EP4320716A1 - Stator of an electric prime mover, and electric prime mover - Google Patents

Stator of an electric prime mover, and electric prime mover

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Publication number
EP4320716A1
EP4320716A1 EP22718056.9A EP22718056A EP4320716A1 EP 4320716 A1 EP4320716 A1 EP 4320716A1 EP 22718056 A EP22718056 A EP 22718056A EP 4320716 A1 EP4320716 A1 EP 4320716A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
separating element
stator core
axial
radial
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
EP22718056.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Menhart
Stefan Riess
Johann Oswald
Carsten Sonntag
Andrä Carotta
Daniel Mahler
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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 Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4320716A1 publication Critical patent/EP4320716A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/02—Casings or enclosures characterised by the material thereof

Definitions

  • the invention relates to a stator of an electric drive machine, in particular an axial flow machine, and an electric drive machine with the stator.
  • the electric drive train of electrically driven motor vehicles is known from the prior art. This consists of components for energy storage, energy conversion and energy transmission.
  • the energy conversion components include electrical machines, for example axial flow machines.
  • Various designs with one or more stators and one or more rotors are known from the prior art.
  • An electrical axial flux machine also referred to as a transverse flux machine, is a motor or generator in which the magnetic flux between a rotor and a stator is realized parallel to the axis of rotation of the rotor.
  • Other designations for electric axial flux machines are also brushless DC motors, permanently excited synchronous motors or disc motors.
  • the cooling ensures that critical temperatures, which could lead to damage to materials and components, are avoided.
  • the cooling contributes to improving the efficiency of the electrical machine, since the ohmic resistance in electrical conductors in particular is highly temperature-dependent, which means that the power losses increase at higher temperatures.
  • the cooling of an electrical rotary machine usually takes place largely in the stator. In the process, heat is dissipated from the wire coil to the surrounding housing or to the stator body itself and/or the surrounding air.
  • An electrical axial flow machine is known from WO 01/11755 A1, which has a stator on each side of a rotor.
  • the stators point in turn each have an annular yoke, with grooves which extend radially from the inside to the outside and in which multi-phase windings are guided.
  • cooling takes place by means of convection to the ambient air.
  • the object of the present invention is to provide a stator of an electric drive machine and a durable electric drive machine equipped with the stator, which combine an axially compact size with high performance.
  • stator of an electric drive machine according to claim 1 and by an electric drive machine according to claim 10.
  • Advantageous embodiments of the stator are specified in subclaims 2-9.
  • the invention relates to a stator of an electric drive machine, in particular an axial flow machine, which comprises a stator core and windings of at least one electrical conductor arranged in ring form on the stator core. Furthermore, the stator comprises at least one wet space for a coolant to flow through, so that heat can be absorbed by at least one winding from the coolant, and a separating element with which the wet space is separated from a dry space of the electrical prime mover is disconnected.
  • the partition member is sealed to the stator core at a first perimeter and at a second perimeter, the first perimeter having a lesser radial extent than the radially outside of the stator core and a greater radial extent than the radially outside of the annular shape of the winding assembly, and the second perimeter has a larger radial extent than the radial inside of the stator core and a smaller radial extent than the radial inside of the ring shape of the winding arrangement.
  • the stator core is in particular a part of a housing or an otherwise supporting part of the stator, on which stator teeth are arranged or which has stator teeth as integral components, which carry the windings.
  • a stator tooth is to be understood as meaning a projection that protrudes axially from the stator core, which has an essentially two-dimensional configuration, around which the winding is wound.
  • the stator core can be composed of several individual parts.
  • the stator may include a mounting ring that is bolted and/or staked to the stator core and the abutment of a respective one Seal is used, which realizes the sealing effect over the separating element.
  • fastening ring itself is also sealed with a further sealing element with respect to the stator core.
  • the radially inner side of the stator core is the radial edge of a bore or passageway running axially through the stator core for passage of a rotor shaft. If the stator does not have an axial opening, the radial inside of the stator core is the central area of the stator core through which the ideal axis of rotation of the electric drive machine runs.
  • the partition element is arranged in particular on an axial side of the wet space.
  • the totality of all windings forms the ring shape.
  • the wet space can also form the shape of a ring.
  • the stator includes a plurality of wet spaces that are arranged together in a ring shape. Compared to embodiments in which individual stator teeth or windings located there have to be cooled separately, simple cooling of all windings is possible here, with correspondingly little effort for sealing the wet space required for this and a correspondingly small installation space requirement.
  • the windings are arranged in particular in at least one wet space.
