DE112011103347T5

DE112011103347T5 - Internes Kühlen einer Statorbaugruppe in einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE112011103347T5
Application number: DE112011103347T
Authority: DE
Inventors: Michael D. Bradfield
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2010-10-04
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2013-07-18
Also published as: US8629585B2; WO2012047491A2; US20120080982A1; CN103155382A; KR20130141510A; CN103155382B; US8508085B2; WO2012047491A3; US20130264897A1

Abstract

Ausführungsformen der Erfindung stellen ein elektrisches Maschinenmodul bereit, das eine elektrische Maschine und eine Statorbaugruppe umfasst. Die Statorbaugruppe umfasst mehrere Statorbleche, die miteinander verbunden sind, und mehrere Leiter, die durch axiale Schlitze der mehreren Statorbleche positioniert sind. Das elektrische Maschinenmodul umfasst ebenso einen Kühlmittelkanal, der wenigstens teilweise innerhalb der axialen Schlitze definiert ist, und ein Gehäuse. Das Gehäuse umgibt die elektrische Maschine wenigstens teilweise und definiert wenigstens teilweise einen Maschinenhohlraum, der in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelkanal steht.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese internationale Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 12/897,667, eingereicht am 4. Oktober 2012, deren Inhalt hierin vollumfänglich aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Elektrische Maschinen, die häufig in einem Gehäuse enthalten sind, bestehen allgemein aus einer Statorbaugruppe und einem Rotor. Während des Betriebs der elektrischen Maschinen kann eine erhebliche Menge an Wärmeenergie sowohl durch die Statorbaugruppe als auch den Rotor sowie durch andere Komponenten der elektrischen Maschine erzeugt werden. Herkömmliche Kühlverfahren umfassen das Entfernen der erzeugten Wärmenergie durch erzwungene Konvektion auf einen Mantel, der mit einem Kühlmittel gefüllt ist. Der Kühlmittelmantel ist häufig innerhalb oder außerhalb der Wände des Gehäuses enthalten.
KURZFASSUNG
Einige Ausführungsformen stellen ein elektrisches Maschinenmodul bereit, das eine elektrische Maschine mit einer Statorbaugruppe umfasst. Die Statorbaugruppe umfasst mehrere Statorbleche, die miteinander verbunden sind, und mehrere Leiter, die durch axiale Schlitze der mehreren Statorbleche positioniert sind. Das elektrische Maschinenmodul umfasst ebenso einen Kühlmittelkanal, der wenigstens teilweise innerhalb der axialen Schlitze definiert ist, und ein Gehäuse. Das Gehäuse umgibt die elektrische Maschine wenigstens teilweise und definiert wenigstens teilweise einen Maschinenhohlraum, der in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelkanal steht.
Einige Ausführungsformen stellen ein elektrisches Maschinenmodul bereit, das eine elektrische Maschine mit einer Statorbaugruppe umfasst. Die Statorbaugruppe umfasst mehrere Statorbleche, die miteinander verbunden sind, und mehrere Leiter, die durch axiale Schlitze der mehreren Statorbleche positioniert sind. Die mehreren Statorbleche umfassen wenigstens eine erste Reihe Statorbleche und eine zweite Reihe Statorbleche, die benachbart zu der ersten Reihe der Statorbleche positioniert ist. Die elektrische Maschine umfasst ebenso einen Kühlmittelkanal, der wenigstens teilweise innerhalb der axialen Schlitze der mehreren Statorbleche definiert ist. Die zweite Reihe der Statorbleche umfasst jeweils eine zusätzliche Nut, die sich radial nach außen von den axialen Schlitzen und in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelkanal erstreckt. Die erste Reihe der Statorbleche umfasst jeweils eine Außennut, die getrennt und radial nach außen von den axialen Schlitzen und in Fluidverbindung mit den zusätzlichen Nuten ist. Das elektrische Maschinenmodul umfasst ferner einen Kühlmittelmantel, der die elektrische Maschine wenigstens teilweise umgibt und in Fluidverbindung mit der Außennut der ersten Reihe der Statorbleche steht.
