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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähnen und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckender Statornuten, wobei in den Statornuten elektrische Leiter einer Statorwicklung angeordnet sind, die wenigstens unter Ausbildung eines Wickelkopfes stirnseitig aus dem Statorkörper austreten und über ein elektrisches Kontaktierungselement bestrombar sind, wobei das Kontaktierungselement einen elektrisch isolierenden Grundkörper umfasst, an und/oder in dem elektrische Kontaktierungsleiter verlaufen, welche am Wickelkopf eine Verschaltung der elektrischen Leiter untereinander bewirken und/oder einen elektrischen Anschluss zu einer Bestromung bereitstellen, wobei der Statorkörper aus einer Mehrzahl von schichtweise angeordneten Statorblechen gebildet ist, und der Statorkörper eine Mehrzahl von Fluidkanälen aufweist, welche von einem Kühlfluid durchströmbar sind, und sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstrecken, wobei eine Mehrzahl der Fluidkanäle unter Ausbildung jeweils einer Öffnung an einer Stirnseite des Statorkörpers aus diesem austreten.
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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.
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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 Stirnraddifferential 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.
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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.
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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 notwendigen Kühlleistungen haben sich in den meisten Konzepten Hydraulikflüssigkeiten, wie Kühlöle, zum Abtransport von Wärme aus den thermisch beaufschlagten Bereichen einer elektrischen Maschine durchgesetzt.
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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.
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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).
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Zunehmend kommen, beispielsweise aus Gründen der Gewichtsersparnis, auch gehäuselose elektrische Maschinen zum Einsatz. Bei derartigen gehäuselosen elektrischen Maschinen hoher Leistungsklassen ist es in der Regel erforderlich, die Blechpakete aktiv zu kühlen. Hierzu werden meist Kühlkanalverläufe benötigt die eine Reihen- und/oder Parallelschaltung der Kühlkanäle im Blechpaket erfordern. Um das zu realisieren, werden an den Ein- und/oder Ausgängen der Kühlkanäle Bauteile platziert, die die Umlenkung des Kühlfluids in die entsprechenden Kühlkanäle steuern. Dabei ist es auch möglich das mehrere Bauteile für die Umlenkung erforderlich sind. Diese Bauteile haben die Gemeinsamkeit, das jeweils zusätzlich Konturen für die Umlenkung des Kühlfluids vorhanden sein müssen. Diese Konturen sind teilweise komplex und damit in der Regel teuer in der Herstellung. Ferner können derartige Bauteile zur Umlenkung des Kühlfluids in den Blechpaketen zu einem hohen Druckverlust in dem Kühlkreislauf führen, was regelmäßig unerwünscht ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Stator mit einer optimierten Kühlung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähnen und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckender Statornuten, wobei in den Statornuten elektrische Leiter einer Statorwicklung angeordnet sind, die wenigstens unter Ausbildung eines Wickelkopfes stirnseitig aus dem Statorkörper austreten und über ein elektrisches Kontaktierungselement bestrombar sind, wobei das Kontaktierungselement einen elektrisch isolierenden Grundkörper umfasst, an und/oder in dem elektrische Kontaktierungsleiter verlaufen, welche am Wickelkopf eine Verschaltung der elektrischen Leiter untereinander bewirken und/oder einen elektrischen Anschluss zu einer Bestromung bereitstellen, wobei der Statorkörper aus einer Mehrzahl von schichtweise angeordneten Statorblechen gebildet ist, und der Statorkörper eine Mehrzahl von Fluidkanälen aufweist, welche von einem Kühlfluid durchströmbar sind, und sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstrecken, wobei eine Mehrzahl der Fluidkanäle unter Ausbildung jeweils einer Öffnung an einer Stirnseite des Statorkörpers aus diesem austreten, wobei der Grundkörper wenigstens eine Öffnung aufweist, welche mit wenigstens einer der Öffnungen des Statorkörpers fluidisch verbunden ist, so dass Kühlfluid im Betrieb des Stators aus dem Statorkörper in den Grundkörper des Kontaktierungselements eintritt.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine verbesserte Kühlung des elektrische Kontaktierungselements und dessen elektrischen Leiters durch Anschluss an den Kühlkreislauf des Statorkörpers bereitgestellt werden kann. Die hierdurch verbesserte Kühlleistung kann zu einem optimierten Wirkungsgrad und geringeren thermischen Verlusten im Betrieb des Stators beitragen.