  • a stator is also understood to mean a stator half which, together with another stator half, forms a complete stator unit of an axial flux machine, with a rotor of the axial flux machine being positioned between the two stator halves. Due to the configuration of the stator according to the invention, it can be optimally cooled even with a small axial extent and consequently ensure a high power density. The separation between the wet room and the dry room is guaranteed, so that the rotor can be operated at high speed in the dry room without flow losses.
  • the separating element delimits the stator axially. Accordingly, the separating element is arranged in the electrical air gap between the stator and the rotor and limits the mechanical air gap between the stator and the rotor.
  • the dividing element essentially forms a plane on its axial side.
  • Small shaped elements outside of the planar course are not ruled out, but the course of the separating element on the axial side of the stator is essentially flat, that is to say two-dimensional.
  • the separating element has two essentially annular walls which are arranged concentrically and extend with at least one component of their extension in the axial direction, so that an annular cavity is formed between the annular walls for axial and, in some areas, radial Separation of the wet room, which is also essentially ring-shaped, from an adjacent dry room.
  • the annular walls form a separation of the wet space in the radial direction, with a connecting section of the separating element located between the annular walls in the radial direction realizing the axial separation of the wet space from the dry space.
  • the axial outside of the connecting section is, for example, designed to be flat or two-dimensional.
  • the dry room and the wet room are correspondingly spaced apart from one another by an air gap.
  • the sealing of the separating element relative to the stator core can be realized on the ring-shaped walls in the radial direction.
  • the sealing itself can be carried out on annular surface areas.
  • a respective element of the stator core that causes the sealing of the separating element can be an add-on part of the stator core, or also an integral part of the stator core.
  • At least one of the ring-shaped walls in the surface area where a seal rests can be made thicker than on the side of the axial boundary of the wet space.
  • This greater wall thickness serves in particular to absorb elastic restoring forces of sealing elements and is accordingly designed in such a way that it has sufficient compressive strength. At the same time, a positive locking of the position of the separating element can be realized in the axial direction.
  • the surface of the annular wall in the area where the seal rests is advantageously made with a lower roughness than on the side of the axial boundary of the wet space, in order to ensure sufficient liquid tightness.
  • the material of the separating element is a non-metallic material. This ensures that the separating element itself does not generate any or only minor electromagnetic losses during operation of the electric drive machine.
  • the separating element can be connected to the stator core and/or to at least one winding by means of an integral connection.
  • the material connection can in particular be an adhesive connection, for fixing the separating element on the stator core, with the material connection advantageously being made over a large area.
  • the integral connection ensures that the separating element extends axially essentially two-dimensionally even if there is overpressure in the wet space or if there is a pressure difference between the wet space and the dry space, and in this way does not restrict the air gap between the stator and the rotor.
  • the integral connection can also be used to seal the separating element.
  • the separating element can be arranged with a compressive prestress acting in the axial direction on the stator core and/or at least one winding. This means that the separating element is fixed to the stator core under prestress, so that the prestress prevents axial bulging of the separating element and thus prevents a reduction in the air gap between the separating element and an axially adjacent rotor of an axial flow machine, caused by excess pressure in the wet area becomes.
  • the axial delimiting side of the separating element can have axial shaped elements such as beads, for example, in order to increase the area moment of inertia of the axial delimiting side and thus improve the flexural rigidity, which also counteracts axial bulging.
  • elements are made available which, in the case of different temperature-related expansions of individual components of the stator, allow bending in the plane of the axial outside of the separating element and thus allow different temperature-related displacements of individual areas of the separating element that are firmly connected to the stator core and/or to the windings , without impermissible compressive or tensile stresses occurring in the partition element.
  • Shaped elements of this type can, in particular, be superimposed axially on the stator teeth.
  • surface areas of the partition element, which axially Superimpose stator teeth axially have a smaller distance from the stator core than surfaces of the separating element arranged adjacent to these surface areas, so that overall the separating element has depressions corresponding to the positions of the stator teeth on its axial outer side.
  • the invention relates to an electric drive machine, in particular an axial flow machine, comprising a stator according to the invention and a rotor, the rotor being arranged in a drying space of the electric drive machine.
  • the separating element is consequently arranged in the air gap of the electric drive machine.
  • Figure 1 an axial flow machine in a perspective view
  • Figure 2 a conventional axial flow machine in an exploded view
  • FIG. 3 a perspective view of a stator half of the axial flow machine designed according to the invention
  • Figure 4 an axial flow machine according to the present invention in an exploded view
  • FIG. 5 a separating element in top view
  • FIG. 6 one half of the stator in section according to the section line A-A indicated in FIG. 5,
  • the conventional axial flow machine 1 shown in FIGS. 1 and 2 comprises in the embodiment shown here two stator halves 11 as a stator 10 , between which a rotor 20 rotatable about an axis of rotation 21 is arranged axially with respect to the stator halves 11 .
