EP3884567A1 - Elektrische maschine, insbesondere für ein fahrzeug - Google Patents

Elektrische maschine, insbesondere für ein fahrzeug

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EP3884567A1
EP3884567A1 EP19805268.0A EP19805268A EP3884567A1 EP 3884567 A1 EP3884567 A1 EP 3884567A1 EP 19805268 A EP19805268 A EP 19805268A EP 3884567 A1 EP3884567 A1 EP 3884567A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
plastic
electrical machine
machine according
plastic material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19805268.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roberto Almeida e Silva
Bernd Blankenbach
Terry Cox
Philip GRABHERR
Niklas Kull
Tim Male
Peter Pisek
Peter Sever
Josef Sonntag
Martin Williams
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP3884567A1 publication Critical patent/EP3884567A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H02K3/345—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
    • H02K5/128—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas using air-gap sleeves or air-gap discs
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/227—Heat sinks

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine, in particular for a vehicle, and a vehicle with such a machine.
  • Such an electrical machine can generally be an electric motor or a generator.
  • the electrical machine can be designed as an external rotor or as an internal rotor.
  • a generic machine for example from US 5,214,325 be. It comprises a housing which surrounds an interior and which has a circumferential circumferential direction of the housing, radially bordering the interior, axially on the one hand an axially delimiting rear wall and axially on the other hand an axially delimiting front wall.
  • a machine stator is firmly connected to the jacket.
  • a rotor of the machine is arranged in the stator, a rotor shaft of the rotor being rotatably mounted on a front shaft bearing on the front wall.
  • the stator of a conventional electrical machine comprises stator windings which are supplied with electrical current during operation of the machine. This creates heat, which must be dissipated to avoid overheating and associated damage or even destruction of the stator.
  • Flierzu it is known from conventional electrical machines to equip them with a cooling device for cooling the stator - in particular said stator windings.
  • a cooling device comprises one or more cooling channels through which a coolant flows and in the vicinity of the Stator windings are arranged in the stator. Heat can be dissipated from the stator by heat transfer from the stator windings to the coolant.
  • an object of the present invention to provide an improved embodiment for an electrical machine in which this disadvantage is largely or completely eliminated.
  • an improved embodiment for an electrical machine is to be created, which is characterized by improved cooling of the stator windings of the stator.
  • the basic idea of the invention is accordingly to embed the stator windings of an electrical machine together with a coolant through which a coolant can flow for cooling the stator windings in a plastic which typically combines electrically insulating and heat-conducting properties.
  • the plastic as a heat transfer medium for the transfer of heat from the stator windings to the coolant flowing through the cooling channel on the one hand and as an electrical insulator for the stator windings on the other hand, we act.
  • a particularly good heat transfer between the stator windings and the coolant guided through the cooling channel is produced. This is especially true if a plastic is used that has a high thermal conductivity.
  • the plastic With electrically insulating properties it is additionally ensured that the stator windings to be cooled are not undesirably electrically short-circuited with the plastic guided through the cooling channel by the electrical plastic. It also ensures that the - typically electrically conductive coolant - when it flows through the cooling channel, is electrically isolated from that of the stator windings. In addition, the plastic can also be used to electrically isolate the stator teeth as part of the stator from the stator windings.
  • the direct thermal coupling of the cooling channel with the coolant to the stator windings to be cooled with the aid of the plastic essential to the invention leads to a particularly effective cooling of the stator windings compared to conventional cooling devices. In this way, even when there is a high level of waste heat development in the stator, such as occurs, for example, during high-load operation of the electrical machine, it can be ensured that the waste heat generated can be dissipated from the stator. Damage or even destruction of the electrical machine due to overheating of the stator can thus be avoided.
  • An electrical machine in particular for a vehicle, comprises a rotor which can be rotated about an axis of rotation by which an axial direction of the electrical machine is defined. Furthermore, the machine comprises a stator which has electrically conductive stator windings and at least one cooling channel through which a coolant can flow for cooling the stator windings.
  • the stator has stator teeth which extend along the axial direction and are spaced apart from one another along a circumferential direction of the rotor and which carry the stator windings.
  • At least one cooling duct and at least one stator winding are arranged in at least one intermediate space that is formed between two stator teeth that are adjacent in the circumferential direction. According to the invention is in the space Plastic is arranged to transfer heat from the stator winding to the cooling channel.
  • the plastic is therefore preferably designed to conduct heat.
  • the plastic can also expediently be designed to be electrically insulating, ie it can consist of an electrically insulating plastic material.
  • the plastic is at least partially arranged on the surface sections of the two adjacent stator teeth delimiting the intermediate space.
  • the cooling duct and the stator winding are preferably electrically opposite each other by means of the plastic
  • Stator teeth insulated and connected to each other in a heat-conducting manner.
  • the stator comprises a stator body, from which the stator teeth protrude radially inwards.
  • the plastic is arranged on a surface section of the stator body which borders the space radially outside.
  • the plastic is particularly preferably arranged on all the spaces delimiting the surface sections of the two stator teeth, that is to say both on the circumferential and radial delimitation of the space in question. In this way it can be excluded that an undesired electrical connection can arise between the electrically conductive material of the stator windings and the likewise electrically conductive stator teeth.
  • the plastic arranged on the surface sections forms an electrically insulating insulation layer, which the surface sections of the two adjacent stator teeth delimiting the intermediate space are covered.
  • an insulating layer made of plastic is particularly simple to produce, for example by means of an injection molding process.
  • the cooling duct is expediently arranged in the region of a radially inner end section of the intermediate space. In this way, a particularly large amount of installation space is available for the arrangement of the stator winding (s) in the intermediate space. As an alternative or in addition, the arrangement of a cooling duct in the region of a radially outer end section of the intermediate space is conceivable.
  • the plastic forms at least one phase insulation which is arranged in the intermediate space and divides the intermediate space into a radially inner and into a radially outer partial space.
  • mutually electrically isolated Lei teretti of the stator winding can be arranged in the two subspaces.
  • This in turn enables the two conductor elements, which are electrically insulated from one another, to be assigned two different electrical phases, which must be electrically separated from one another. It is conceivable that in a further development of the invention several such phase isolations are also provided in an intermediate space.
  • a diameter of the phase insulation made of the plastic, measured in the radial direction, is expediently between 1 mm and 3 mm.
  • the phase insulation can expediently extend along the circumferential direction and thus connect the two insulating layers of the plastic arranged on the adjacent stator teeth.
  • the two subspaces formed are completely delimited by the, preferably electrically insulating, plastic.
  • the at least one stator winding arranged in the inter mediate space comprises at least one first conductor element and at least one second conductor element.
  • these two conductor elements are arranged at a distance from one another in the intermediate space, and preferably along the radial direction.
  • the first conductor element can be part of a first electrical phase
  • the second conductor element can be part of a second electrical phase of the stator.
  • the first conductor elements are expediently arranged in the radially inner partial space and are electrically connected to one another for connection to a common first phase of an electrical current source.
  • the second conductor elements are arranged in the radially outer subspace and are electrically connected to one another for connection to a common second phase of the electrical power source.
  • a second conductor element of the invention-essential, electrically insulating and heat-conducting plastic vice ben is preferably added to all the first and, alternatively or additionally, to all the second conductor elements.
  • the first and, alternatively or additionally, the second conductor elements can be formed as winding bars made of an electrically conductive material.
  • At least one winding bar in the cross section perpendicular to the axial direction, can have the geometry of a rectangle with two narrow sides and with two broad sides. This preferably applies to all winding bars of the stator winding.
  • the at least one first conductor element is electrically insulated from the at least one second conductor element by means of the plastic.
  • the first conductor elements are particularly preferably electrically insulated from the second conductor elements by means of the phase insulation, which separates the radially inner subspace from the radially outer subspace.
  • the plastic in the cross section perpendicular to the axial direction forms a protective coating arranged in the intermediate space, which at least partially, before or completely, delimits or envelops the cooling channel.
  • “Limitation” means in particular that the cooling duct does not require any further limitation, for example in the form of a tubular body.
  • Protective coating means in particular that an additional limitation, for example in the form of the said tubular body, can be provided for the cooling duct.
  • the protective coating can prevent the coolant, which is typically electrically conductive, that passes through the cooling channel from coming into contact with the stator winding or the electrically conductive stator teeth, which is also arranged in the intermediate space, so that an electrical short circuit occurs.
  • the protective coating in the cross section perpendicular to the axial direction limits the cooling channel radially on the inside and, alternatively or additionally, radially on the outside. In this way, an electrical insulation of the cooling duct or the coolant guided through the cooling duct is placed against the stator windings arranged radially outside or radially inside the cooling duct in the intermediate space.
  • the protective coating in FIG the cross section perpendicular to the axial direction of the cooling channel in the circumferential direction. In this way, the electrical insulation of the cooling duct or of the coolant guided through the cooling duct with respect to the electrically conductive stator teeth is ensured.
  • a further cooling duct can be arranged particularly expediently, in particular in the region of a radially outer end section of the intermediate space. In this way, the cooling of the stator windings (s) can be significantly improved.
  • the plastic forms a further protective coating arranged in the intermediate space, which at least partially, preferably completely, delimits or envelops the further cooling channel.
  • the further protective coating limits the cross section perpendicular to the axial direction of the further cooling channel radially on the inside and, alternatively or additionally, radially on the outside.
  • the further protective coating limits the further cooling channel in the circumferential direction in the cross section perpendicular to the axial direction.
  • the cooling channel arranged in the region of the radially inner end section is expediently arranged in the radially inner partial space formed by means of the phase insulation made of plastic.
  • the cooling duct arranged in the region of the ra dial outer end section is arranged in the radially outer partial space formed by means of the phase insulation made of plastic.
  • a gap is formed at least in sections between at least two conductor elements and, alternatively or additionally, between at least one conductor element and the electrical insulation layer arranged on the surface sections of the stator teeth or the stator body.
  • the plastic according to the invention forms a gap filling with which the gap is at least partially, preferably completely, filled.