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Der erfindungsgemäße Stator hat des Weiteren den Vorteil, dass beim Aufbau des Stators die Anzahl an zu montierenden Bauteilen reduziert werden kann, was zu einer Gewichtsreduzierung und Reduktion der Bauteilkomplexität beitragen kann. Dies wird insbesondere durch die Integration der Fluidführung in das Kontaktierungselement begünstigt.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Stator ist zur Verwendung in einer elektrischen Maschine vorgesehen. Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel den 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. 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 der Elektromotor 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.
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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.
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In die Statornuten des erfindungsgemäßen Stators sind elektrische Leiter einer Statorwicklung eingelassen. Eine Statorwicklung umfasst wenigstens einen elektrisch leitfähigen Leiter, dessen Längenerstreckung wesentlich größer ist als sein Durchmesser. Der Leiter 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 ein Leiter aus Kupfer gebildet. Bevorzugt weist der Leiter eine Isolierung auf. Zur Isolierung der Leiter bzw. 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 oh-ne ein Glimmerpapier zu verwenden, um einen Leiter bzw. eine Statorwicklung zu isolieren.
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Der erfindungsgemäße Stator besitzt ferner einen Statorkörper. 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.
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Der Statorkörper ist bevorzugt aus einem oder mehreren Statorblechpaketen 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.
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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.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Mehrzahl, bevorzugt alle der elektrischen Leiter eine im Querschnitt im Wesentlichen rechteckige Kontur aufweisen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass auf in der Regel standardmäßig verfügbare elektrische Leiter zur Ausbildung der Statorwicklung zurückgegriffen werden kann, was hinsichtlich der Fertigungskosten des Stators besonders günstig ist.
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Das Kühlfluid hat in dem erfindungsgemäßen Stator die Funktion, Wärme möglichst effizient aus sich erwärmenden Bereichen des Stators abzuführen und ein unerwünschtes Überhitzen dieser Bereiche zu vermeiden. Neben dieser Hauptaufgabe kann das Kühlfluid insbesondere auch die Schmierung und den Korrosionsschutz für bewegliche Teile und die Metalloberflächen des Kühlsystems der elektrischen Maschine bereitstellen. Außerdem kann es insbesondere auch Verunreinigungen (beispielsweise durch Abrieb), Wasser und Luft abführen. Das Kühlfluid ist bevorzugt eine Flüssigkeit. Das Kühlfluid kann insbesondere ein Öl sein. Grundsätzlich ist es allerdings auch denkbar, wässrige Kühlfluide, beispielsweise auch Emulsionen wie Wasser-Glykol-Mischungen, zu verwenden.
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Die Fluidkanäle des Stators können an ein hydraulisches Kühlsystem mit einem hydraulischen Kühlkreislauf verbunden sein. Ein derartiges hydraulisches Kühlsystem dient der Abfuhr der innerhalb einer elektrischen Maschine durch elektrische Verluste erzeugten Wärme. Ein derartiges Kühlsystem kann Kühlkanäle innerhalb von Rotor (Rotorkühlkanal) und/oder Stator (Statorkühlkanal) aufweisen, durch die ein entsprechendes Kühlfluid zwecks Abtransports der Wärme geführt ist.