Einige Ausführungsformen stellen ein Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Maschinenmoduls bereit. Das Verfahren kann das Bereitstellen einer elektrischen Maschine umfassen, die eine Statorbaugruppe umfasst. Die Statorbaugruppe umfasst mehrere Statorbleche mit axialen Schlitzen und einen Kühlmittelkanal, der über die axialen Schlitze definiert ist. Das Verfahren umfasst ebenso das Bereitstellen eines Gehäuses, das die elektrische Maschine wenigstens teilweise umgibt. Das Gehäuse umfasst einen Kühlmittelmantel und in Hülsenelement, das den Kühlmittelmantel wenigstens teilweise von der elektrischen Maschine trennt. Das Hülsenelement umfasst einen Kühlmitteldurchgang in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelmantel und den mehreren Statorblechen. Das Verfahren umfasst ferner das Positionieren der mehreren Statorbleche derart, dass sich der Kühlmitteldurchgang in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelkanal befindet, Einführen eines Kühlmittels in den Kühlmittelmantel und Umwälzen des Kühlmittels von dem Kühlmittelmantel durch den Kühlmittelkanal und durch den Kühlmitteldurchgang, um die elektrische Maschine zu kühlen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Maschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine teilweise Vorderquerschnittsansicht eines elektrischen Maschinenmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
3A ist eine teilweise Seitenquerschnittsansicht eines Statorblechs, das einen ersten Blechaufbau gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst.
3B ist eine teilweise Seitenquerschnittsansicht eines Statorblechs, das einen zweiten Blechaufbau gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst.
3C ist eine teilweise Seitenquerschnittsansicht eines Statorblechs, das einen dritten Blechaufbau gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst.
3D ist eine teilweise Vorderquerschnittsansicht mehrerer Statorbleche, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zusammengestapelt sind.
4 ist eine teilweise Seitenquerschnittsansicht einer Statorbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Schlitzauskleidung zur Verwendung mit der Statorbaugruppe der 4.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bevor irgendeine Ausführungsform der Erfindung im Detail erläutert wird, ist zu verstehen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung von Komponenten beschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den folgenden Zeichnungen veranschaulicht werden. Die Erfindung kann andere Ausführungsformen umfassen und auf verschiedene Weisen praktiziert oder ausgeführt werden. Es ist ebenso zu verstehen, dass die hierin verwendete Ausdrucksweise und Terminologie dem Zweck der Beschreibung dient und nicht als beschränkend zu betrachten ist. Die Verwendung von „umfassen”, „aufweisen” oder „haben” und Variationen hiervon hierin bedeutet, dass die danach aufgeführten Elemente und Äquivalente sowie zusätzliche Elemente umfasst sind. Sofern nicht spezifiziert oder anderweitig beschränkt, werden die Begriffe „befestigt”, „verbunden”, „gelagert” und „gekoppelt” und Variationen hiervon breit verwendet und umfassen sowohl direkte als auch indirekte Befestigungen, Verbindungen, Lagerungen und Kopplungen. Ferner sind „verbunden” und „gekoppelt” nicht auf physikalische oder mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt.
Die folgende Erörterung wird dargelegt, um einem Fachmann zu ermöglichen, Ausführungsformen der Erfindung herzustellen und zu verwenden. Verschiedene Modifizierungen an den dargestellten Ausführungsformen sind dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich und die allgemeinen Prinzipien hierin können auf andere Ausführungsformen und Anwendungen angewendet werden, ohne von den Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen. Folglich ist es nicht beabsichtigt, dass die Ausführungsformen der Erfindung auf dargestellte Ausführungsformen beschränkt sind, sondern es ist ihnen der breiteste Umfang zukommen zu lassen, der in Einklang mit den hierin offenbarten Prinzipien und Merkmalen steht. Die folgende ausführliche Beschreibung ist mit Bezug auf die Figuren zu lesen, in denen gleiche Elemente in unterschiedlichen Figuren gleiche Bezugsziffern aufweisen. Die Figuren, die nicht notwendigerweise maßstäblich sind, veranschaulichen ausgewählte Ausführungsformen und sind nicht beabsichtigt, den Umfang der Ausführungsformen der Erfindung zu beschränken. Fachleute werden erkennen, dass die hierin bereitgestellten Beispiele viele nützliche Alternativen haben und innerhalb des Umfangs der Ausführungsformen der Erfindung fallen.