  • the plastic can comprise an electrically insulating plastic compound, in which the stator winding is embedded.
  • the space in the cross section perpendicular to the axial direction can expediently have the geometry of a trapezoid, preferably a rectangle.
  • the geometry of a trapezoid or rectangle allows both at least one cooling channel and a large number of conductor elements or stator windings to be placed in the respective space.
  • the plastic provided on the surface sections of the stator teeth is replaced by an electrically insulating first tes plastic material is formed.
  • the plastic which forms the at least one phase insulation is formed by a second plastic material.
  • the first and, alternatively or additionally, the plastic forming the further protective coating can be formed by the second plastic material or, alternatively, by a third plastic material.
  • the first and, alternatively or additionally, the second and, alternatively or additionally, the third plastic material are identical materials.
  • the first and, alternatively or additionally, the second and, alternatively or additionally, the third plastic material can be different materials.
  • the first and, alternatively or additionally, the second and, alternatively or additionally, the third plastic material can expediently consist of a thermoplastic or comprise such a thermoplastic.
  • the first and, alternatively or additionally, the second and, alternatively or additionally, the third plastic material can consist of a thermoset or comprise a thermoset.
  • the first and, alternatively or additionally, the second and, alternatively or additionally, the third plastic material expediently have identical thermal conductivity.
  • the first and, alternatively or additionally, the second and, alternatively or additionally, the third plastic material can have different thermal conductivities.
  • the first and, alternatively or additionally, the second and, alternatively or additionally, the third plastic material can expediently be identical materials. Likewise, the first and, alternatively or additionally, the second and alternate tiv or additionally, the third plastic material can also be different materials.
  • the at least one stator winding is part of a distributed winding.
  • the thermal conductivity of the plastic in particular the first and, alternatively or additionally, the second and, alternatively or additionally, the third plastic material is at least 0.5 W / mK, preferably at least 1 W / m K.
  • the intermediate space is formed essentially without a gap by means of the plastic.
  • only a single cooling channel is provided in the intermediate space, that is to say no second cooling channel.
  • the machine comprises a coolant distributor space and a coolant collector space arranged axially at a distance from this.
  • the coolant distribution space communicates fluidly with the coolant collection space by means of the at least one coolant through which a coolant can flow.
  • a plurality of such cooling channels are preferably provided between the coolant distributor space and the coolant collector space.
  • the coolant distribution chamber and, alternatively or additionally, the coolant collector chamber for thermal coupling to the stator windings are at least partially arranged in the plastic essential to the invention, which in this case consists of an electrically insulating plastic material.
  • the plastic essential to the invention which in this case consists of an electrically insulating plastic material.
  • the electrically insulating plastic particularly preferably at least partially limits the coolant distribution space and, alternatively or additionally, the coolant collection space for thermal coupling to the stator windings.
  • the invention further relates to a vehicle, in particular a motor vehicle with egg ner previously presented electrical machine.
  • a vehicle in particular a motor vehicle with egg ner previously presented electrical machine.
  • the above-explained parts of the electrical machine are therefore also transferred to the vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 shows an example of an electrical machine according to the invention in a longitudinal section along the axis of rotation of the rotor
  • FIG. 2 shows the stator of the electrical machine according to FIG. 1 in a cross section perpendicular to the axis of rotation of the rotor
  • FIG. 3 shows a detailed illustration of the stator of FIG. 2 in the region of an intermediate space between two stator teeth adjacent in the circumferential direction
  • FIG. 4 shows a further development of the example according to FIG. 3 with an additional, second cooling channel
  • FIG. 5 shows a variant of the example according to FIG. 3, in which the stator windings are formed not by winding bars but by winding wires formed in a plastic compound.
  • Figure 1 illustrates an example of an electrical machine 1 according to the invention in a sectional view.
  • the electrical machine 1 is dimensioned such that it can be used in a vehicle, preferably in a road vehicle.
  • the electrical machine 1 comprises a rotor 3 and a stator 2, which is only shown in a rough schematic in FIG. 1.
  • the stator 2 in FIG. 2 is shown in a cross section perpendicular to the axis of rotation D along the section II - II of FIG. 1 in a separate representation shown.
  • the rotor 3 has a rotor shaft 31 and can have a plurality, not shown in FIG. have shown magnets, the magnetic polarizations alternate along the circumferential direction U.
  • the rotor 3 is rotatable about an axis of rotation D, the position of which is determined by the central longitudinal axis M of the rotor shaft 31.
  • the axis of rotation D defines an axial direction A, which extends parallel to the axis of rotation D.
  • a radial direction R is perpendicular to the axial direction A.
  • a circumferential direction U rotates about the axis of rotation D.
  • the rotor 3 is arranged in the stator 2.
  • the electrical machine 1 shown here is a so-called inner runner.
  • a realization as a so-called external rotor is also conceivable, in which the rotor 3 is arranged outside the stator 2.
  • the rotor shaft 31 is mounted on the stator 2 in a first shaft bearing 32a and, axially spaced apart therefrom, in a second shaft bearing 32b about the axis of rotation D.
  • the stator 2 also includes, in a known manner, a plurality of stator windings 6 which can be electrically energized to generate a magnetic field.
  • the magnetic field generated by the magnetic interaction of the magnet 3 of the rotor 3 with the magnetic field generated by the electrically conductive stator windings 6 is the magnetic field Rotor 3 set in rotation.
  • stator 2 can have an annular stator body 7, for example made of iron.
  • stator body 7 can be formed from a plurality of stator body plates (not shown) stacked on top of one another in the axial direction A and bonded to one another.
  • a plurality of stator teeth 8 are formed radially on the inside, which extend along the axial direction A, protrude radially inward from the stator body 7 and are arranged at a distance from one another along the circumferential direction U.
  • Each stator tooth 8 carries a stator winding 6.
  • the individual stator windings 6 together form a winding arrangement.
  • the individual stator windings 6 of the entire winding arrangement can be electrically wired to one another in a suitable manner.
  • stator windings 6 When the machine 1 is in operation, the electrically energized stator windings 6 generate waste heat which has to be dissipated from the machine 1 in order to prevent overheating and associated damage or even destruction of the machine 1. Therefore, the stator windings 6 are cooled by means of a coolant K which is guided through the stator 2 and which absorbs the waste heat generated by the stator windings 6 by heat transfer.
  • the machine 1 comprises a coolant distribution space 4, in which a coolant K can be introduced via a coolant inlet 33.
  • a coolant collector chamber 5 is arranged along the axial direction A at a distance from the coolant distributor chamber 4.
  • the coolant distribution space 4 communicates fluidly with the coolant collection space 5 by means of a plurality of cooling channels 10, only one of which can be seen in the illustration in FIG. 1.
  • the coolant distribution space 4 and the coolant collection space can 5 each have an annular geometry.
  • a plurality of cooling channels 10 are arranged at a distance from one another, each of which extends along the axial direction A from the annular coolant distribution space 4 to the annular coolant collection space 5.
  • the coolant K introduced into the coolant distribution space 4 via the coolant inlet 33 can thus be distributed to the individual cooling channels 10.
  • the coolant K After flowing through the cooling channels 10 and absorbing heat from the stator windings 6, the coolant K is collected in the coolant collector space 5 and is discharged again from the machine 1 via a coolant outlet 34 provided on the stator 2.
  • the stator windings 6 and the cooling channels 10 are arranged in spaces 9, which are formed between two adjacent stator teeth 8 in the circumferential direction U. Said intermediate spaces 9 are also known to the person skilled in the art as so-called “stator slots” or “stator slots” which, like the stator teeth 8, extend along the axial direction A.
  • FIG. 3 shows an intermediate space 9 formed between two stator teeth 8 adjacent in the circumferential direction U - hereinafter also referred to as stator teeth 8a, 8b - in a detailed illustration.
  • the intermediate space 9 has an opening 52 radially on the inside, that is to say is designed to be open radially on the inside.
  • the intermediate space 9 can have the geometry of a trapezoid, in particular a rectangle, in the cross section perpendicular to the axial direction A.
  • the cooling duct 10 is arranged in the region of a radially inner end section 56a of the intermediate space 9 or the stator groove 54, that is to say in the region of the opening 52.
  • a heat-conducting plastic 11 is additionally arranged in FIG. 3 in the spaces 9 next to a cooling channel 10 and a stator winding 6. Before this plastic 11 is injected into the space 9 is introduced.
  • the plastic 11 is arranged on surface sections 50b, 50c of two stator teeth 8 which are adjacent in the circumferential direction U and which limit the space 9. Furthermore, the plastic 11 is arranged on a surface portion 50a of the stator body 7 which delimits the space 9 ra dial outside.
  • the plastic 11 arranged on the surface sections 50a, 50b, 50c is expediently an electrically insulating plastic. This ensures that both the cooling duct 10 arranged in the intermediate space 9 and the stator winding 6 arranged in the same intermediate space 9 are each electrically insulated from the stator teeth 8 by means of the plastic 11.
  • the stator winding 6 is connected via the plastic 11 in a heat-conducting manner to the cooling duct 10, so that waste heat generated in or by the stator winding 6 is transferred via the plastic 11 to the coolant K flowing through the cooling duct 10 and thus dissipated by the stator winding 6 can be.
  • the plastic 11 arranged on the three surface sections 50a, 50b, 50c forms an electrically insulating and heat-conducting insulation layer 51, which covers the surface sections 50a, 50b, 50c.
  • a layer thickness d of the insulation layer 51 can be between 0.2 mm and 0.5 mm.
  • the plastic 11 can not only form the insulation layer 51, but - alternatively or additionally - also a phase insulation 58 arranged in the intermediate space 9 or in the stator groove 54.
  • the phase insulation 58 divides the intermediate space 9 into a radially inner and an inner one a radially outer partial space 59a, 59b.
  • first conductor elements 60a of the stator winding 6, which form a first phase winding 70a can be arranged in the radially inner subspace 59a.
