, die radial außen am Statorblechpaket 10 ausgebildet sind, auch verzichtet werden.
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14 zeigt für eine elektrische Maschine 35, bei der im Bereich des Kühlmittelführungselements 13 die zweiten Blechzuschnitte 15' der 12 und 13 zum Einsatz kommen, eine mögliche Führung des Kühlmittels durch die elektrische Maschine 35.
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So erfolgt in 14 eine Kühlmittelzulauf 50 in der axialen Mitte des Statorblechpakets 10 über das Gehäuse 36 im Bereich des Kühlmittelführungselements 13 in den Hohlraum 49 zwischen dem Kühlmittelführungselement 13 und dem Gehäuse 36 der elektrischen Maschine 35 hinein. Dieses Kühlmittel strömt durch die radialen Kühlmittelkanäle 20 von radial außen nach radial innen und tritt in die Statornuten 18 ein, um ausgehend vom Kühlmittelführungselement 13 in beide axialen Richtungen nach axial außen über die Statornuten 18 in den Bereich der Teilräume 39 zu strömen, in welchen die Wickelköpfe angeordnet sind. Ein zweiter Kühlmittelzulauf 51 erfolgt in 14 ausgehend von beiden axialen Seiten des Gehäuses 36 in die Teilräume 39 hinein, um dort mit dem Teilstrom des Kühlmittelzulauf s50, der über die Statornuten 18 strömt, vereinigt zu werden und an beiden axialen Enden des Gehäuses 36 als Kühlmittelablauf 53 aus dem Gehäuse 36 abgeführt zu werden. In 14 sind die radial äußeren, axialen Kühlmittelkanäle 27 an beiden axialen Enden des Statorblechpakets 10 von den Dichtkörpern 46 verschlossen, sodass in 14 kein Kühlmittel durch diese axialen Kühlmittelkanäle 27 strömt.
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Eine Abwandlung der 14 zeigt 15, wobei sich 15 von 14 dadurch unterscheidet, dass in 15 lediglich ein zentraler Kühlmittelzulauf 50 in der axialen Mitte des Gehäuses 36 der elektrischen Maschine 35 genutzt wird, der dem Hohlraum 49 zwischen dem die zweiten Blechzuschnitte 15' der 12 und 13 aufweisenden Kühlmittelführungselement 13 und dem Gehäuse 36 ausgebildet ist. Es erfolgt demnach in 15 kein Kühlmittellauf 51 an den axialen Enden des Gehäuses 36. Das Kühlmittel, welches über den Kühlmittelzulauf 50 in den Hohlraum 49 zwischen dem Kühlmittelführungselement 13 und dem Gehäuse 36 in das Gehäuse 36 eingebracht wird, strömt von radial außen nach radial innen über die radialen Kühlmittelkanäle 20, tritt in die Statornuten 18 ein, strömt über die Statornuten 18 in Richtung auf beide axialen Enden des Statorblechpakets 11, tritt dort aus dem Statorblechpaket 11 aus und in den jeweiligen Teilraum 39 ein, um an beiden axialen Enden des Gehäuses 36 als Kühlmittelablauf 52 aus dem Gehäuse 36 abgeführt zu werden. Auch in 15 sind die axialen Kühlmittelkanäle 27 von dem Dichtkörper 46 verschlossen, sodass dieselben nicht von Kühlmittel durchströmt sind. Es könnte auf dieselben also auch verzichtet werden. In den Teilräumen 39 sind die Wickelköpfe angeordnet.
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Eine weitere Variante zeigt 16, die sich von der Variante der 15 lediglich durch eine umgekehrte Strömungsrichtung unterscheidet. So ist in 15 vorgesehen, dass Kühlmittel von beiden axialen Seiten des Gehäuses 36 der elektrischen Maschine 35 aus den Teilräumen 39 als Kühlmittelzulauf 54 zuzuführen, welches dann an den axialen Enden des Statorblechpakets 11 in die Statornuten 18 eintritt, ausgehend von den axialen Enden durch die Statornuten 18 nach axial innen in Richtung auf das Ölführungselement 13 strömt, um dann im Bereich des Ölführungselements 13 über die radialen Kühlmittelkanäle 20 nach radial außen in den Hohlraum 49 zwischen dem Gehäuse 36 und dem Kühlmittelführungselement zu strömen. In diesem mittleren Bereich des Statorblechpakets 11, in welchem das Kühlmittelführungselement 13 positioniert wird, erfolgt dann über das Gehäuse 36 ein zentraler Kühlmittelablauf 55 aus dem Gehäuse 36. In den Teilräumen 39 sind die Wickelköpfe angeordnet.
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Während also in 15 die radialen Kühlmittelführungskanäle 20 der zweiten Blechzuschnitte 15' der 12 und 13 von radial außen nach radial innen durchströmt sind, sind in 16 diese radialen Kühlmittelkanäle 20 von radial innen nach radial außen durchströmt. 15 und 16 unterscheiden sich demnach voneinander lediglich durch eine Umkehr der Strömungsrichtung des Kühlmittels durch die elektrische Maschine 35, nämlich den Stator bzw. das Statorblechpaket 11 derselben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017102141 A1 [0004]
- DE 102020106798 A1 [0004]
- EP 3157138 B1 [0004]
- EP 2076956 B1 [0004]
- DE 102011056007 A1 [0004]