1 stellt ein elektrisches Maschinenmodul 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Das elektrische Maschinenmodul 10 kann ein Gehäuse 12 umfassen, das ein Hülsenelement 14, eine erste Endkappe 16 und eine zweite Endkappe 17 aufweist. Eine elektrische Maschine 18 kann innerhalb eines Maschinenhohlraums 20 aufgenommen sein, der wenigstens teilweise durch das Hülsenelement 14 und die Endkappen 16, 17 definiert ist. Das Gehäuse 12 kann die elektrische Maschine 18 wenigstens teilweise umgeben. Zum Beispiel können das Hülsenelement 14 und die Endkappen 16, 17 mittels Befestigungsmitteln (nicht dargestellt) oder einer anderen geeigneten Verbindungsart verbunden werden, um die elektrische Maschine 18 innerhalb des Maschinenhohlraums 20 zu umgeben. In anderen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 einen im Wesentlichen geschlossenen, im Wesentlichen zylinderförmigen Behälter und eine einzige Endkappe aufweisen (nicht dargestellt).
Die elektrische Maschine 18 kann einen Rotor 22, eine Statorbaugruppe 24, die mehrere Statorbleche 26 aufweist, mehrere Leiter 28 durch axiale Schlitze 30, die durch die Statorbleche 26 gebildet sind, und Leiterwickelköpfe 32 umfassen. Die elektrische Maschine 18 kann ebenso Lager 34 umfassen und kann um eine Hauptabtriebswelle 36 angeordnet sein. Wie in 1 dargestellt ist, kann die Statorbaugruppe 24 den Rotor 22 umgeben und ein radialer Luftspalt 38 kann zwischen dem drehenden Rotor 22 und der stationären Statorbaugruppe 24 vorhanden sein. In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 18 ebenso eine Rotornabe 40 umfassen oder einen „nabenlosen” Aufbau aufweisen (nicht dargestellt). Die elektrische Maschine 18 kann ohne Einschränkung ein Elektromotor sein, wie zum Beispiel ein Hybridelektromotor, ein elektrischer Generator oder eine Fahrzeuglichtmaschine. In einer Ausführungsform kann die elektrische Maschine 18 ein elektrischer HVH-Motor (High Voltage Hairpin) für die Verwendung in einem Hybridfahrzeug sein.
Komponenten der elektrischen Maschine 18, wie zum Beispiel, jedoch nicht darauf beschränkt, die Leiter 28, können während des Betriebs der elektrischen Maschine 18 Wärme erzeugen. Diese Komponenten können gekühlt werden, um die Leistung der elektrischen Maschine 18 zu verbessern und ihre Lebensdauer zu vergrößern.
In einigen Ausführungsformen, wie in 1 dargestellt, kann das Hülsenelement 14 (oder der im Wesentlichen geschlossene, im Wesentlichen zylinderförmige Behälter einiger Ausführungsformen) einen internen Kühlmittelmantel 42 umfassen. In anderen Ausführungsformen, wie in 2 dargestellt, kann der Kühlmittelmantel 42 durch einen Außendurchmesser des Hülsenelements 14 und einen Innendurchmesser eines Außengehäuses 44, wie zum Beispiel ein Getriebegehäuse, definiert sein. Der Kühlmittelmantel 42 kann die Statorbaugruppe 24 im Wesentlichen umgeben oder wenigstens teilweise umgeben und kann ein Kühlmittel (z. B. Ethylenglykol, eine Wasser/Ethylenglykol-Mischung, Öl, Getriebefluid oder eine ähnliche Substanz) enthalten. Der Kühlmittelmantel 42 kann mit einer Fluidquelle (nicht dargestellt) in Fluidverbindung stehen, die das Kühlmittel vor oder während des Abströmens in den Kühlmittelmantel 42 unter Druck setzen kann, so dass das unter Druck gesetzte Kühlmittel durch den Kühlmittelmantel 42 zirkulieren kann. Wärmeenergie, die durch die elektrische Maschine 12 erzeugt wird, kann auf das Kühlmittel übertragen werden, während es durch den Kühlmittelmantel 42 zirkuliert, womit die elektrische Maschine 12 gekühlt wird. Nach dem Zirkulieren durch den Kühlmittelmantel 42 kann das Kühlmittel zu einem Wärmeübertragungselement (z. B. einem Radiator, einem Wärmetauscher usw.) geleitet werden, das die Wärmeenergie von dem Kühlmittel entfernen kann.