  • second conductor elements 60b of the stator winding 6 can be arranged in the radially outer subspace 59b, one Form second phase winding 70b, which is electrically insulated from the first phase winding 70a.
  • the phase insulation 58 expediently extends along the circumferential direction U.
  • the phase insulation 58 preferably connects the two insulation layers 51 made of the plastic 11 arranged on the adjacent stator teeth 8a, 8b.
  • the plastic 11 not only forms the electrical insulation layer 51, but also a first protective coating 75 arranged in the intermediate space 9, which delimits or surrounds the cooling duct 10.
  • a tubular body or the like for the fluid-tight limitation of the cooling channel 10 such that no coolant K can escape from it is therefore superfluous.
  • the first protective coating 75 closes the opening 52 of the open space 9 or the stator groove 54.
  • stator winding 6 is also not only electrically insulated from the cooling channel 10 via the plastic 11 forming the first protective coating 75, but also connected to it in a heat-conducting manner, so that waste heat generated in or by the stator winding 6 is also can be transferred via the first protective coating 75 to the coolant K flowing through the cooling channel 10.
  • the first conductor elements 60a are arranged in the radially inner subspace 59a and the two th conductor elements 60b in the radially outer subspace 59b.
  • the cooling duct 10 arranged in the region of the radially inner end section 54a is arranged in the radial sub-space 59a formed by means of the phase insulation 58 made of plastic 11.
  • the stator winding 6 arranged in the intermediate space 9 comprises first conductor elements 60a and second conductor elements 60b which are arranged next to one another and at a distance from one another in the intermediate space 9 along the radial direction R. Between each two adjacent conductor elements 60a, 60b along the radial direction R, a gap 61 is formed, which can preferably extend along the circumferential direction U.
  • the plastic 11 forms a gap filling 62, with which the gap 61 is completely filled.
  • a gap 61 can be formed between the first and second conductor elements 60a, 60b and the electrical insulation arranged on the surface sections 50b, 50c of the stator teeth 8a, 8b.
  • the plastic 11 forms a gap filling 62, by means of which the gap 61 is filled.
  • said gap 61 filled with the plastic 11 can also extend only in sections or can be in the form of a so-called air trap. It is also conceivable that there are several gaps 61 or air inclusions which are filled with the gap filling 62 made of plastic 11.
  • all first and second conductor elements 60a, 60b are surrounded by the electrically insulating and heat-conducting plastic 11 perpendicular to the axial direction A.
  • the first and second conductor elements 60a, 60b are each formed as first and second winding bars 65a, 65b from an electrically conductive and mechanically rigid material.
  • the first and second winding bars 65a, 65b each have the geometry of a rectangle 66 with two narrow sides 67 and two broad sides 68.
  • the first conductor elements 60a are arranged in the radially inner subspace 59a and are electrically connected to one another for connection to a common first phase of an electrical current source.
  • the two th conductor elements 60b are arranged in the radially outer partial space 59b and are electrically connected to one another for connection to a common second phase of the electrical current source.
  • first conductor elements 60a are electrically insulated from second conductor elements 60b by means of phase insulation 58.
  • FIG. 4 shows a further development of the example in FIG. 3.
  • the example in FIG. 4 differs from that in FIG. 3 in that in the region of a radially outer end section 56b of the intermediate space 9 or the stator groove 54, which corresponds to the radially inner end section 56a with respect to the radial direction, an additional cooling channel 10 is arranged.
  • the plastic 11 forms - in an analogous manner to the first protective coating 75 of the cooling duct 10 - a second protective coating 75 arranged in the intermediate space 9, which delimits and thus envelops the additional cooling duct 10.
  • the additional cooling duct 10 arranged in the radially outer end section 56b is arranged in the radially outer partial space 59b of the intermediate space 9 or the stator groove 54 formed by means of the phase insulation 58 formed by the plastic 11.
  • the second protective coating 75 can also limit the second cooling channel 10 ra dial inside and radially outside in the cross section perpendicular to the axial direction A.
  • FIG. 5 shows a variant of the example in FIG. 3.
  • the plastic forms a plastic mass in which the stator winding 6 is embedded.
  • the conductor elements 65 of the stator winding 6 are formed by winding wires 72, which are part of a distributed winding.
  • the plastic 11 provided on the surface sections 50a, 50b, 50c of the stator teeth 8a, 8b can be formed by a, preferably electrically insulating, first plastic material K1.
  • the plastic 11 forming the phase insulation 58 can be formed by a second plastic material K2.
  • the plastic 11 forming the first and second protective coating 75 can be formed by the second plastic material K2 or by a different third plastic material K3.
  • the second plastic material K2 is expediently designed to be electrically insulating or electrically conductive.
  • the third plastic material K3 can also be either electrically insulating or electrically conductive.
  • the first plastic material K1 can be a thermoplastic or a thermoset. The same applies to the second and third plastic material K2, K3.
  • Two or even all three plastic materials K1, K2, K3 can have identical thermal conductivities.
  • the first and, alternatively or additionally, the second and, alternatively or additionally, the third plastic material K1, K2, K3 have different thermal conductivities.
  • the first and, alternatively or additionally, the second and, alternatively or additionally, the third plastic material K1, K2, K3 can be identical materials.
  • the first and, alternatively or additionally, the second and, alternatively or additionally, the third plastic material K1, K2, K3 can be different materials.
  • the thermal conductivity of the plastic 11 in particular special of the first and, alternatively or additionally, the second and, alternatively or additionally, the third plastic material K1, K2, K3, at least 0.5 W / mK, preferably at least 1 W / m K.
  • stator 2 with the stator body 7 and the stator teeth 8 is arranged axially between a first and a second end shield 25a, 25b.
  • part of the coolant distribution space 4 is arranged in the first bearing plate 25a and part of the coolant collecting space 5 in the second bearing plate 25b.
  • the coolant distribution space 4 and the coolant collecting space 5 are thus each partially formed by a provided in the plastic 11 cavity 41 a, 41 b.
  • the first cavity 41a is supplemented by a cavity 42a formed in the first end shield 25a for the coolant distributor space 4.
  • the second cavity 41b is supplemented by a cavity 42b formed in the second end shield 25b for the coolant collector space 5.
  • the plastic 11 thus delimits the coolant distribution space 4 and the coolant collection space 5 at least partially.
  • a coolant supply 35 can also be formed, which fluidically connects the coolant distributor space 4 with an outside, in particular as shown in FIG. 1, circumferentially on the first bearing plate 25a provided coolant inlet 33.
  • a coolant outlet 36 can be formed in the second end plate 25b, which fluidically connects the coolant collecting chamber 5 to an outside, in particular, as shown in FIG. 1, around the start side of the coolant outlet 34 provided on the end plate 25b.
  • the plastic 11 can also be arranged on an outer peripheral side 30 of the stator body 7 and thus form a plastic coating 11.1 on the outer peripheral side 30.
  • the stator body 7 of the stator 2 which is typically formed from electrically conductive stator plates, can thus be electrically insulated from the surroundings. The provision of a separate housing for receiving the stator body 7 can thus be omitted.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1), insbesondere für ein Fahrzeug. Die Maschine umfasst einen Rotor (3), der um eine Rotationsachse (D) drehbar ist, durch welche eine axiale Richtung (A) der elektrischen Maschine (1) definiert ist, sowieeinen Stator (2), der elektrisch leitende Statorwicklungen (6) aufweist. Des Weiteren umfasst die Maschine (1) wenigstens einen von einem Kühlmittel (K) durchströmbaren Kühlkanal (10), vorzugsweise mehrere solche Kühlkanäle (10),zum Kühlen der Statorwicklungen (6). Dabei weist der Stator (2) sich entlang der axialen Richtung (A) erstreckende und entlang einer Umfangsrichtung (U) des Rotors (3) beabstandet zueinander angeordnete Statorzähne (8) auf, welche die Statorwicklungen (6) tragen. Des Weiteren sind zumindest ein Kühlkanal (10) und zumindest eine Statorwicklung (6) in zumindest einem Zwischenraum (9)angeordnet, derzwischen zwei in der Umfangsrichtung (U) benachbarten Statorzähnen (8, 8a, 8b) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist in dem Zwischenraum (9) ein Kunststoff (11) zur Übertragung von Wärme von der Statorwicklung (6) auf den Kühlkanal (10) angeordnet.

Description

Elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Maschine.
Bei einer derartigen elektrischen Maschine kann es sich allgemein um einen Elektromotor oder um einen Generator handeln. Die elektrische Maschine kann als Außenläufer oder als Innenläufer ausgebildet sein.
Eine gattungsgemäße Maschine ist beispielsweise aus der US 5,214,325 be kannt. Sie umfasst ein Gehäuse, das einen Innenraum umgibt und das einen in einer Umfangsrichtung des Gehäuses umlaufenden, den Innenraum radial be grenzenden Mantel, axial einerseits eine den Innenraum axial begrenzende Rückseitenwand und axial andererseits eine den Innenraum axial begrenzende Vorderseitenwand aufweist. Fest mit dem Mantel ist ein Stator der Maschine ver bunden. Im Stator ist ein Rotor der Maschine angeordnet, wobei eine Rotorwelle des Rotors über ein vorderes Wellenlager an der Vorderseitenwand drehbar ge lagert ist.
Typischerweise umfasst der Stator einer herkömmlichen elektrischen Maschine Statorwicklungen, die im Betrieb der Maschine elektrisch bestromt werden. Dabei entsteht Wärme, die zur Vermeidung einer Überhitzung und einer damit verbun denen Beschädigung oder gar Zerstörung des Stators abgeführt werden muss. Flierzu ist es aus herkömmlichen elektrischen Maschinen bekannt, diese mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen des Stators - insbesondere besagter Statorwicklun gen - auszustatten. Eine solche Kühleinrichtung umfasst einen oder mehrere Kühlkanäle, die von einem Kühlmittel durchströmt werden und in der Nähe der Statorwicklungen im Stators angeordnet sind. Durch Wärmeübertragung von den Statorwicklungen auf das Kühlmittel kann Wärme vom Stator abgeführt werden.