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Das Kühlfluid kann insbesondere bevorzugt mittels einer Pumpe durch den hydraulischen Kreislauf gefördert werden. Es ist grundsätzlich denkbar, dass eine Mehrzahl von hydraulischen Kreisläufen zur Kühlung der elektrischen Maschine bzw. des Stators ausgebildet ist. Hierbei ist es dann höchst bevorzugt, dass die Fluidkanäle des Stators an einem hydraulischen Kühlkreislauf oder an verschiedenen Kühlkreisläufen des Kühlsystems angeschlossen sind. Insbesondere durch den Anschluss an mehrere Kühlkreisläufe ist es möglich, eine genauere Kühlung bereitstellen zu können, da beispielsweise die Temperatur des Kühlfluids bei Eintritt in die Kühlkanäle des Stators, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids oder auch die Art des Kühlfluids (Öl, Emulsion) einstellbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fluidkanäle sich achsparallel zur Drehachse eines drehbar zum Stator gelagerten Rotors erstrecken, was sich hinsichtlich der Kühlleistung und des Druckverlusts als vorteilhaft erwiesen hat.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Öffnung des Grundkörpers an einer der Öffnungen des Statorkörpers, bevorzugt unter Zwischenanordnung eines Dichtelements, anliegt.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine besonders kostengünstige fluidische Verbindung zwischen dem Statorkörper und dem Grundkörper ausgebildet werden kann.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Öffnung des Grundkörpers des Kontaktierungselements zwei Öffnungen des Statorkörpers fluidisch miteinander verbindet, so dass Kühlfluid im Betrieb des Stators aus einer ersten Öffnung des Statorkörpers austritt, um nachfolgend über die Öffnung des Grundkörpers in eine zweite Öffnung einzutreten. Es kann hierdurch erreicht werden, dass das Kühlfluid gemäß einem durch in dem Grundkörper ausgebildeten hydraulischen Pfad durch die Fluidkanäle des Statorkörpers geführt werden kann. Hierbei sind grundsätzlich beliebige fluidische Verschaltungen und Fluidführungen denkbar, wobei sich eine Mäanderform als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Kühlwirkung und des Druckverlusts erwiesen hat.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Öffnung des Grundkörpers des Kontaktierungselements zwei in Umfangsrichtung benachbarte Öffnungen des Statorkörpers fluidisch miteinander verbindet. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass hierdurch der Druckverlust in dem fluidischen Kühlkreislauf des Stators weiter reduziert werden kann.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Öffnung des Grundkörpers des Kontaktierungselements als eine Tasche ausgeführt ist, was ebenfalls eine vorteilhafte Wirkung auf den Druckverlust in dem fluidischen Kühlkreislauf des Stators hat.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die wenigstens eine Öffnung mit einem durch den Grundkörper des Kontaktierungselements verlaufenden Kühlkanal verbunden ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Kühlwirkung innerhalb des Kontaktierungselements weiter optimiert werden kann, beispielsweise dadurch, dass ein Kühlkanal an die Bereiche einer besonders hohen thermischen Belastung in dem Kontaktierungselement herangeführt wird. Hierzu kann ein Kühlkanal eine entsprechende Form und einen entsprechenden Verlauf durch das Kontaktierungselement aufweisen. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, dass das Kontaktierungselement eine Mehrzahl an Kühlkanälen aufweist. Auch können die Kühlkanäle mit einem oder mehreren der Öffnungen des Grundkörpers des Kontaktierungselements fluidisch verbunden sein.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es daher auch vorgesehen sein, dass der Grundkörper des Kontaktierungselements eine Mehrzahl an Öffnungen aufweist, wobei jede der Öffnungen des Grundkörpers mit jeweils wenigstens einer ihr zugeordneten Öffnung des Statorkörpers fluidisch verbunden ist, wodurch sich die Kühlwirkung innerhalb des Kontaktierungselements weiter verbessern lässt.