  • a respective stator 10 comprises a bore 31 or a passage for the fluid passage of the shaft of the rotor 20 in the central area.
  • each stator half 11 includes what is known as a stator yoke, which can also be referred to as a stator core 30 .
  • Stator teeth 40 arranged essentially in a star shape extend in the axial direction from this stator core 30 .
  • each stator half 11 also has a number of windings 43 corresponding to the number of stator teeth 40 .
  • a winding 43 is assigned to each stator tooth 40 . Only the connections 42 of these windings 43 can be seen on the stator half 11 shown on the right in FIG. The entirety of the windings is the entire winding package 41.
  • connections 42 which run essentially parallel to the axis of rotation of the axial flow machine, connect axially opposite windings 43 to one another.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a stator half 11 of the axial flow machine. This includes the stator core 30 and windings which are arranged axially offset in relation thereto and are not visible here. These windings are with the one shown here Separation element 70 covered. It can be seen that the separating element 70 essentially has the shape of a circular ring.
  • the separating element 70 is designed essentially in the form of a plane 71 on its axial side. As the stator core 30 has a central bore 31 in the center, the separating element 70 is also designed to be continuous in the central area.
  • the separating element 70 is profiled according to the arrangement of stator teeth located underneath by the arrangement of axial shaped elements 78 which extend slightly out of the plane 71 .
  • the separating element 70 is surrounded by an outer fastening ring 110, which has passages 111 in the form of bores for the fast passage of connections 42 of the windings, not shown here.
  • FIG. 4 shows an electric drive machine according to the invention in the form of an axial flow machine in an exploded view.
  • the windings here are already axially covered by the separating element 70 . Also shown is the outer attachment ring 110 prior to its assembly to the partition member 70 .
  • FIG. 5 shows a top view of a stator half 11 with a separating element 70 together with the outer fastening ring 110 and an inner fastening ring 120 arranged in the central region.
  • the passages 111 for passing through the connections of the windings are also clearly visible in the outer fastening ring 110 .
  • FIG. 6 shows a section through the stator half 11 shown in FIG. 5 and the separating element 70 according to section line A-A.
  • stator teeth 40 and the windings 43 wound thereon around the stator teeth 40 are clearly visible here.
  • the separating element 70, which axially delimits the stator half 11, is also visible.
  • the partition element 70 comprises a first annular wall 73 and a second annular wall 75 which are arranged at different radial distances with respect to the axis of rotation 21 .
  • These annular walls 73, 75 extend essentially perpendicularly to the plane 71 which extends axially through the partition element 70 is trained.
  • a connection section 77 realized radially between the two ring-shaped walls 73, 75 is correspondingly flat.
  • annular cavity 80 is thus formed between the annular walls 73,75 by the annular walls 73,75.
  • the separating element 70 is sealed on the two annular walls 73, 75, namely on the first annular wall 73 by a first seal 130 and on the second annular wall 75 by a second seal 140.
  • the first seal 130 is thus embodied on a first circumference 72 of the separating element 70, which is at a smaller distance from the axis of rotation 21 than the radial outside 90 of the stator core 30, but at a greater distance from the axis of rotation 21 than the radial outside 100 of the annular shape of the winding arrangement .
  • the second seal 140 is thus embodied on a second circumference 72 of the separating element 70, which is at a greater distance from the axis of rotation 21 than the radial inner side 91 of the stator core 30, but at a greater distance from the axis of rotation 21 than the radial inner side 101 of the annular shape of the winding arrangement .
  • the first seal 130 bears against the radially inner side of the outer fastening ring 110 on its side radially opposite the first annular wall 73 .
  • the first seal 140 abuts the radially outer side of the inner mounting ring 120 on its side radially opposite the second annular wall 75 .
  • the fastening rings 110, 120 can in particular be screwed and/or caulked to the stator core 30.
  • the annular wall 73,75 in question is designed with a thickened section 76 with a larger ceiling than on the axial boundary side. This serves in particular to increase the compressive strength of the wall section in question against a compressive stress exerted by a respective seal 130,140.
  • a respective thickened section 76 also implements an undercut 79 behind a respective fastening ring 110, 120, in order to also support fixing of the separating element 70 in the axial direction
  • the connecting section 77 between the first annular wall 73 and the second annular wall 75 is materially bonded to at least the axial end face of the windings 43 by means of adhesive connections 150 in order to counteract an axial bulging of the separating element 70 and at the same time to achieve a sealing effect .