Als nachteilig erweist sich dabei, dass ein effizienter Wärmeübergang vom Stator auf das durch den jeweiligen Kühlkanal strömende Kühlmittel nur mit erheblichem konstruktiven Aufwand verbunden ist. Dies wirkt sich jedoch nachteilig auf die Herstellungskosten der elektrischen Maschine aus.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausfüh rungsform für eine elektrische Maschine zu schaffen, bei welcher dieser Nachteil weitgehend oder gar vollständig beseitigt ist. Insbesondere soll eine verbesserte Ausführungsform für eine elektrische Maschine geschaffen werden, welche sich durch eine verbesserte Kühlung der Statorwicklungen des Stators auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Pa tentansprüche.
Grundidee der Erfindung ist demnach, die Statorwicklungen einer elektrischen Maschine zusammen mit einem mit Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal zum Kühlen der Statorwicklungen in einen Kunststoff einzubetten, der typischerweise elektrisch isolierende und wärmeleitende Eigenschaften in sich vereint. Somit kann der Kunststoff als wärmeübertragendes Medium zur Übertragung von Wär me von den Statorwicklungen auf das durch den Kühlkanal strömende Kühlmittel einerseits und als elektrischer Isolator für die Statorwicklungen andererseits wir ken. Auf diese Weise wird insbesondere ein besonders guter Wärmeübergang zwischen den Statorwicklungen und dem durch den Kühlkanal geführten Kühlmit tel hergestellt. Dies gilt insbesondere, wenn ein Kunststoff verwendet wird, der ei ne hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Durch Verwendung eines Kunststoffs mit elektrisch isolierenden Eigenschaften wird zusätzlich sichergestellt, dass die zu kühlenden Statorwicklungen durch den elektrischen Kunststoff nicht auf uner wünschte Weise elektrisch mit dem durch den Kühlkanal geführten Kunstsoff kurzgeschlossen werden. Außerdem ist sichergestellt, dass das - typischerweise elektrisch leitende Kühlmittel - wenn es durch den Kühlkanal strömt, elektrisch gegenüber den der Statorwicklungen isoliert wird. Darüber hinaus können mittels des Kunststoffs auch die Statorzähne als Teil des Stators elektrisch gegenüber den Statorwicklungen isoliert werden.
Die direkte thermische Ankopplung des Kühlkanals mit dem Kühlmittel an die zu kühlenden Statorwicklungen mithilfe des erfindungswesentlichen Kunststoffs führt zu einer gegenüber herkömmlichen Kühleinrichtungen besonders effektiven Küh lung der Statorwicklungen. Somit kann auch bei hoher Abwärme-Entwicklung im Stator, wie sie beispielsweise in einem Hochlastbetrieb der elektrischen Maschine auftritt, sichergestellt werden, dass die anfallende Abwärme vom Stator abgeführt werden kann. Eine Beschädigung oder gar Zerstörung der elektrischen Maschine durch Überhitzung des Stators kann somit vermieden werden.
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug, umfasst einen Rotor, der um eine Rotationsachse drehbar ist, durch welche eine axiale Richtung der elektrischen Maschine definiert ist. Ferner umfasst die Ma schine einen Stator, der elektrisch leitende Statorwicklungen aufweist, sowie we nigstens einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal zum Kühlen der Statorwicklungen. Der Stator besitzt sich entlang der axialen Richtung erstre ckende und entlang einer Umfangsrichtung des Rotors beabstandet zueinander angeordnete Statorzähne, welche die Statorwicklungen tragen. Zumindest ein Kühlkanal und zumindest eine Statorwicklung sind in zumindest einem Zwischen raum, der zwischen zwei in der Umfangsrichtung benachbarten Statorzähnen ausgebildet ist, angeordnet. Erfindungsgemäß ist in dem Zwischenraum ein Kunststoff zur Übertragung von Wärme von der Statorwicklung auf den Kühlkanal angeordnet.
Bevorzugt ist der Kunststoff also wärmeleitend ausgebildet. Zweckmäßig kann der Kunststoff auch elektrisch isolierend ausgebildet sein, also aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial bestehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kunststoff zumindest teilweise auf den Oberflächenabschnitten der beiden benachbarten, den Zwischenraum begrenzenden Statorzähne angeordnet. Bevorzugt sind der Kühlkanal und die Statorwicklung mittels des Kunststoffs jeweils elektrisch gegenüber den
Statorzähnen isoliert und miteinander wärmeleitend verbunden.
Gemäß einer anderen weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Stator einen Statorkörper, von welchem die Statorzähne radial nach innen abstehen. Bei dieser Ausführungsform, die insbesondere mit der voranstehend erläuterten Aus führungsform kombiniert werden kann, ist der Kunststoff auf einem Oberflächen abschnitt des Statorkörpers angeordnet, der den Zwischenraum radial außen be grenzt.
Besonders bevorzugt ist der Kunststoff dabei auf allen Zwischenraum begrenzen den Oberflächenabschnitten der beiden Statorzähne angeordnet, also sowohl an der umfangseitigen als auch radialen Begrenzung des betreffenden Zwischen raums. Auf diese Weise kann ausgeschlossen werden, dass zwischen dem elektrisch leitenden Material der Statorwicklungen und den ebenfalls elektrisch leitenden Statorzähnen eine unerwünschte elektrische Verbindung entstehen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung bildet der auf den Oberflächenabschnit ten angeordnete Kunststoff eine elektrische isolierende Isolationsschicht, welche die Oberflächenabschnitte der beiden den Zwischenraum begrenzenden benach barten Statorzähne bedeckt. Eine solche Isolationsschicht aus Kunststoff ist be sonders einfach, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens, herstellbar.
Zweckmäßig ist der Kühlkanal im Bereich eines radial inneren Endabschnitts des Zwischenraums angeordnet. Auf diese Weise steht besonders viel Bauraum für die Anordnung der Statorwicklung(en) im Zwischenraum zur Verfügung. Denkbar ist alternativ oder zusätzlich die Anordnung eines Kühlkanals im Bereich eines radial äußeren Endabschnitts des Zwischenraums.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet der Kunststoff zumindest eine im Zwischenraum angeordnete Phasenisolierung, welche den Zwischenraum in einen radial inneren und in einen radial äußeren Teilraum unterteilt. Auf diese Weise können in den beiden Teilräumen voneinander elektrisch isolierte Lei terelemente der Statorwicklung angeordnet werden. Dies wiederrum ermöglicht es, den beiden elektrisch gegeneinander isolierten Leiterelementen zwei unter schiedlichen elektrische Phasen zuzuordnen, die elektrisch voneinander getrennt sein müssen. Denkbar ist es, dass in einer Weiterbildung der Erfindung auch mehrere solche Phasenisolierungen in einem Zwischenraum vorgesehen sind. Zweckmäßig beträgt ein in radialer Richtung gemessener Durchmesser der Pha senisolierung aus dem Kunststoff zwischen 1 mm und 3 mm.
Zweckmäßig kann sich die Phasenisolierung entlang der Umfangsrichtung erstre cken und somit die beiden auf den benachbarten Statorzähnen angeordneten Iso lierungsschichten aus dem Kunststoff miteinander verbinden. Auf diese Weise sind die beiden gebildeten Teilräume vollständig von dem, bevorzugt elektrisch isolierenden, Kunststoff begrenzt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die zumindest eine im Zwi schenraum angeordnete Statorwicklung zumindest ein erstes Leiterelement und zumindest ein zweites Leiterelement. Diese beiden Leiterelemente sind gemäß dieser Weiterbildung im Abstand zueinander im Zwischenraum angeordnet, und zwar vorzugsweise entlang der radialen Richtung. Das erste Leiterelement kann Teil einer ersten elektrischen Phase, das zweite Leiterelement entsprechend Teil einer zweiten elektrischen Phase des Stators sein. Zweckmäßig sind die ersten Leiterelemente im radial inneren Teilraum angeordnet und zum Anschluss an eine gemeinsame erste Phase einer elektrischen Stromquelle elektrisch miteinander verbunden. Bei dieser Weiterbildung sind die zweiten Leiterelemente im radial äußeren Teilraum angeordnet und zum Anschluss an eine gemeinsame zweite Phase der elektrischen Stromquelle elektrisch miteinander verbunden.
Zweckmäßig ist in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung zumindest ein erstes und, alternativ oder zusätzlich, ein zweites Leiterelement von dem erfin dungswesentlichen, elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Kunststoff umge ben. Vorzugsweise gilt dies für alle ersten und, alternativ oder zusätzlich, für alle zweiten Leiterelemente.
Besonders zweckmäßig können die ersten und, alternativ oder zusätzlich, die zweiten Leiterelemente als Wicklungsstäbe aus einem elektrisch leitenden Mate rial gebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung zumindest ein Wicklungsstab die Geometrie eines Rechtecks mit zwei Schmalseiten und mit zwei Breitseiten aufweisen. Bevorzugt gilt dies für alle Wicklungsstäbe der Statorwicklung. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine erste Leiterelement mittels des Kunststoffs elektrisch gegenüber dem zumindest einen zweiten Leiterelement isoliert. Besonders bevorzugt sind die ersten Lei terelemente mittels der Phasenisolierung, welche den radial inneren Teilraum vom radial äußeren Teilraum trennt, elektrisch gegenüber den zweiten Leiterele menten isoliert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet der Kunststoff in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung eine in dem Zwischenraum angeord nete Schutzbeschichtung aus, welche den Kühlkanal zumindest teilweise, bevor zugt vollständig, begrenzt oder umhüllt. Mit“Begrenzung“ ist insbesondere ge meint, dass der Kühlkanal keine weitere Begrenzung, beispielsweise in Form ei nes Rohrkörpers benötigt. Mit„Schutzbeschichtung“ ist insbesondere gemeint, dass für den Kühlkanal eine zusätzliche Begrenzung, etwa in Form eines besag ten Rohrkörpers, vorgesehen sein kann. Mittels der Schutzbeschichtung kann verhindert werden, dass das durch den Kühlkanal geführte Kühlmittel, welches ty pischerweise elektrisch leitend ist, mit der ebenfalls im Zwischenraum angeordne ten Statorwicklung oder den elektrisch leitenden Statorzähnen in Kontakt gelan gen kann, sodass es zu einem elektrischen Kurzschluss kommt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung begrenzt die Schutzbeschichtung in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung den Kühlkanal radial innen und, alter nativ oder zusätzlich, radial außen. Auf diese Weise wird eine elektrische Isolie rung des Kühlkanals bzw. des durch den Kühlkanal geführten Kühlmittels gegen über den radial außerhalb bzw. radial innerhalb des Kühlkanals im Zwischenraum angeordneten Statorwicklungen gestellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung, die mit der vorangehend erläu terten Weiterbildung kombiniert werden kann, begrenzt die Schutzbeschichtung in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung den Kühlkanal in Umfangsrich tung. Auf diese Weise wird die elektrische Isolierung des Kühlkanals bzw. des durch den Kühlkanal geführten Kühlmittels gegenüber den elektrisch leitenden Statorzähnen sichergestellt.