In einigen Ausführungsformen kann das Hülsenelement 14 (oder der im Wesentlichen geschlossene, im Wesentlichen zylinderförmige Behälter einiger Ausführungsformen) einen oder mehrere Kühlmitteldurchgänge 46 zwischen dem Kühlmittelmantel 42 und dem Maschinenhohlraum 20 umfassen. Die Kühlmitteldurchgänge 46 können derart positioniert sein, dass ein Teil des durch den Kühlmittelmantel 42 strömenden Kühlmittels durch die Kühlmitteldurchgänge 46 in Richtung der Statorbaugruppe 24 strömen kann. Zum Beispiel können in einer Ausführungsform die Kühlmitteldurchgänge 46 durch eine Innenwand 48 des Hülsenelements 14 unmittelbar benachbart zu der Statorbaugruppe 24 positioniert sein, wie in 1 dargestellt ist. In einigen Ausführungsformen können die Kühlmitteldurchgänge 46 radial um wenigstens einen Teil des elektrischen Maschinenmoduls 10 positioniert sein.
Die mehreren Statorbleche 26 können relativ zueinander positioniert sein um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel, das durch die Kühlmitteldurchgänge 46 strömt, die axialen Schlitze 30 erreicht. Zum Beispiel können die mehreren Statorbleche 26 in einer Ausführungsform drei unterschiedliche Blechaufbauten umfassen, wie in den 3A–3D dargestellt ist. Alle drei Blechaufbauten können die axialen Schlitze 30 an im Wesentlichen derselben radialen Stelle derart umfassen, dass, wenn die Statorbleche 26 gestapelt sind, axiale Kühlmittelkanäle 54, wie nachstehend beschrieben wird, durch den Stapel der Statorbleche 26 gebildet werden können, was ein Strömen des Kühlmittels durch die Statorbaugruppe 24 ermöglicht.
Ein oder mehrere der Statorbleche 26, die im Wesentlichen unmittelbar radial nach innen von den Kühlmitteldurchgängen 44 angeordnet sind, können einen ersten Blechaufbau aufweisen. Wie in den 3A und 3D dargestellt ist, können die Statorbleche 26 mit dem ersten Blechaufbau jeweils die axialen Schlitze 30 sowie eine Außennut 50 radial nach außen von jedem axialen Schlitz 30 umfassen. Die Außennuten 50 können von den axialen Schlitzen 30 getrennt sein und in Fluidverbindung mit den Kühlmitteldurchgängen 46 stehen, um das Kühlmittel aufzunehmen.
Ein oder mehrere der Statorbleche 26, die unmittelbar benachbart zu den Statorblechen 26 mit dem ersten Blechaufbau sind, können einen zweiten Blechaufbau aufweisen. Wie in den 3B und 3D dargestellt ist, können die Statorbleche 26 mit dem zweiten Blechaufbau jeweils einen axialen Schlitz 30 sowie eine zusätzliche Nut 52 umfassen, die von dem axialen Schlitz 30 radial nach außen vorsteht. Die zusätzlichen Nuten 52 können in Fluidverbindung mit den Außennuten 50 stehen, wenn die Statorbleche 26 zusammengestapelt sind, so dass das durch die Außennuten 46 aufgenommene Kühlmittel durch die zusätzlichen Nuten 52 zu den axialen Schlitzen 30 strömen kann.