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Mehrzahl an Öffnungen des Grundkörpers mit den Öffnungen des Statorkörpers fluidisch so verbunden sind, dass ein mäandernder Fluidpfad für das Kühlfluid definiert ist, was sich hinsichtlich des Druckverlustes und der Kühlwirkung als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das Kühlfluid eine Flüssigkeit, insbesondere ein Öl ist. Grundsätzlich ist es allerdings auch denkbar, wässrige Kühlfluide, beispielsweise auch Emulsionen, zu verwenden. Auch wäre es denkbar, dass das Kühlfluid gasförmig ausgeführt ist.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass der Grundkörper des Kontaktierungselements aus einem Kunststoff geformt ist, was aus fertigungstechnischen Erwägungen sowie hinsichtlich einer gewichtsoptimierten Ausführung zu bevorzugen ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 einen Stator in einer Querschnittsansicht,
- 2 einen Stator in einer Explosionsdarstellung,
- 3 einen Stator mit einem elektrischen Kontaktierungselement in einer perspektivischen Ansicht,
- 4 einen Stator mit einem elektrischen Kontaktierungselement und freigestelltem Wickelkopf in einer perspektivischen Ansicht,
- 5 eine erste Ausführungsform eines Kontaktierungselements in einer perspektivischen Ansicht,
- 6 eine zweite Ausführungsform eines Kontaktierungselements in drei verschiedenen Ansichten,
- 7 eine transparente Darstellung der zweiten Ausführungsform des Kontaktierungselements
- 8 eine dritte Ausführungsform eines Kontaktierungselements in einer perspektivischen und einer transparenten Darstellung
- 9 einen Statorkörper mit freigestellten Fluidkanälen und der dritten Ausführungsform eines Kontaktierungselements in einer Seitenansicht,
- 10 einen Statorkörper mit freigestellten Fluidkanälen und der dritten Ausführungsform eines Kontaktierungselements in einer Detailansicht.
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Die 1 zeigt einen Stator 1 für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper 2 mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähnen 3 und zwischen den Statorzähnen 3 gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper 2 erstreckender Statornuten 4. In den Statornuten 4 sind elektrische Leiter 5 einer Statorwicklung 6 angeordnet, die wenigstens unter Ausbildung eines Wickelkopfes 7 stirnseitig aus dem Statorkörper 2 austreten und über ein elektrisches Kontaktierungselement 8 bestrombar sind, was sich gut aus der Zusammenschau von 1 mit 4 nachvollziehen lässt. 2 zeigt den aus der 1 bekannten Stator 1 in einer Explosionsdarstellung mit nicht näher bezeichneten stirnseitigen Lagerschilden.
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Auch wenn in den 1-2 lediglich vier Öffnungen 15 der Fluidkanäle 12 in einem Kreisbogenabschnitt gezeigt sind, versteht es sich, dass sich auch eine Mehrzahl an Öffnungen 15 und Fluidkanäle 12 über den gesamten Umfang des Statorkörpers 2 kreisringartig erstrecken kann.
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Der Statorkörper 2 ist aus einer Mehrzahl von schichtweise angeordneten Statorblechen 11 gebildet und weist eine Mehrzahl von Fluidkanälen 12 aufweist, welche von einem Kühlfluid 13 durchströmbar sind, und sich in axialer Richtung durch den Statorkörper 2 erstrecken, wobei eine Mehrzahl der Fluidkanäle 12 unter Ausbildung jeweils einer Öffnung 15 an einer Stirnseite 16 des Statorkörpers 2 aus diesem austreten. Dies wird auch noch einmal deutlich durch die Zusammenschau der 1 mit der 9.
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Ein Kontaktierungselement 8, wie es im verbauten Zustand an dem Stator 1 in den 3-4 gezeigt ist, besitzt einen elektrisch isolierenden Grundkörper 9, an und/oder in dem elektrische Kontaktierungsleiter 10 verlaufen, welche am Wickelkopf 7 eine Verschaltung der elektrischen Leiter 5 untereinander bewirken und/oder einen elektrischen Anschluss 17 zu einer Bestromung bereitstellen.
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Der Grundkörper 9 weist wenigstens eine Öffnung 18 auf, welche mit wenigstens einer der Öffnungen 15 des Statorkörpers 2 fluidisch verbunden ist, so dass Kühlfluid 13 im Betrieb des Stators 1 aus dem Statorkörper 2 in den Grundkörper 9 des Kontaktierungselements 8 eintritt, so wie es beispielsweise aus der 9 hervorgeht. Der Grundkörper 9 des Kontaktierungselements 8 ist aus einem Kunststoff geformt.