Besonders zweckmäßig kann, insbesondere im Bereich eines radial äußeren Endabschnitts des Zwischenraums, ein weiterer Kühlkanal angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Kühlung der Statorwicklungen(en) signifikant verbessert werden.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform bildet der Kunststoff eine in dem Zwischenraum angeordnete weitere Schutzbeschichtung aus, welche den weite ren Kühlkanal zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, begrenzt oder umhüllt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung begrenzt die weitere Schutzbe schichtung in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung den weiteren Kühl kanal radial innen und, alternativ oder zusätzlich, radial außen. Mithilfe der weite ren Schutzbeschichtung wird eine elektrische Isolierung des weiteren Kühlkanals bzw. des durch den weiteren Kühlkanal geführten Kühlmittels gegenüber den ra dial außerhalb bzw. radial innerhalb des weiteren Kühlkanals im Zwischenraum angeordneten Statorwicklungen sichergestellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung, die mit der vorangehend erläu terten Weiterbildung kombiniert werden kann, begrenzt in dem Querschnitt senk recht zur axialen Richtung die weitere Schutzbeschichtung den weiteren Kühlka nal in Umfangsrichtung. Auf diese Weise wird die elektrische Isolierung des weite ren Kühlkanals bzw. des durch den weiteren Kühlkanal geführten Kühlmittels ge genüber den elektrisch leitenden Statorzähnen sichergestellt. Zweckmäßig ist der im Bereich des radial inneren Endabschnitts angeordnete Kühlkanal in dem mittels der Phasenisolierung aus Kunststoff gebildeten radial inneren Teilraum angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist der im Bereich des ra dial äußeren Endabschnitts angeordnete Kühlkanal in dem mittels der Phaseniso lierung aus Kunststoff gebildeten radial äußeren Teilraum angeordnet. Auf diese Weise können sowohl radial innen als auch radial außen im Zwischenraum ange ordnete Leiterelemente der Statorwicklung(en) durch Wärmeübertragung auf das durch den jeweiligen Kühlkanal geführte Kühlmittel hochwirksam gekühlt werden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist zwischen zumindest zwei Leiterelementen und, alternativ oder zusätzlich, zwischen zumindest einem Lei terelement und der auf den Oberflächenabschnitten der Statorzähne bzw. des Statorkörpers angeordneten elektrischen Isolationsschicht zumindest abschnitts weise ein Spalt ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform bildet der erfindungswe sentliche Kunststoff eine Spaltfüllung aus, mit welcher der Spalt wenigstens teil weise, vorzugsweise vollständig, gefüllt ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der Kunststoff eine elektrisch isolierende Kunststoffmasse umfassen, in welche die Statorwicklung eingebettet ist.
Zweckmäßig kann der Zwischenraum in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung die Geometrie eines Trapezes, vorzugsweise eines Rechtecks, aufwei sen. Die Geometrie eines Trapezes bzw. Rechteck erlaubt es, sowohl wenigstens einen Kühlkanal als auch eine große Anzahl von Leiterelementen bzw. Stator wicklungen im jeweiligen Zwischenraum zu platzieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der auf den Oberflächenabschnit ten der Statorzähne vorgesehene Kunststoff durch ein elektrisch isolierendes ers- tes Kunststoffmaterial gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Ausfüh- rungsform der die zumindest eine Phasenisolierung ausbildende Kunststoff durch ein zweites Kunststoffmaterial gebildet. Des Weiteren können der die erste und, alternativ oder zusätzlich, der die weitere Schutzbeschichtung ausbildende Kunststoff durch das zweite Kunststoffmaterial oder, alternativ dazu, durch ein drittes Kunststoffmaterial gebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind das erste und, alternativ oder zu sätzlich, das zweite und, alternativ oder zusätzlich, das dritte Kunststoffmaterial identische Materialien. Bei einer dazu alternativen Weiterbildung können das ers te und, alternativ oder zusätzlich, das zweite und, alternativ oder zusätzlich, das dritte Kunststoffmaterial unterschiedliche Materialien sein.
Zweckmäßig können das erste und, alternativ oder zusätzlich, das zweite und, al ternativ oder zusätzlich, das dritte Kunststoffmaterial aus einem Thermoplasten bestehen oder einen solchen Thermoplasten umfassen. Ebenso zweckmäßig können das erste und, alternativ oder zusätzlich, das zweite und, alternativ oder zusätzlich, das dritte Kunststoffmaterial aus einem Duroplasten bestehen oder ei nen Duroplasten umfassen.
Zweckmäßig weisen das erste und, alternativ oder zusätzlich, das zweite und, al ternativ oder zusätzlich, das dritte Kunststoffmaterial identische Wärmeleitfähig keiten auf. Alternativ oder zusätzlich können das erste und, alternativ oder zu sätzlich, das zweite und, alternativ oder zusätzlich, das dritte Kunststoffmaterial unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten aufweisen.
Zweckmäßig können das erste und, alternativ oder zusätzlich, das zweite und, al ternativ oder zusätzlich, das dritte Kunststoffmaterial identische Materialien sein. Ebenso können das erste und, alternativ oder zusätzlich, das zweite und, alterna- tiv oder zusätzlich, das dritte Kunststoffmaterial aber auch unterschiedliche Mate rialien sein.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die zumindest eine Statorwicklung Teil einer verteilten Wicklung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs, insbesondere des ersten und, alternativ oder zusätzlich, des zweiten und, alternativ oder zusätzlich, des dritten Kunststoffmaterials mindestens 0,5 W/mK, vorzugsweise mindestens 1 W/m K.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Zwischenraum mittels des Kunststoffs im Wesentlichen spaltfrei ausgebildet.
Bei einer besonders einfach zu realisierenden Ausführungsform ist in dem Zwi schenraum nur ein einziger, also kein zweiter Kühlkanal vorgesehen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Maschine einen Kühlmittel verteilerraum und einen axial im Abstand zu diesem angeordneten Kühlmittel sammlerraum. Dabei kommuniziert der Kühlmittelverteilerraum mittels des wenigs tens einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanals fluidisch mit dem Kühlmittelsammlerraum. Bevorzugt sind zwischen dem Kühlmittelverteilerraum und dem Kühlmittelsammlerraum mehrere solche Kühlkanäle vorgesehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der Kühlmittelverteilerraum und, alternativ oder zusätzlich, der Kühlmittelsammlerraum zur thermischen Ankopp lung an die Statorwicklungen wenigstens teilweise in dem erfindungswesentlichen Kunststoff angeordnet, welcher in diesem Fall aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial besteht. Dies ermöglicht einen besonders guten Wärmeüber- gang zwischen dem Kühlmittelverteilerraum bzw. Kühlmittelsammlerraum und den Statorwicklungen, sodass auch der Kühlmittelverteilerraum bzw. der Kühlmittel sammlerraum zur direkten Aufnahme von Wärme von den Statorwicklungen ver wendet werden kann.
Besonders bevorzugt begrenzt der elektrisch isolierende Kunststoff den Kühlmit telverteilerraum und, alternativ oder zusätzlich, den Kühlmittelsammlerraum zur thermischen Ankopplung an die Statorwicklungen wenigstens teilweise.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit ei ner vorangehend vorgestellten elektrischen Maschine. Die oben erläuterten Vor teile der elektrischen Maschine übertragen sich daher auch auf das erfindungs gemäße Fahrzeug.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschrei bung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch: Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in ei nem Längsschnitt entlang der Rotationsachse des Rotors,
Fig. 2 den Stator der elektrischen Maschine gemäß Figur 1 in einem Quer schnitt senkrecht zur Rotationsachse des Rotors,
Fig. 3 eine Detaildarstellung des Stators der Figur 2 im Bereich eines Zwi schenraums zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Statorzähnen,
Fig. 4 eine Weiterbildung des Beispiels gemäß Figur 3 mit einem zusätzli chen, zweiten Kühlkanal,
Fig. 5 eine Variante des Beispiels gemäß Figur 3, bei welchem die Stator wicklungen nicht durch Wicklungsstäbe, sondern durch in eine Kunststoffmasse gebildete Wicklungsdrähte gebildet sind.
Figur 1 illustriert ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 in einer Schnittdarstellung. Die elektrische Maschine 1 ist so dimensioniert, dass sie in einem Fahrzeug, vorzugsweise in einem Straßenfahrzeug, eingesetzt wer den kann.