  • Coolant can thus be conducted via a coolant connection 160 in the stator core 30 into the wet space 60 delimited by the separating element 70 .
  • the windings 43 are arranged in this wet space 60 so that the coolant can flow directly through them.
  • the coolant can flow through the gaps 161 shown between the stator core 30 and the stator tooth 40 and between the stator tooth 40 and the winding 43 and also radially around the windings 43 and thus between the winding 43 and a respective annular wall 73, 75 of the separating element 70.
  • FIG. 7 shows an enlarged view of detail C from FIG. Furthermore, the adhesive connection 150 for fixing the separating element 70 to the stator tooth 40 can also be seen.
  • the separating element 70 is designed to be recessed in its region axially overlaying the winding 43 and thus forms an axial shaped element 78 .
  • FIG. 8 shows the detail E indicated in FIG. 6 on an enlarged scale second seal 140 held by the inner mounting ring 120 abuts. Again, a shoulder of the inner mounting ring 120 blocks the thickened portion 76 of the second annular wall 75 from axial movement.
  • FIG. 9 shows an enlarged detail in the area of adjacent windings.
  • axial form elements 78 lead to indentations 162 which cover windings 43 of adjacent stator teeth 40 .
  • the axial shaped elements 78 thus allow displacements of individual components with different thermal expansion behavior despite the bonding between the separating element 70 and other components of the stator half 11
  • stator core 90 radial outside of the stator core 91 radial inside of the stator core

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

The invention relates to a stator of an electric prime mover and to an electric prime mover having the stator. The stator (10) comprises a stator core (30) and windings (43) of at least one electrical conductor that are arranged annularly on the stator core (30), and at least one wet chamber (60) through which a coolant flows, so that heat from at least one winding (43) can be absorbed by the coolant. The stator also comprises a separation element (70) which separates the wet chamber (60), at least on an axial side of the stator (10), substantially liquid-tightly from a dry chamber (50) of the electric prime mover, wherein the separation element (70) is sealed with respect to the stator core (30) along a first periphery (72) and along a second periphery (74), wherein the first periphery (72) has a smaller radial extent than the radial outer side of the stator core (90) and a larger radial extent than the radial outer side of the annular winding arrangement (100), and the second periphery (74) has a larger radial extent than the radial inner side of the stator core (91) and a smaller radial extent than the radial inner side of the annular winding arrangement (101). The stator and the electric prime mover constitute units which implement long-lasting and efficient cooling of the stator while using a small axial installation space.

Description

Stator einer elektrischen Antriebsmaschine und elektrische Antriebsmaschine Stator of an electric drive machine and electric drive machine
Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Antriebsmaschine, insbesondere einer Axialflussmaschine, sowie eine elektrische Antriebsmaschine mit dem Stator. The invention relates to a stator of an electric drive machine, in particular an axial flow machine, and an electric drive machine with the stator.
Der elektrische Antriebsstrang von elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen ist nach dem Stand der Technik bekannt. Dieser besteht aus Komponenten zur Energiespeicherung, Energiewandlung und Energieleitung. Zu den Komponenten der Energiewandlung gehören elektrische Maschinen bspw. Axialflussmaschinen. Axialflussmaschinen sind nach dem Stand der Technik in diversen Bauweisen mit einem oder mehreren Statoren und einem oder mehreren Rotoren bekannt. The electric drive train of electrically driven motor vehicles is known from the prior art. This consists of components for energy storage, energy conversion and energy transmission. The energy conversion components include electrical machines, for example axial flow machines. Various designs with one or more stators and one or more rotors are known from the prior art.
Eine elektrische Axialflussmaschine, auch als Transversalflussmaschine bezeichnet, ist ein Motor oder Generator, bei dem der Magnetfluss zwischen einem Rotor und einem Stator parallel zur Drehachse des Rotors realisiert wird. Andere Bezeichnungen für elektrische Axialflussmaschinen sind auch bürstenloser Gleichstrommotor, permanenterregter Synchronmotor oder Scheibenläufermotor. An electrical axial flux machine, also referred to as a transverse flux machine, is a motor or generator in which the magnetic flux between a rotor and a stator is realized parallel to the axis of rotation of the rotor. Other designations for electric axial flux machines are also brushless DC motors, permanently excited synchronous motors or disc motors.