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Die 4 zeigt eine Ausführungsform des Stators 1 in einer elektrischen Maschine mit einer als Wellenwicklung ausgebildeten Statorwicklung 6 und ein als Hochvolt-Anschluss ausgeführtes Kontaktierungselement 8. Hierbei erfolgt eine Verteilung und Lenkung des Kühlfluids 13 innerhalb des Statorkörpers 2. Diese Führung des Kühlfluids 13 durch den Statorkörper 2 wird gemeinsam mit dem als Hochvolt-Terminal ausgeführten Kontaktierungselement 8 ausgeführt, was nachfolgend noch näher erläutert wird.
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Zur Führung und Umlenkung des Kühlfluids 13 in dem Statorkörper 2 besitzt das Kontaktierungselement 8 einen speziell geformten Grundkörper 9 aus Kunststoff. Dieses Kunststoffgehäuse des Hochvolt-Terminals enthält mehrere als Kupferschienen ausgeführte elektrische Kontaktierungsleiter 10 die durch den Grundkörper 9 hindurch verlaufen. Ferner besitzt der Grundkörper 9 mit den Öffnungen 18 eine Geometrie zur Umlenkung des Kühlfluids 13. Man erkennt insbesondere aus den 9-10 gut, wie durch diesen als Kunststoffgehäuse ausgeführten Grundkörper 9 eine Umlenkung des Kühlfluids 13 ermöglicht wird. Dabei wird der Grundkörper 9 dichtend gegenüber den Öffnungen 15 des Statorkörpers 2 stirnseitig auf des Statorkörper 2 aufgesetzt und mit einer zur Dichtung erforderlichen Anpresskraft beaufschlagt.
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An dem Statorkörpers 1 ist abseits des Kontaktierungselements 8 eine Verteilung bzw. Umlenkung des Kühlfluids 13 durch einen aus der 4 ersichtlichen Dichtring 20 aus Aluminium realisiert, so dass in diesen Abschnitten des Statorkörpers 2 eine mäanderartige Führung des Kühlfluids 13 durch den Statorkörper 2 ausgebildet ist. Die notwendige Führung des Kühlfluids 13 durch den Statorkörper 2 zur Fortführung der mäanderartigen Führung des Kühlfluids 13 durch den Statorkörper im Bereich des Kontaktierungselements 8 wird durch Öffnungen 18 des Grundkörpers 9 des Kontaktierungselements 8 bereitgestellt. Diese Öffnungen 18 bieten neben der verbesserten Kühlung des Kontaktierungselements 8 den Vorteil, dass die Masse des Kontaktierungselements 8 und des Stators 1 reduziert werden kann. Der Dichtring 20 ist im Bereich des Kontaktierungselements 8 unterbrochen und besitzt hierdurch eine kreisringsegmentartige Form. Zwischen dem Kontaktierungselement 8 und dem Statorkörper 2 erstreckt sich der Dichtring 20 somit nicht. Die Umlenkung und Führung des Kühlfluids 13 erfolgt direkt in dem als HV-Terminal ausgebildeten Kontaktierungselement 8. Der Vorteil dieser Ausführung besteht u.a. darin, dass das Gewicht des Stators 1 durch die Substitution eines metallischen mit einem Kunststoffbauteil reduziert werden kann.
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8 zeigt eine Ausführungsform des Kontaktierungselements 8 als einen HV-Terminal mit drei als Busbarsanschlüssen zur Leistungselektronik ausgeführten Kontaktierungsleitern 10. Diese sind unter Ausbildung des Grundkörpers 9 von einem Kunststoff umspritzt, um notwendige Luft- und Kriechstrecken sicherzustellen. Eine neutrale Sternschiene ermöglicht dann die gesamte elektrische Verschaltung der elektrischen Maschine. Das aus der 8 bekannte Kontaktierungselement 8 besitzt eine kreisringsegmentartige Raumform und an der dem Statorkörper 2 zugewandten stirnseitigen Ende eine Mehrzahl von als Taschen ausgeformte Öffnungen 18, mittels derer das Kühlfluid 13, wie oben bereits beschreiben, mäanderförmig durch den Statorkörper 2 geführt werden kann.