Die elektrische Maschine 1 umfasst einen in der Figur 1 nur grobschematisch dargestellten Rotor 3 und einen Stator 2. Zur Verdeutlichung ist der Stator 2 in Fi gur 2 in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse D entlang der Schnittli nie II - II der Figur 1 in separater Darstellung dargestellt. Entsprechend Figur 1 besitzt der Rotor 3 eine Rotorwelle 31 und kann mehrere, in der Figur 1 nicht nä- her dargestellte Magnete aufweisen, deren magnetische Polarisationen entlang der Umfangsrichtung U abwechseln. Der Rotor 3 ist um eine Rotationsachse D drehbar, deren Lage durch die Mittellängsachse M der Rotorwelle 31 festgelegt ist. Durch die Rotationsachse D wird eine axiale Richtung A definiert, welche sich parallel zur Rotationsachse D erstreckt. Eine radiale Richtung R steht senkrecht zur axialen Richtung A. Eine Umfangsrichtung U rotiert um die Rotationsachse D.
Wie Figur 1 erkennen lässt, ist der Rotor 3 im Stator 2 angeordnet. Somit handelt es sich bei der hier gezeigten elektrischen Maschine 1 um einen sogenannten In nenläufer. Denkbar ist aber auch eine Realisierung als sogenannter Außenläufer, bei welcher der Rotor 3 außerhalb des Stators 2 angeordnet ist. Die Rotorwelle 31 ist in einem ersten Wellenlager 32a und, dazu axial beabstandet, in einem zweiten Wellenlager 32b um die Rotationsachse D drehbar am Stator 2 gelagert.
Der Stator 2 umfasst außerdem in bekannter Weise mehrere, zum Erzeugen ei nes magnetischen Felds elektrisch bestrombare Statorwicklungen 6. Durch mag netische Wechselwirkung des von den Magneten des Rotors 3 erzeugten magne tischen Feldes mit dem von den elektrisch leitenden Statorwicklungen 6 erzeug ten magnetischen Felds wird der Rotor 3 in Rotation versetzt.
Dem Querschnitt der Figur 2 entnimmt man, dass der Stator 2 einen ringförmigen Statorkörper 7, beispielsweise aus Eisen, aufweisen kann. Insbesondere kann der Statorkörper 7 aus mehreren, entlang der axialen Richtung A aufeinandergesta- pelten und miteinander verklebten Statorkörperplatten (nicht gezeigt) gebildet sein. An dem Statorkörper 7 sind radial innen mehrere Statorzähne 8 angeformt, die sich entlang der axialen Richtung A erstrecken, radial nach innen vom Stator körper 7 weg abstehen und entlang der Umfangsrichtung U beabstandet zueinan der angeordnet sind. Jeder Statorzahn 8 trägt eine Statorwicklung 6. Die einzel nen Statorwicklungen 6 bilden zusammen eine Wicklungsanordnung. Je nach An- zahl der von den Statorwicklungen 6 zu bildenden magnetischen Pole können die einzelnen Statorwicklungen 6 der gesamten Wicklungsanordnung in geeigneter Weise elektrisch miteinander verdrahtet sein.
Im Betrieb der Maschine 1 erzeugen die elektrisch bestromten Statorwicklungen 6 Abwärme, die aus der Maschine 1 abgeführt werden muss, um eine Überhitzung und eine damit einhergehende Beschädigung oder gar Zerstörung der Maschine 1 zu verhindern. Daher werden die Statorwicklungen 6 mithilfe eines Kühlmittels K gekühlt, welches durch den Stator 2 geführt wird und die von den Statorwicklun gen 6 erzeugte Abwärme durch Wärmeübertragung aufnimmt.
Um das Kühlmittel K durch den Stator 2 zu führen, umfasst die Maschine 1 einen Kühlmittelverteilerraum 4, in welchen über einen Kühlmitteleinlass 33 ein Kühlmit tel K eingeleitet werden kann. Entlang der axialen Richtung A im Abstand zum Kühlmittelverteilerraum 4 ist ein Kühlmittelsammlerraum 5 angeordnet. Der Kühl mittelverteilerraum 4 kommuniziert mittels mehrerer Kühlkanäle 10, von welchen in der Darstellung der Figur 1 nur ein einziger erkennbar ist, fluidisch mit dem Kühlmittelsammlerraum 5. In einem in den Figuren nicht gezeigten Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung A können der Kühlmittelverteilerraum 4 und der Kühlmittelsammlerraum 5 jeweils eine ringförmige Geometrie besitzen. Entlang der Umfangsrichtung U sind mehrere Kühlkanäle 10 beabstandet zueinander an geordnet, die sich jeweils entlang der axialen Richtung A vom ringförmigen Kühl mittelverteilerraum 4 zum ringförmigen Kühlmittelsammlerraum 5 erstrecken. So mit kann das über den Kühlmitteleinlass 33 in den Kühlmittelverteilerraum 4 ein- gebrachte Kühlmittel K auf die einzelnen Kühlkanäle 10 verteilt werden. Nach dem Durchströmen der Kühlkanäle 10 und der Aufnahme von Wärme von den Statorwicklungen 6 wird das Kühlmittel K im Kühlmittelsammlerraum 5 gesammelt und über einen am Stator 2 vorgesehenen Kühlmittelauslass 34 wieder aus der Maschine 1 ausgeleitet. Wie die Darstellungen der Figuren 1 und 2 erkennen lassen, sind die Statorwick lungen 6 und die Kühlkanäle 10 in Zwischenräumen 9 angeordnet, die zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung U benachbarten Statorzähnen 8 ausgebildet sind. Besagte Zwischenräume 9 sind dem einschlägigen Fachmann auch als so genannte“Statornuten“ oder“Statorschlitze“ bekannt, die sich ebenso wie die Statorzähne 8 entlang der axialen Richtung A erstrecken.
Im Folgenden wird die Darstellung der Figur 3 erläutert, welche einen zwischen zwei in Umfangsrichtung U benachbarten Statorzähnen 8 - im Folgenden auch als Statorzähne 8a, 8b bezeichnet - ausgebildeten Zwischenraum 9 in einer De taildarstellung zeigt.
Wie Figur 3 veranschaulicht, weist der Zwischenraum 9 radial innen eine Öffnung 52 auf, ist also radial innen offen ausgebildet. Der Zwischenraum 9 kann in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung A die Geometrie eines Trapezes, ins besondere eines Rechtecks, aufweisen. Im Beispiel der Figur 3 ist der Kühlkanal 10 im Bereich eines radial inneren Endabschnitts 56a des Zwischenraums 9 bzw. der Statornut 54, also im Bereich der Öffnung 52, angeordnet.
Um die Wärmeübertragung der von den Statorwicklungen 6 erzeugten Abwärme auf das durch die Kühlkanäle 10 strömende Kühlmittel K zu verbessern, ist ent sprechend Figur 3 in den Zwischenräumen 9 neben einem Kühlkanal 10 und einer Statorwicklung 6 zusätzlich ein wärmeleitender Kunststoff 11 angeordnet. Bevor zugt ist dieser Kunststoff 11 durch Spritzgießen in den Zwischenraum 9 einge bracht.
Wie Figur 3 erkennen lässt, ist der Kunststoff 1 1 auf Oberflächenabschnitten 50b, 50c zweier in Umfangsrichtung U benachbarter Statorzähne 8 angeordnet, die den Zwischenraum 9 begrenzen. Ferner ist der Kunststoff 11 auf einem Oberflä chenabschnitt 50a des Statorkörpers 7 angeordnet, der den Zwischenraum 9 ra dial außen begrenzt.
Zweckmäßig ist der auf den Oberflächenabschnitten 50a, 50b, 50c angeordnete Kunststoff 11 ein elektrisch isolierender Kunststoff. Somit ist sichergestellt, dass sowohl der im Zwischenraum 9 angeordnete Kühlkanal 10 als auch die im selben Zwischenraum 9 angeordnete Statorwicklung 6 mittels des Kunststoffs 11 jeweils elektrisch gegenüber den Statorzähnen 8 isoliert sind. Darüber hinaus ist die Statorwicklung 6 über den Kunststoff 11 wärmeleitend mit dem Kühlkanal 10 ver bunden, so dass in bzw. von der Statorwicklung 6 erzeugte Abwärme über den Kunststoff 11 auf das durch den Kühlkanal 10 strömende Kühlmittel K übertragen und somit von der Statorwicklung 6 abgeführt werden kann.
Der auf den drei Oberflächenabschnitten 50a, 50b, 50c angeordnete Kunststoff 11 bildet eine elektrisch isolierende und wärmeleitende Isolationsschicht 51 aus, welche die Oberflächenabschnitte 50a, 50b, 50c bedeckt. Beispielsweise kann ei ne Schichtdicke d der Isolationsschicht 51 zwischen 0,2 mm und 0,5 mm betra gen.
Gemäß Figur 3 kann der Kunststoff 11 nicht nur die Isolationsschicht 51 ausbil den, sondern - alternativ oder zusätzlich dazu - auch eine im Zwischenraum 9 bzw. in der Statornut 54 angeordnete Phasenisolierung 58. Die Phasenisolierung 58 unterteilt den Zwischenraum 9 in einen radial inneren und in einen radial äu ßeren Teilraum 59a, 59b. Somit können in dem radial inneren Teilraum 59a erste Leiterelemente 60a der Statorwicklung 6 angeordnet werden, die eine erste Pha senwicklung 70a ausbilden. Ebenso können in dem radial äußeren Teilraum 59b zweite Leiterelemente 60b der Statorwicklung 6 angeordnet werden, die eine zweite Phasenwicklung 70b ausbilden, die elektrisch gegenüber der ersten Pha senwicklung 70a isoliert ist.
Zweckmäßig erstreckt sich die Phasenisolierung 58 entlang der Umfangsrichtung U. Bevorzugt verbindet die Phasenisolierung 58 die beiden auf den benachbarten Statorzähnen 8a, 8b angeordneten Isolationsschichten 51 aus dem Kunststoff 11 miteinander.
Man erkennt, dass der Kunststoff 11 nicht nur die elektrische Isolationsschicht 51 , sondern auch eine in dem Zwischenraum 9 angeordnete erste Schutzbeschich tung 75 ausbildet, welche den Kühlkanal 10 begrenzt bzw. umgibt. Die Bereitstel lung eines Rohrkörpers oder dergleichen zur fluiddichten Begrenzung des Kühl kanals 10 derart, dass aus diesem kein Kühlmittel K austreten kann, ist somit überflüssig.