Je nach Leistungsbereich bzw. Anwendungsfall ist es oftmals notwendig, in elektrischen Maschinen durch verschiedene Verluste entstehende Wärme durch eine effektive Kühlung abzuführen. Die Kühlung sorgt dafür, dass kritische Temperaturen, welche zu Beschädigungen an Materialien und Komponenten führen könnten, vermieden werden. Darüber hinaus trägt die Kühlung zur Verbesserung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine bei, da insbesondere der ohmsche Widerstand in elektrischen Leitern stark temperaturabhängig ist, wodurch bei höheren Temperaturen die Leistungsverluste zunehmen. Depending on the power range or application, it is often necessary to dissipate heat generated by various losses in electrical machines through effective cooling. The cooling ensures that critical temperatures, which could lead to damage to materials and components, are avoided. In addition, the cooling contributes to improving the efficiency of the electrical machine, since the ohmic resistance in electrical conductors in particular is highly temperature-dependent, which means that the power losses increase at higher temperatures.
Die Kühlung einer elektrischen Rotationsmaschine findet dabei üblicherweise weitgehend im Stator statt. Dabei wird Wärme von der Drahtspule an das umgebende Gehäuse bzw. an den Statorkörper selbst und/ oder umgebende Luft abgegeben.The cooling of an electrical rotary machine usually takes place largely in the stator. In the process, heat is dissipated from the wire coil to the surrounding housing or to the stator body itself and/or the surrounding air.
Aus der WO 01/11755 A1 ist eine elektrische Axialflussmaschine bekannt, die beidseitig eines Rotors jeweils einen Stator aufweist. Die Statoren weisen wiederum jeweils ein ringförmiges Joch auf, mit sich radial von innen nach außen erstreckenden Nuten, in denen Mehrphasenwicklungen geführt sind. An electrical axial flow machine is known from WO 01/11755 A1, which has a stator on each side of a rotor. The stators point in turn each have an annular yoke, with grooves which extend radially from the inside to the outside and in which multi-phase windings are guided.
Hier erfolgt eine Kühlung mittels Konvektion an die Umgebungsluft. Here, cooling takes place by means of convection to the ambient air.
Insbesondere bei elektrischen Maschinen, welche eine hohe Drehmoment- bzw. Leistungsdichte aufweisen, reicht eine Oberflächenkühlung mit Wärmeabgabe an die umgebende Luft oftmals nicht aus, so dass eine Kühlung durch Kühlflüssigkeit erforderlich ist. Als Kühlflüssigkeiten können prinzipiell Öle, Wasser bzw. Wassergemische wie z. B. Wasser-Glykol, aber auch dielektrische Flüssigkeiten zum Einsatz kommen. Diese Kühlflüssigkeiten können zwecks effizienter Kühlung die stromführenden Komponenten im Wesentlichen unmittelbar kontaktieren bzw. umspülen, um damit eine hohe Leistungsdichte zu gewährleisten. In particular in the case of electrical machines which have a high torque or power density, surface cooling with heat dissipation to the surrounding air is often not sufficient, so that cooling with coolant is necessary. In principle, oils, water or water mixtures such as e.g. B. water-glycol, but also dielectric liquids are used. For the purpose of efficient cooling, these cooling liquids can essentially directly contact or flow around the current-carrying components in order to thereby ensure a high power density.
Dabei besteht jedoch auch das Erfordernis, drehzahlbedingte Verwirbelungen der Kühlflüssigkeit zu verhindern bzw. zu verringern, da diese strömungs- und/oder reibungsbedingte Energieverluste der rotierenden Komponenten bewirken können. Dies kann es erforderlich machen, rotierende Bestandteile einer elektrischen Antriebsmaschine von statisch angeordneten Bestandteilen strömungstechnisch zu separieren. However, there is also the need to prevent or reduce speed-related turbulence in the cooling liquid, since this can cause flow-related and/or friction-related energy losses in the rotating components. This may make it necessary to fluidically separate rotating components of an electric drive machine from statically arranged components.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stator einer elektrischen Antriebsmaschine sowie eine mit dem Stator ausgerüstete langlebige elektrische Antriebsmaschine zur Verfügung zu stellen, die eine axial kompakte Größe mit einer hohen Leistung kombinieren. Proceeding from this, the object of the present invention is to provide a stator of an electric drive machine and a durable electric drive machine equipped with the stator, which combine an axially compact size with high performance.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stator einer elektrischen Antriebsmaschine nach Anspruch 1 sowie durch eine elektrische Antriebsmaschine nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Stators sind in den Unteransprüchen 2-9 angegeben. The object is achieved according to the invention by a stator of an electric drive machine according to claim 1 and by an electric drive machine according to claim 10. Advantageous embodiments of the stator are specified in subclaims 2-9.