Wie in den 3C und 3D dargestellt ist, können die Statorbleche 26 mit dem dritten Blechaufbau jeweils einen axialen Schlitz 30 umfassen und können axial nach außen von den Statorblechen 26 mit dem zweiten Blechaufbau positioniert werden (d. h. die Statorbleche 26 mit dem dritten Blechaufbau können lediglich unmittelbar an die Statorbleche 26 mit dem zweiten Blechaufbau angrenzen, während die Statorbleche 26 mit dem zweiten Blechaufbau unmittelbar an die Statorbleche 26 mit dem dritten Blechaufbau sowie an die Statorbleche 26 mit dem ersten Blechaufbau angrenzen können). Wie vorstehend beschrieben, können alle drei Blechaufbauten die axialen Schlitze 30 an im Wesentlichen derselben radialen Stelle umfassen, so dass, sobald das Kühlmittel die axialen Schlitze 30 der Statorbleche 26 des zweiten Blechaufbaus erreicht, das Kühlmittel durch die axialen Schlitze 30 benachbarter Statorbleche 26 des ersten, des zweiten und/oder des dritten Blechaufbaus strömen kann. Unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Aufbaus kann der Blechstapel als ein massiver Stapel zusammengefügt werden, während noch ein Weg für das Kühlmittel zum Strömen von dem Kühlmittelmantel 42 in Richtung eines Kerns der Statorbaugruppe 24 bereitgestellt wird.
In einigen Ausführungsformen können die axialen Schlitze 30 der Statorbleche 26 (d. h. des ersten, zweiten und/oder dritten Blechaufbaus) größer sein als axiale Schlitze herkömmlicher Statorbaugruppen. Die Statorbleche 26 können einen Kühlmittelkanal 54 definieren. Genauer kann jeder der axialen Schlitze 30 groß genug sein, um Raum für die mehreren Leiter 30 sowie den Kühlmittelkanal 54 bereitzustellen, wie in den 2 und 4 dargestellt ist. Ebenso kann in einigen Ausführungsformen, wie in 4 dargestellt ist, jeder der axialen Schlitze 30 einen gekrümmten inneren Endabschnitt 56 aufweisen.
Schlitzauskleidungen 58 können über die axiale Länge der Statorbaugruppe 24 durch jeden der axialen Schlitze 30 positioniert sein und die mehreren Leiter 28 können durch die Schlitzauskleidungen 58 positioniert sein. In einigen Ausführungsformen können die Schlitzauskleidungen 58 nach oben im Wesentlichen gegen die gekrümmten inneren Endabschnitte 56 der axialen Schlitze 30 gebogen sein. Folglich können die Kühlmittelkanäle 54 zwischen einer Innenfläche der Schlitzauskleidung 58 und einer Außenfläche des radial äußersten Leiters 28 definiert sein, wie in 4 dargestellt ist.
In einigen Ausführungsformen kann ein Bereich der Schlitzauskleidung 58, der benachbart zu den Statorblechen 26 mit dem zweiten Blechaufbau positioniert ist, eine Schlitzöffnung 60 umfassen, wie in 5 dargestellt ist. Die Schlitzöffnung 60 kann sich in Fluidverbindung mit dem Kühlmitteldurchgang 46 und dem Kühlmittelkanal 54 befinden. Ferner kann die Schlitzöffnung 60 ermöglichen, dass Kühlmittel von der zusätzlichen Nut 52 durch die Schlitzöffnung 60 in den axialen Schlitz 30 strömt. Genauer kann das Kühlmittel von dem Kühlmittelmantel 42 durch den Kühlmitteldurchgang 46 strömen, der den Kühlmittelmantel 42 wenigstens teilweise mit dem Kühlmittelkanal 54 fluidleitend verbinden kann. Das Kühlmittel kann dann durch die Außennut 50, durch die zusätzliche Nut 52, durch die Schlitzöffnung 60 und in den Kühlmittelkanal 54 innerhalb der axialen Schlitze 30 strömen. In anderen Ausführungsformen kann die Schlitzöffnung 54 an anderen Bereichen entlang der axialen Länge der Schlitzauskleidung 52 angeordnet sein um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel die Kühlmittelkanäle 54 von den zusätzlichen Nuten 52 erreicht. Zusätzlich können in anderen Ausführungsformen die Kühlmittelkanäle 54 zwischen einer Fläche des gekrümmten inneren Endabschnitts 56 und einer Außenfläche der Schlitzauskleidung 58 definiert sein oder teilweise zwischen der Fläche des gekrümmten inneren Endabschnitts 56 und der Außenfläche der Schlitzauskleidung 58 und teilweise zwischen der Innenfläche der Schlitzauskleidung 58 und der Außenfläche des radial äußersten Leiters 28.