Im Beispielszenario der Figur 3 verschließt die erste Schutzbeschichtung 75 die Öffnung 52 des offen ausgebildeten Zwischenraums 9 bzw. der Statornut 54.
Wie Figur 3 ferner erkennen lässt, ist die Statorwicklung 6 auch über den die ers te Schutzbeschichtung 75 bildenden Kunststoff 11 nicht nur elektrisch gegenüber dem Kühlkanal 10 isoliert, sondern auch wärmeleitend mit diesem verbunden, so dass in bzw. von der Statorwicklung 6 erzeugte Abwärme auch über die erste Schutzbeschichtung 75 auf das durch den Kühlkanal 10 strömende Kühlmittel K übertragen werden kann.
Die ersten Leiterelemente 60a sind im radial inneren Teilraum 59a und die zwei ten Leiterelemente 60b im radial äußeren Teilraum 59b angeordnet. Der im Bereich des radial inneren Endabschnitts 54a angeordnete Kühlkanal 10 ist in dem mittels der Phasenisolierung 58 aus Kunststoff 11 gebildeten radial in neren Teilraum 59a angeordnet.
Wie Figur 3 erkennen lässt, umfasst die im Zwischenraum 9 angeordnete Stator wicklung 6 erste Leiterelemente 60a und zweite Leiterelemente 60b, die im Zwi schenraum 9 entlang der radialen Richtung R nebeneinander und im Abstand zu einander angeordnet sind. Zwischen jeweils zwei entlang der radialen Richtung R benachbarten Leiterelementen 60a, 60b ist ein Spalt 61 ausgebildet, der sich be vorzugt entlang der Umfangsrichtung U erstrecken kann. Dabei bildet der Kunst stoff 11 eine Spaltfüllung 62 aus, mit welcher der Spalt 61 vollständig befüllt ist.
In ähnlicher Weise kann zwischen den ersten und zweiten Leiterelementen 60a, 60b und der auf den Oberflächenabschnitten 50b, 50c der Statorzähne 8a, 8b an geordneten elektrischen Isolation ein Spalt 61 ausgebildet sein. Auch in diesem Fall bildet der Kunststoff 11 eine Spaltfüllung 62 aus, mittels welcher der Spalt 61 befüllt ist. Es versteht sich, dass besagter, mit dem Kunststoff 11 befüllter Spalt 61 sich auch nur abschnittsweise erstrecken kann oder in Form eines sogenann ten Lufteinschlusses vorliegen kann. Denkbar ist auch, dass mehrere Spalte 61 bzw. Lufteinschlüsse vorliegen, die mit der Spaltfüllung 62 aus dem Kunststoff 11 befüllt sind. Somit sind in dem in Figur 3 dargestellten Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung A alle ersten und zweiten Leiterelemente 60a, 60b von dem elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Kunststoff 11 umgeben.
Die ersten und zweiten Leiterelemente 60a, 60b sind jeweils als erste bzw. zweite Wicklungsstäbe 65a, 65b aus einem elektrisch leitenden und mechanisch steifen Material gebildet. In dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung A weisen die ersten und zweiten Wicklungsstäbe 65a, 65b jeweils die Geometrie eines Recht ecks 66 mit zwei Schmalseiten 67 und zwei Breitseiten 68 auf. Gemäß Figur 3 sind die ersten Leiterelemente 60a im radial inneren Teilraum 59a angeordnet und zum Anschluss an eine gemeinsame erste Phase einer elektri schen Stromquelle elektrisch miteinander verbunden. Entsprechend sind die zwei ten Leiterelemente 60b im radial äußeren Teilraum 59b angeordnet und zum An schluss an eine gemeinsame zweite Phase der elektrischen Stromquelle elektrisch miteinander verbunden. Ferner sind ersten Leiterelemente 60a mittels der Phasenisolierung 58 elektrisch gegenüber den zweiten Leiterelementen 60b isoliert.
Die Figur 4 zeigt eine Weiterbildung des Beispiels der Figur 3. Das Beispiel der Figur 4 unterscheidet sich von jenem der Figur 3 darin, dass im Bereich eines ra dial äußeren Endabschnitts 56b des Zwischenraum 9 bzw. der Statornut 54, der dem radial inneren Endabschnitt 56a bezüglich der radialen Richtung gegenüber liegt, ein zusätzlicher Kühlkanal 10 angeordnet ist.
Im Beispiel der Figur 4 bildet der Kunststoff 11 - in analoger Weise zur ersten Schutzbeschichtung 75 des Kühlkanals 10 - eine im Zwischenraum 9 angeordne te zweite Schutzbeschichtung 75 aus, die den zusätzlichen Kühlkanal 10 begrenzt und somit umhüllt. Wie Figur 4 erkennen lässt, ist der im radial äußeren Endab schnitt 56b angeordnete zusätzliche Kühlkanal 10 in dem mittels der vom Kunst stoff 11 gebildeten Phasenisolierung 58 gebildeten radial äußeren Teilraum 59b des Zwischenraums 9 bzw. der Statornut 54 angeordnet. In analoger Weise zur ersten Schutzbeschichtung 75 kann auch die zweite Schutzbeschichtung 75 in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung A den zweiten Kühlkanal 10 ra dial innen und radial außen begrenzen. Ebenso kann die zweite Schutzbeschich tung 75 in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung A den zweiten Kühl kanal 10 in Umfangsrichtung U des Stators 2 umgeben und auf diese Weise be grenzen. Die Figur 5 zeigt eine Variante des Beispiels der Figur 3. Im Beispiel der Figur 5 bildet der Kunststoff eine Kunststoffmasse, in welche die Statorwicklung 6 einge bettet ist. Im Beispiel der Figur 5 sind die Leiterelemente 65 der Statorwicklung 6 durch Wicklungsdrähte 72 gebildet, die Teil einer verteilten Wicklung sind.
Der auf den Oberflächenabschnitten 50a, 50b, 50c der Statorzähne 8a, 8b vorge sehene Kunststoff 11 kann durch ein, vorzugsweise elektrisch isolierendes, erstes Kunststoffmaterial K1 gebildet sein. Der die Phasenisolierung 58 ausbildende Kunststoff 11 kann durch ein zweites Kunststoffmaterial K2 gebildet sein. Der die erste und zweite Schutzbeschichtung 75 ausbildende Kunststoff 11 kann durch das zweite Kunststoffmaterial K2 oder durch ein davon verschiedenes drittes Kunststoffmaterial K3 gebildet sein. Zweckmäßig ist das zweite Kunststoffmaterial K2 elektrisch isolierend oder elektrisch leitend ausgebildet. Auch das dritte Kunststoffmaterial K3 kann entweder elektrisch isolierend oder elektrisch leitend ausgebildet sein. Das erste Kunststoffmaterial K1 kann ein Thermoplast oder ein Duroplast sein. Gleiches gilt für das zweite und das dritte Kunststoffmaterial K2, K3. Jeweils zwei oder sogar alle drei Kunststoffmaterialien K1 , K2, K3 können identische Wärmeleitfähigkeiten aufweisen sind. Alternativ dazu können das erste und, alternativ oder zusätzlich, das zweite und, alternativ oder zusätzlich, das drit te Kunststoffmaterial K1 , K2, K3 unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten aufwei sen. Das erste und, alternativ oder zusätzlich, das zweite und, alternativ oder zu sätzlich, das dritte Kunststoffmaterial K1 , K2, K3 können identische Materialien sein. Alternativ dazu können das erste und, alternativ oder zusätzlich, das zweite und, alternativ oder zusätzlich, das dritte Kunststoffmaterial K1 , K2, K3 unter schiedliche Materialien sein.
Ebenso Zweckmäßig beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs 11 , insbe sondere des ersten und, alternativ oder zusätzlich, des zweiten und, alternativ oder zusätzlich, des dritten Kunststoffmaterials K1 , K2, K3, mindestens 0,5 W/mK, vorzugsweise mindestens 1 W/ m K.
Im Folgenden wird wieder auf Figur 1 Bezug genommen. Ferner ist gemäß Figur 1 der Stator 2 mit dem Statorkörper 7 und den Statorzähnen 8 axial zwischen ei nem ersten und einem zweiten Lagerschild 25a, 25b angeordnet.
Wie die Figur 1 erkennen lässt, ist ein Teil des Kühlmittelverteilerraums 4 in dem ersten Lagerschild 25a und ein Teil des Kühlmittelsammlerraums 5 in dem zwei ten Lagerschild 25b angeordnet. Der Kühlmittelverteilerraum 4 und der Kühlmit telsammlerraum 5 sind somit jeweils teilweise durch einen im Kunststoff 11 vorge sehenen Hohlraum 41 a, 41 b gebildet. Der erste Hohlraum 41 a wird dabei durch einen im ersten Lagerschild 25a ausgebildeten Hohlraum 42a zum Kühlmittelver teilerraum 4 ergänzt. Entsprechend wird der zweite Hohlraum 41 b durch einen im zweiten Lagerschild 25b ausgebildeten Hohlraum 42b zum Kühlmittelsammler raum 5 ergänzt. Bei der vorangehend erläuterten Ausführungsvariante begrenzt der Kunststoff 11 den Kühlmittelverteilerraum 4 sowie den Kühlmittelsammlerraum 5 also zumindest teilweise.