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen. Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Antriebsmaschine, insbesondere einer Axialflussmaschine, welcher einen Statorkern und an dem Statorkern in Ringform angeordnete Wicklungen zumindest eines elektrischen Leiters umfasst. Des Weiteren umfasst der Stator wenigstens einen Nassraum zur Durchströmung mit einem Kühlmittel, so dass von dem Kühlmittel Wärme von wenigstens einer Wicklung aufnehmbar ist, und ein Abtrennungselement, mit dem der Nassraum zumindest an einer axialen Seite des Stators im Wesentlichen flüssigkeitsdicht von einem Trockenraum der elektrischen Antriebsmaschine abgetrennt ist. Das Abtrennungselement ist gegenüber dem Statorkern an einem ersten Umfang und an einem zweiten Umfang abgedichtet, wobei der erste Umfang eine geringere radiale Erstreckung als die radiale Außenseite des Statorkerns und eine größere radiale Erstreckung als die radiale Außenseite der Ringform der Wicklungsanordnung aufweist, und der zweite Umfang eine größere radiale Erstreckung als die radiale Innenseite des Statorkerns und eine geringere radiale Erstreckung als die radiale Innenseite der Ringform der Wicklungsanordnung aufweist. The features of the claims can be combined in any technically meaningful way, with the explanations from the following description and features from the figures also being able to be used for this purpose, which include supplementary configurations of the invention. The invention relates to a stator of an electric drive machine, in particular an axial flow machine, which comprises a stator core and windings of at least one electrical conductor arranged in ring form on the stator core. Furthermore, the stator comprises at least one wet space for a coolant to flow through, so that heat can be absorbed by at least one winding from the coolant, and a separating element with which the wet space is separated from a dry space of the electrical prime mover is disconnected. The partition member is sealed to the stator core at a first perimeter and at a second perimeter, the first perimeter having a lesser radial extent than the radially outside of the stator core and a greater radial extent than the radially outside of the annular shape of the winding assembly, and the second perimeter has a larger radial extent than the radial inside of the stator core and a smaller radial extent than the radial inside of the ring shape of the winding arrangement.
Die Begriffe „radial“, „axial“ und „in Umfangsrichtung“ beziehen sich im Rahmen der hier vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche auf die Drehachse einer mit dem Stator ausgestalteten elektrischen Antriebsmaschine, insofern nicht explizit anders bezeichnet. In the context of the present description and the claims, the terms “radial”, “axial” and “in the circumferential direction” relate to the axis of rotation of an electric drive machine equipped with the stator, unless explicitly stated otherwise.
Der Statorkern ist dabei insbesondere ein Teil eines Gehäuses oder ein anderweitig tragendes Teil des Stators, an welchem Statorzähne angeordnet sind oder welcher Statorzähne als integrale Bestandteile aufweist, welche die Wicklungen tragen. Unter einem Statorzahn ist ein axial von dem Statorkern, welcher eine im Wesentlichen zweidimensionale Ausgestaltung aufweist, axial abstehender Vorsprung zu verstehen, der mit der Wicklung umwickelt ist. The stator core is in particular a part of a housing or an otherwise supporting part of the stator, on which stator teeth are arranged or which has stator teeth as integral components, which carry the windings. A stator tooth is to be understood as meaning a projection that protrudes axially from the stator core, which has an essentially two-dimensional configuration, around which the winding is wound.
Der Statorkern kann aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sein. The stator core can be composed of several individual parts.
So kann zum Beispiel der Stator einen Befestigungsring umfassen, der mit dem Statorkern verschraubt und/ oder verstemmt ist und der der Anlage einer jeweiligen Dichtung dient, die gegenüber dem Abtrennungselement die Dichtungswirkung realisiert. For example, the stator may include a mounting ring that is bolted and/or staked to the stator core and the abutment of a respective one Seal is used, which realizes the sealing effect over the separating element.
Es ist nicht ausgeschlossen, dass der Befestigungsring selbst ebenfalls mit einem weiteren Dichtelement gegenüber dem Statorkern abgedichtet ist. It is not excluded that the fastening ring itself is also sealed with a further sealing element with respect to the stator core.
Somit ist vorgesehen, dass das Abtrennungselement gegenüber dem Statorkern abgedichtet ist. It is thus provided that the separating element is sealed off from the stator core.
Die radiale Innenseite des Statorkerns ist der radiale Rand einer axial durch den Statorkern verlaufenden Bohrung bzw. eines Durchlasses zur Hindurchführung eine Rotorwelle. Insofern der Stator keine axiale Öffnung aufweisen sollte, ist die radiale Innenseite des Statorkerns der zentrale Bereich des Statorkerns, durch den die ideelle Rotationsachse der elektrischen Antriebsmaschine verläuft. The radially inner side of the stator core is the radial edge of a bore or passageway running axially through the stator core for passage of a rotor shaft. If the stator does not have an axial opening, the radial inside of the stator core is the central area of the stator core through which the ideal axis of rotation of the electric drive machine runs.