Durch das Bereitstellen des Kühlmittels durch den Kühlmittelkanal 54 kann das Kühlmittel helfen, die mehreren Leiter 28 unmittelbar im Wesentlichen über eine gesamte axiale Länge der Statorbaugruppe 24 zu kühlen. Genauer kann das Kühlmittel den radial äußersten Leiter 28 durch die axialen Schlitze 30 erreichen um zu helfen, die mehreren Leiter 28 zu kühlen. Der Kühlmittelkanalaufbau kann helfen, die mehrfachen thermischen Widerstände zwischen den Wärme erzeugenden Leitern 28 und dem Kühlmittel in herkömmlichen Motormodulen zu beseitigen (d. h. in denen Wärme durch mehrere Medien geleitet werden muss, um den Kühlmittelmantel 42 zu erreichen). Der Kühlmittelkanalaufbau kann ebenfalls helfen, heiße Stellen zu minimieren, die in elektrischen Maschinen erzeugt werden, die herkömmliche Kühlsysteme verwenden. Ferner kann der Kühlmittelkanal 54 in Fluidverbindung mit dem Maschinenhohlraum 20 stehen.
Genauer kann, sobald das Kühlmittel die axialen Enden der Statorbaugruppe 24 erreicht, das Kühlmittel aus dem Kühlmittelkanal 54 und in den Maschinenhohlraum 20 strömen. In einigen Ausführungsformen kann das Kühlmittel aus dem Kühlmittelkanal 54 strömen und auf die Wickelköpfe 32 geleitet werden (z. B. durch Zentrifugalkraft und/oder ein zusätzliches Führungselement).
In einigen Ausführungsformen können die Statorbleche 26 des ersten Blechaufbaus und die Statorbleche 26 des zweiten Blechaufbaus eine Außennut 50 beziehungsweise eine zusätzliche Nut 52 für jeden axialen Schlitz 30 umfassen, um Kühlmittel durch jeden axialen Schlitz 30 bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen können die Statorbleche 26 mit dem ersten Blechaufbau und dem zweiten Blechaufbau eine Außennut 50 beziehungsweise eine zusätzliche Nut 52 für alternierende axiale Schlitze 30 umfassen, um Kühlmittel durch lediglich einige axiale Schlitze 30 bereitzustellen.
In anderen Ausführungsformen können die Statorbleche andere Blechaufbauten aufweisen, um eine Fluidverbindung zwischen den Kühlmitteldurchgängen 46 und den Kühlmittelkanälen 54 bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen können die Statorleiter 28 bondbare Leitungen aufweisen, die mit einem Klebstoff beschichtet sind. Sobald er erwärmt ist, kann der Klebstoff ansprechen und aushärten, um die Leitungen an der Stelle zu befestigen. Ebenso können die Wicklungsköpfe 32 mit einem Lack beschichtet sein.
In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Sprühdüsen oder Kühlmittelöffnungen (nicht dargestellt) durch die Innenwand 48 nahe den axialen Enden der Statorbaugruppe 24 angeordnet sein um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel in den Maschinenhohlraum 20 versprengt wird, zum Beispiel in Richtung der Wicklungsköpfe 32. In einigen Ausführungsformen kann der vorstehend beschriebene Kühlmittelkanalaufbau den Bedarf an Sprühdüsen oder Kühlmittelöffnungen mindern oder beseitigen.
In einigen Ausführungsformen kann ein kleiner Teil des Kühlmittels von dem Kühlmittelkanal 54 in den radialen Luftspalt 38 auslaufen. Der Kühlmittelkanal 54 kann derart positioniert werden, dass der kleine Teil des ausgelaufenen Kühlmittels nicht ausreichend ist, einen übermäßigen Drehmomentverlust durch Scheren während des Betriebs der elektrischen Maschine 18 zu verursachen. In einigen Ausführungsformen können die größeren axialen Schlitze 30 die magnetische Reluktanz der Statorbaugruppe 24 etwas erhöhen, obwohl die Stelle der axialen Schlitze 30 typischerweise kein Bereich höchster Flussdichte innerhalb der elektrischen Maschine 18 ist. Zusätzlich kann der Zugewinn an Kühlkapazität bei Verwendung des vorstehend beschriebenen Kühlmittelkanalaufbaus jede Minderung der Leistung aufwiegen (oder Zunahme der Größe der elektrischen Maschine).