Im ersten Lagerschild 25a kann ferner eine Kühlmittelzuführung 35 ausgebildet sein, welche den Kühlmittelverteilerraum 4 fluidisch mit einem außen, insbeson dere wie in Figur 1 dargestellt umfangsseitig, am ersten Lagerschild 25a vorgese henen Kühlmitteleinlass 33 verbindet. Im zweiten Lagerschild 25b kann entspre chend eine Kühlmittelabführung 36 ausgebildet sein, welche den Kühlmittelsamm lerraum 5 fluidisch mit einem außen, insbesondere wie in Figur 1 dargestellt um fangsseitig, am Lagerschild 25b vorgesehenen Kühlmittelauslass 34 verbindet. Dies ermöglicht eine Anordnung des Kühlmittelverteilerraums 4 bzw. des Kühlmit telsammlerraum 5 jeweils radial außen am ersten bzw. zweiten Endabschnitt 14a, 14b der betreffenden Statorwicklung 6 und auch in der Verlängerung dieser End- abschnitte 14a, 14b entlang der axialen Richtung A. Die im Betrieb der Maschine 1 thermisch besonders belasteten Endabschnitte 14a, 14b der Statorwicklungen 6 werden auch mittels dieser Maßnahme besonders effektiv gekühlt.
Gemäß Figur 1 kann der Kunststoff 11 auch auf einer Außenumfangsseite 30 des Statorkörpers 7 angeordnet sein und somit auf der Außenumfangsseite 30 eine Kunststoffbeschichtung 11.1 ausbilden. Somit kann der typischerweise aus elektrisch leitenden Statorplatten gebildete Statorkörper 7 des Stators 2 elektrisch gegen die Umgebung isoliert werden. Die Bereitstellung eines separaten Gehäu ses zur Aufnahme des Statorkörpers 7 kann somit entfallen.
*****

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Maschine (1 ), insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
mit einem Rotor (3), der um eine Rotationsachse (D) drehbar ist, durch wel che eine axiale Richtung (A) der elektrischen Maschine (1 ) definiert ist, und mit einem Stator (2), der elektrisch leitende Statorwicklungen (6) aufweist, mit wenigstens einem von einem Kühlmittel (K) durchströmbaren Kühlkanal (10) zum Kühlen der Statorwicklungen (6),
wobei der Stator (2) sich entlang der axialen Richtung (A) erstreckende und entlang einer Umfangsrichtung (U) des Rotors (3) beabstandet zueinander angeordnete Statorzähne (8) besitzt, welche die Statorwicklungen (6) tragen, wobei zumindest ein Kühlkanal (10) und zumindest eine Statorwicklung (6) in zumindest einem Zwischenraum (9) angeordnet sind, der zwischen zwei in der Umfangsrichtung (U) benachbarten Statorzähnen (8, 8a, 8b) ausgebildet ist,
wobei in dem Zwischenraum (9) ein Kunststoff (11 ) zur Übertragung von Wärme von der Statorwicklung (6) auf den wenigstens einen Kühlkanal (10) angeordnet ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kunststoff auf den Oberflächenabschnitten (50, 50a, 50b, 50c) der beiden benachbarten, den Zwischenraum (9) begrenzenden Statorzähne (8) ange ordnet ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stator einen Statorkörper (7) umfasst, von welchem die Statorzähne (8a, 8b) radial nach innen abstehen; und dass
der Kunststoff auf einem Oberflächenabschnitt (50, 50a, 50b, 50c) des Stator körpers angeordnet ist, der den Zwischenraum (9) radial außen begrenzt.
4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der auf den Oberflächenabschnitten (50, 50a, 50b) angeordnete Kunststoff (11 ) eine elektrisch isolierende Isolationsschicht (51 ) bildet, welche die Ober flächenabschnitte der beiden den Zwischenraum (9) begrenzenden benach barten Statorzähne (8, 8a, 8b) und/oder des Statorkörpers (7) bedeckt.
5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Kühlkanal (10) im Bereich eines radial inneren oder radi al äußeren Endabschnitts (56a, 56b) des Zwischenraums (9) angeordnet ist.
6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kunststoff (11 ) zumindest eine im Zwischenraum (9) angeordnete Pha senisolierung (58) ausbildet, welche den Zwischenraum (9) in einen radial in neren und in einen radial äußeren Teilraum (59a, 59b) unterteilt, so dass in dem radial inneren Teilraum (59a) erste Leiterelemente (60a) der Statorwick lung (6) angeordnet werden können, die eine erste Phasenwicklung (70a) ausbilden, und in dem radial äußeren Teilraum (59b) zweite Leiterelemente (60b) der Statorwicklung (9) angeordnet werden können, die eine zweite Pha- senwicklung (70b) ausbilden, die elektrisch gegenüber der ersten Phasen wicklung (70a) isoliert ist.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Phasenisolierung (58) entlang der Umfangsrichtung U erstreckt und die beiden auf den benachbarten Statorzähnen (8a, 8b) angeordneten Isolati onsschichten (51 ) aus dem Kunststoff (11 ) miteinander verbindet.
8. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Statorwicklung wenigstens ein erstes Leiterelement (60a) und wenigstens ein zweites Leiterelement (60b) umfasst,
die ersten Leiterelemente (60a) im radial inneren Teilraum (59a) angeordnet und zum Anschluss an eine gemeinsame erste Phase einer elektrischen Stromquelle elektrisch miteinander verbunden sind; und dass
die zweiten Leiterelemente (60b) im radial äußeren Teilraum (59b) angeord net und zum Anschluss an eine gemeinsame zweite Phase der elektrischen Stromquelle elektrisch miteinander verbunden sind.
9. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung (A) zumindest ein erstes oder/und ein zweites Leiterelement (60a, 60b), vorzugsweise alle ersten o- der/und zweiten Leiterelemente (60a, 60b), von dem elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Kunststoff umgeben sind.
10. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten oder/und zweiten Leiterelemente (60a, 60b) als Wicklungsstäbe (65a, 65b) aus einem elektrisch leitenden Material gebildet sind.
11. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung (A) zumindest ein Wick lungsstab (65a, 65b), vorzugsweise alle Wicklungsstäbe (65a, 65b), die Ge ometrie eines Rechtecks (66) mit zwei Schmalseiten (67) und mit zwei Breit seiten (68) aufweist.
12. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Leiterelemente (60a) mittels der Phasenisolierung (58), elektrisch gegenüber den zweiten Leiterelementen (60b) isoliert sind.
13. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Bereich des radial äußeren Endabschnitts (56b) oder des radial inneren Endabschnitts (56a) des Zwischenraums (9) ein weiterer Kühlkanal (10) an geordnet ist.
14. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der im Bereich des radial inneren Endabschnitts (56a) angeordnete Kühlkanal (10) in dem mittels der Phasenisolierung (58) aus Kunststoff (11 ) gebildeten radial inneren Teilraum (59a) angeordnet ist; oder/und dass der im Bereich des radial äußeren Endabschnitts (56b) angeordnete Kühlka nal (10) in dem mittels der Phasenisolierung (58) aus Kunststoff (11 ) gebilde ten radial äußeren Teilraum (59b) angeordnet ist.
15. Elektrische Maschine nach Anspruch 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen zumindest zwei Leiterelementen (60a) oder/und zwischen zumin dest einem Leiterelement (60a, 60b) und der auf den Oberflächenabschnitten (50a, 50b, 50c) der Statorzähne (8, 8a, 8b) bzw. des Statorkörpers (7) ange ordneten elektrischen Isolationsschicht (51 ) zumindest abschnittsweise ein Spalt (63) ausgebildet ist; und dass
der Kunststoff (11 ) eine Spaltfüllung (64) ausbildet, mit welcher der Spalt (63) wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, gefüllt ist.
16. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kunststoff (11 ) eine Kunststoffmasse (71 ) umfasst, in welche die Stator wicklung (6) eingebettet ist.
17. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zwischenraum (9) in einem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung (A) die Geometrie eines Trapezes, vorzugsweise eines Rechtecks, besitzt.
18. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der auf den Oberflächenabschnitten (50, 50a, 50b, 50c) der Statorzähne (8, 8a, 8b) vorgesehene Kunststoff (11 ) durch ein elektrisch isolierendes erstes Kunststoffmaterial (K1 ) gebildet ist, der die zumindest eine Phasenisolierung (58) ausbildende Kunststoff (11 ) durch ein zweites Kunststoffmaterial (K2) gebildet ist,
der die Schutzbeschichtung (75) oder/und die weitere Schutzbeschichtung (75) ausbildende Kunststoff (11 ) durch das zweite Kunststoffmaterial (K2) o- der durch ein drittes Kunststoffmaterial (K3) gebildet ist.
19. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Kunststoffmaterial (K2) elektrisch isolierend oder elektrisch leitend ausgebildet ist; oder/und dass
das dritte Kunststoffmaterial (K3) elektrisch isolierend oder elektrisch leitend ausgebildet ist.
20. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Kunststoffmaterial (K1 ) oder/und das zweite Kunststoffmaterial (K2) oder/und das dritte Kunststoffmaterial (K3) ein Thermoplast ist,
das erste Kunststoffmaterial (K1 ) oder/und das zweite Kunststoffmaterial (K2) oder/und das dritte Kunststoffmaterial (K3) ein Duroplast ist.
21. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste oder/und zweite oder/und dritte Kunststoffmaterial (K1 , K2, K3) identische Wärmeleitfähigkeiten aufweisen sind; oder/und dass
das erste oder/und zweite oder/und dritte Kunststoffmaterial (K1 , K2, K3) un terschiedliche Wärmeleitfähigkeiten aufweisen.
22. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste oder/und das zweite oder/und das dritte Kunststoffmaterial (K1 , K2, K3) identische Materialien sind; oder/und dass
das erste oder/und das zweite oder/und das dritte Kunststoffmaterial unter schiedliche (K1 , K2, K3) Materialien sind.
23. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Statorwicklung (6) Teil einer verteilten Wicklung ist.
24. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs (11 ), insbesondere des ersten o- der/und des zweiten oder/und des dritten Kunststoffmaterials (K1 , K2, K3), mindestens 0,5 W/ m K, vorzugsweise mindestens 1 W / m K, beträgt.
25. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zwischenraum (9) mittels des Kunststoffs (11 ) im Wesentlichen spaltfrei oder/und frei von Lufteinschlüssen ausgebildet ist.
*****
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