Das Abtrennungselement ist insbesondere an einer axialen Seite des Nassraums angeordnet. The partition element is arranged in particular on an axial side of the wet space.
Die Gesamtheit aller Wicklungen bildet dabei die Ringform aus. Bei einer Axialflussmaschine bedeutet das, dass mehrere Wicklungen auf jeweiligen Statorzähnen angeordnet sind, wobei die Statorzähne in Ringform angeordnet sind und demzufolge auch die auf den Statorzähnen angeordneten Wicklungen entlang einer Ringform angeordnet sind. The totality of all windings forms the ring shape. In the case of an axial flux machine, this means that a plurality of windings are arranged on respective stator teeth, the stator teeth being arranged in a ring shape and consequently the windings arranged on the stator teeth also being arranged along a ring shape.
In entsprechender Weise kann auch der Nassraum die Form eines Rings ausbilden. Gegebenenfalls umfasst der Stator mehrere Nassräume, die zusammen in Ringform angeordnet sind. Gegenüber Ausführungsformen, bei denen separate Kühlungen einzelner Statorzähne bzw. dort befindlicher Wicklungen erfolgen müssen, ist hier eine einfache Kühlung aller Wicklungen möglich, bei entsprechend geringem Aufwand zur Abdichtung des dafür nötigen Nassraums und einem entsprechend geringen Bauraumbedarf. Correspondingly, the wet space can also form the shape of a ring. Optionally, the stator includes a plurality of wet spaces that are arranged together in a ring shape. Compared to embodiments in which individual stator teeth or windings located there have to be cooled separately, simple cooling of all windings is possible here, with correspondingly little effort for sealing the wet space required for this and a correspondingly small installation space requirement.
Die Wicklungen sind insbesondere in zumindest einem Nassraum angeordnet. The windings are arranged in particular in at least one wet space.
Unter einem Stator wird im Sinne der Erfindung auch eine Statorhälfte verstanden, welche zusammen mit einerweiteren Statorhälfte eine komplette Statoreinheit einer Axialflussmaschine ausbildet, wobei vorgesehen ist, dass zwischen den beiden Statorhälften ein Rotor der Axialflussmaschine positioniert ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stators kann dieser auch bei geringer axialer Erstreckung optimal gekühlt werden und demzufolge eine hohe Leistungsdichte gewährleisten. Dabei ist die Abtrennung zwischen Nassraum und Trockenraum gewährleistet, sodass der Rotor im Trockenraum mit einer hohen Drehzahl ohne Strömungsverluste betrieben werden kann. According to the invention, a stator is also understood to mean a stator half which, together with another stator half, forms a complete stator unit of an axial flux machine, with a rotor of the axial flux machine being positioned between the two stator halves. Due to the configuration of the stator according to the invention, it can be optimally cooled even with a small axial extent and consequently ensure a high power density. The separation between the wet room and the dry room is guaranteed, so that the rotor can be operated at high speed in the dry room without flow losses.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Abtrennungselement den Stator axial begrenzt. Entsprechend ist das Abtrennungselement im elektrischen Luftspalt zwischen Stator und Rotor angeordnet, und begrenzt den mechanischen Luftspalt zwischen Stator und Rotor. In an advantageous embodiment it is provided that the separating element delimits the stator axially. Accordingly, the separating element is arranged in the electrical air gap between the stator and the rotor and limits the mechanical air gap between the stator and the rotor.
Vorteilhafterweise bildet dabei das Abtrennungselement an seiner axialen Seite im Wesentlichen eine Ebene aus. Kleine Formelemente außerhalb des ebenen Verlaufs sind dabei nicht ausgeschlossen, jedoch ist der Verlauf des Abtrennungselements an der axialen Seite des Stators im Wesentlichen flächig, also zweidimensional. Advantageously, the dividing element essentially forms a plane on its axial side. Small shaped elements outside of the planar course are not ruled out, but the course of the separating element on the axial side of the stator is essentially flat, that is to say two-dimensional.
In weiterer vorteilhafter Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Abtrennungselement zwei im Wesentlichen ringförmige Wände aufweist, die konzentrisch angeordnet sind und sich mit zumindest einer Komponente ihrer Erstreckung in axialer Richtung erstrecken, so dass zwischen den ringförmigen Wänden eine ringförmige Kavität ausgebildet ist, zur axialen und bereichsweiseradialen Abtrennung des ebenfalls im Wesentlichen ringförmigen Nassraums von einem angrenzenden Trockenraum. In a further advantageous embodiment, it is provided that the separating element has two essentially annular walls which are arranged concentrically and extend with at least one component of their extension in the axial direction, so that an annular cavity is formed between the annular walls for axial and, in some areas, radial Separation of the wet room, which is also essentially ring-shaped, from an adjacent dry room.