Es ist durch die Fachleute zu verstehen, dass, obwohl die Erfindung vorstehend in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen und Beispielen beschrieben worden ist, die Erfindung nicht notwendigerweise derart beschränkt ist und dass zahlreiche andere Ausführungsformen, Beispiele, Verwendungen, Modifizierungen und Abweichungen von den Ausführungsformen, Beispielen und Verwendungen als von den hieran angefügten Ansprüchen umfasst beabsichtigt sind. Die vollständige Offenbarung jedes Patents und Veröffentlichung, die hierin zitiert sind, ist durch Bezugnahme aufgenommen, als wenn jedes solche Patent oder Veröffentlichung einzeln hierin durch Bezugnahme aufgenommen würde. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Elektrisches Maschinenmodul, aufweisend: eine elektrische Maschine, die eine Statorbaugruppe umfasst, wobei die Statorbaugruppe mehrere Statorbleche, die miteinander verbunden sind, und mehrere Leiter umfasst, die durch axiale Schlitze der mehreren Statorbleche positioniert sind; einen Kühlmittelkanal, der wenigstens teilweise innerhalb der axialen Schlitze definiert ist; und ein Gehäuse, das die elektrische Maschine wenigstens teilweise umgibt und wenigstens teilweise einen Maschinenhohlraum definiert, wobei der Kühlmittelkanal in Fluidverbindung mit dem Maschinenhohlraum steht.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse ein Hülsenelement mit einem Kühlmittelmantel umfasst, der die Statorbaugruppe im Wesentlichen umgibt, wobei das Hülsenelement wenigstens einen Kühlmitteldurchgang umfasst, der den Kühlmittelmantel wenigstens teilweise fluidleitend mit dem Kühlmittelkanal verbindet.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 2, wobei die mehreren Statorbleche wenigstens eine erste Reihe Statorbleche und eine zweite Reihe Statorbleche, die benachbart zu der ersten Reihe der Statorbleche positioniert ist, umfassen.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 3, wobei die erste Reihe der Statorbleche und die zweite Reihe der Statorbleche einen Fluidverbindungsweg zwischen dem Kühlmitteldurchgang und dem Kühlmittelkanal bereitstellen.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 2 und ferner aufweisend mehrere Schlitzauskleidungen, die durch die axialen Schlitze und über eine axiale Länge der Statorbaugruppe positioniert sind, wobei wenigstens ein Abschnitt der mehreren Schlitzauskleidungen eine Schlitzöffnung umfasst und die Schlitzöffnung eine Fluidverbindung zwischen dem Kühlmittelkanal und dem Kühlmitteldurchgang ermöglicht.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 4, wobei die Kühlmittelkanäle wenigstens teilweise zwischen einer Innenfläche der Schlitzauskleidungen und einer Außenfläche wenigstens einiger der mehreren Leiter definiert sind.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 5, wobei die Statorbaugruppe Leiterwicklungsköpfe umfasst.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 6, wobei ein Kühlmittel in den Kühlmittelmantel abströmen kann, durch den Kühlmitteldurchgang, durch die Schlitzöffnung in den Kühlmittelkanal und in Richtung der Leiterwicklungsköpfe strömt, um die elektrische Maschine zu kühlen.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 1 und ferner aufweisend ein Außengehäuse und einen Kühlmittelmantel zwischen dem Außengehäuse und einem Hülsenelement des Gehäuses, wobei der Kühlmittelmantel im Wesentlichen die Statorbaugruppe umgibt und wenigstens einen Kühlmitteldurchgang umfasst und der wenigstens eine Kühlmitteldurchgang den Kühlmittelmantel und den Kühlmittelkanal wenigstens teilweise fluidleitend verbindet.