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Die zeigen eine weitere mögliche Ausführungsform des Kontaktierungselements 8 als HV-Connection. Im Inneren des Grundkörpers 9 der HV-Connection sind drei als Stromschienen ausgeführte Kontaktierungsleiter 10 integriert und bilden mit den eingepressten Muttern einen Anschluss 17 zur Anbindung einer Leistungselektronik. Auch das als HV-Connection ausgebildete Kontaktierungselement 8 besitzt auf der dem Statorkörper 2 zugewandten stirnseitigen Ende als Taschen ausgeführte Öffnungen 18 auf, welche das Kühlfluid 13 dann in einer mäandernden Bahn durch den Statorkörper 2 lenken.
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Hierzu liegen die Öffnungen 18 des Grundkörpers 9 an den Öffnungen 15 des Statorkörpers 2 unter Zwischenanordnung eines Dichtelements 19 an. Der 9 ist gut entnehmbar, dass jeweils eine Öffnung 18 des Grundkörpers 9 des Kontaktierungselements 8 zwei Öffnungen 15a, 15b des Statorkörpers 2 fluidisch miteinander verbindet, so dass Kühlfluid 13 im Betrieb des Stators 1 aus einer ersten Öffnung 15a des Statorkörpers 2 austritt, um nachfolgend über die Öffnung 18 des Grundkörpers 9 in eine zweite Öffnung 15b einzutreten. Dies ist beispielsweise in der 10 gezeigt. Hierbei verbindet eine Öffnung 18 des Grundkörpers 9 des Kontaktierungselements 8 zwei in Umfangsrichtung benachbarte Öffnungen 15a,15b des Statorkörpers 2 fluidisch miteinander. Die Öffnungen 18 des Grundkörpers 9 des Kontaktierungselements 8 ist hierbei als eine Tasche ausgeführt.
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In der 9 sitzt das als HV-Terminal konfigurierte Kontaktierungselement 8 direkt auf einem Dichtelement 19 auf und presst so nochmals die Dichtelement 19 an die Stirnseite des Statorkörpers 2.
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Was den 5-10 auch entnommen werden kann ist, dass der Grundkörper 9 des Kontaktierungselements 8 eine Mehrzahl an Öffnungen 18a, 18b, 18c aufweist, wobei jede der Öffnungen 18a,18b,18c des Grundkörpers 9 mit jeweils wenigstens einer ihr zugeordneten Öffnung 15 des Statorkörpers 2 fluidisch verbunden ist. Wie in den 9-10 gezeigt, sind die Öffnungen 18a,18b,18c des Grundkörpers 9 mit den Öffnungen 15 des Statorkörpers 2 fluidisch so verbunden sind, dass ein mäandernder Fluidpfad für das Kühlfluid 13 definiert ist.
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Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass eine oder mehrere der Öffnungen 18 mit einem durch den Grundkörper 9 des Kontaktierungselements 8 verlaufenden Kühlkanal verbunden ist, was in den Figuren jedoch nicht gezeigt ist.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Statorkörper
- 3
- Statorzähnen
- 4
- Statornuten
- 5
- Leiter
- 6
- Statorwicklung
- 7
- Wickelkopf
- 8
- Kontaktierungselement
- 9
- Grundkörper
- 10
- Kontaktierungsleiter
- 11
- Statorbleche
- 12
- Fluidkanäle
- 13
- Kühlfluid
- 15
- Öffnung
- 16
- Stirnseite
- 17
- Anschluss
- 18
- Öffnung
- 19
- Dichtelement
- 20
- Dichtring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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