Elektrisches Maschinenmodul, aufweisend: eine elektrische Maschine, die eine Statorbaugruppe umfasst, wobei die Statorbaugruppe mehrere Statorbleche, die miteinander verbunden sind, und mehrere Leiter umfasst, die durch axiale Schlitze der mehreren Statorbleche positioniert sind, wobei die mehreren Statorbleche wenigstens eine erste Reihe Statorbleche und eine zweite Reihe Statorbleche, die benachbart zu der ersten Reihe der Statorbleche positioniert ist, umfassen; einen Kühlmittelkanal, der wenigstens teilweise innerhalb der axialen Schlitze der mehreren Statorbleche definiert ist; wobei die zweite Reihe der Statorbleche jeweils eine zusätzliche Nut umfasst, die sich radial nach außen von den axialen Schlitzen und in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelkanal erstreckt; wobei die erste Reihe der Statorbleche jeweils eine Außennut umfasst, die getrennt und radial nach außen von den axialen Schlitzen und in Fluidverbindung mit den zusätzlichen Nuten ist; und einen Kühlmittelmantel, der die elektrische Maschine wenigstens teilweise umgibt und in Fluidverbindung mit der Außennut der ersten Reihe der Statorbleche steht.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 10, wobei die mehreren Statorbleche eine dritte Reihe Statorbleche umfassen, die benachbart zu und axial nach außen von der zweiten Reihe der Statorbleche positioniert ist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 10 und ferner aufweisend ein Gehäuse, das ein Hülsenelement umfasst, wobei das Hülsenelement wenigstens teilweise den Kühlmittelmantel definiert.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 10, wobei das Hülsenelement einen Kühlmitteldurchgang umfasst, wobei der Kühlmitteldurchgang eine Fluidverbindung zwischen dem Kühlmittelmantel und der Außennut bereitstellt.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 10 und ferner aufweisend mehrere Schlitzauskleidungen, die durch die axialen Schlitze und über eine axiale Länge der Statorbaugruppe positioniert sind, wobei die Schlitzauskleidungen eine Schlitzöffnung umfassen, die benachbart zu der zweiten Reihe der Statorbleche positioniert ist, wobei die Schlitzöffnung eine Fluidverbindung zwischen den axialen Schlitzen und den zusätzlichen Nuten der zweiten Reihe der Statorbleche bereitstellt.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 14, wobei die mehreren Leiter durch die Schlitzauskleidungen positioniert sind und der Kühlmittelkanal wenigstens teilweise zwischen einer Innenfläche der Schlitzauskleidungen und einer Außenfläche eines radial äußersten Leiters definiert ist.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 14, wobei die Statorbaugruppe Wicklungsköpfe umfasst.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 16, wobei ein Kühlmittel in den Kühlmittelmantel abströmen kann, durch die Außennut, durch die zusätzliche Nut in den Kühlmittelkanal und in Richtung der Wicklungsköpfe strömt, um die elektrische Maschine zu kühlen.
Elektrisches Maschinenmodul nach Anspruch 10 und ferner ausweisend ein Außengehäuse, das wenigstens teilweise den Kühlmittelmantel definiert.
Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Maschinenmoduls, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer elektrischen Maschine, die eine Statorbaugruppe umfasst, wobei die Statorbaugruppe mehrere Statorbleche mit axialen Schlitzen und einen Kühlmittelkanal umfasst, der über die axialen Schlitze definiert ist; Bereitstellen eines Gehäuses, das die elektrische Maschine wenigstens teilweise umgibt, wobei das Gehäuse einen Kühlmittelmantel und ein Hülsenelement umfasst, das den Kühlmittelmantel wenigstens teilweise von der elektrischen Maschine trennt, wobei das Hülsenelement einen Kühlmitteldurchgang in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelmantel und den mehreren Statorblechen umfasst; Positionieren der mehreren Statorbleche derart, dass der Kühlmitteldurchgang sich in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelkanal befindet; Einführen eines Kühlmittels in den Kühlmittelmantel; und Umwälzen des Kühlmittels von dem Kühlmittelmantel durch den Kühlmittelkanal und durch den Kühlmitteldurchgang, um die elektrische Maschine zu kühlen.
Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine nach Anspruch 19, wobei das Hülsenelement wenigstens teilweise einen Maschinenhohlraum definiert, wobei der Kühlmittelkanal in Fluidverbindung mit dem Maschinenhohlraum steht und ferner aufweisend das Umwälzen des Kühlmittels von dem Kühlmittelkanal in den Maschinenhohlraum.