Die ringförmigen Wände bilden dabei in radialer Richtung eine Abtrennung des Nassraums aus, wobei ein in radialer Richtung sich zwischen den ringförmigen Wänden befindlicher Verbindungsabschnitt des Abtrennungselements die axiale Abtrennung des Nassraums gegenüber dem Trockenraum realisiert. The annular walls form a separation of the wet space in the radial direction, with a connecting section of the separating element located between the annular walls in the radial direction realizing the axial separation of the wet space from the dry space.
Die axiale Außenseite des Verbindungsabschnitts ist beispielsweise eben bzw. zweidimensional ausgebildet. The axial outside of the connecting section is, for example, designed to be flat or two-dimensional.
Der Trockenraum und der Nassraum sind entsprechend durch einen Luftspalt voneinander beabstandet. Beispielsweise kann die Abdichtung des Abtrennungselements gegenüber dem Statorkern an den ringförmigen Wänden in radialer Richtung realisiert sein. The dry room and the wet room are correspondingly spaced apart from one another by an air gap. For example, the sealing of the separating element relative to the stator core can be realized on the ring-shaped walls in the radial direction.
Das heißt, dass eine Ringdichtung in radialer Richtung an jeweils einer ringförmigen Wand anliegt und dort eine Dichtungswirkung erzielt. This means that a ring seal rests against a ring-shaped wall in the radial direction and achieves a sealing effect there.
Die Abdichtung selbst kann dabei jeweils an ringförmigen Flächenbereichen vorgenommen sein. The sealing itself can be carried out on annular surface areas.
Ein jeweiliges, die Abdichtung des Abtrennungselements bewirkendes Element des Statorkerns kann dabei ein Anbauteil des Statorkerns sein, oder aber auch ein integraler Bestandteil des Statorkerns. A respective element of the stator core that causes the sealing of the separating element can be an add-on part of the stator core, or also an integral part of the stator core.
Zur Gewährleistung einer zuverlässigen Dichtungswirkung kann wenigstens eine der ringförmigen Wände im Flächenbereich der Anlage einer Dichtung dicker ausgeführt sein als an der Seite der axialen Begrenzung des Nassraums. To ensure a reliable sealing effect, at least one of the ring-shaped walls in the surface area where a seal rests can be made thicker than on the side of the axial boundary of the wet space.
Diese größere Wandstärke dient insbesondere zur Aufnahme elastischer Rückstellkräfte von Dichtelementen und ist entsprechend so ausgestaltet, dass sie eine ausreichende Druckfestigkeit aufweist. Gleichzeitig kann dabei auch eine formschlüssige Positionssicherung des Abtrennungselements in axialer Richtung realisiert sein. This greater wall thickness serves in particular to absorb elastic restoring forces of sealing elements and is accordingly designed in such a way that it has sufficient compressive strength. At the same time, a positive locking of the position of the separating element can be realized in the axial direction.
Ebenfalls ist hier die Oberfläche der ringförmigen Wand im Bereich der Anlage der Dichtung vorteilhafterweise mit einer geringen Rauheit als an der Seite der axialen Begrenzung des Nassraums ausgeführt, zwecks Gewährleistung einer ausreichenden Flüssigkeitsdichtigkeit. Also here the surface of the annular wall in the area where the seal rests is advantageously made with a lower roughness than on the side of the axial boundary of the wet space, in order to ensure sufficient liquid tightness.
In vorteilhafter Ausführungsform ist das Material des Abtrennungselements ein nicht metallischer Werkstoff. Dadurch wird gewährleistet, dass das Abtrennungselement selbst keine oder nur geringfügige elektromagnetische Verluste beim Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine realisiert. In an advantageous embodiment, the material of the separating element is a non-metallic material. This ensures that the separating element itself does not generate any or only minor electromagnetic losses during operation of the electric drive machine.
Des Weiteren kann das Abtrennungselement mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Statorkern und/ oder mit wenigstens einer Wicklung verbunden sein. Die stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere eine Klebeverbindung sein, zur Fixierung des Abtrennungselements am Statorkern, wobei vorteilhafterweise die stoffschlüssige Verbindung flächig ausgeführt ist. Furthermore, the separating element can be connected to the stator core and/or to at least one winding by means of an integral connection. The material connection can in particular be an adhesive connection, for fixing the separating element on the stator core, with the material connection advantageously being made over a large area.
Durch die stoffschlüssige Verbindung wird gewährleistet, dass das Abtrennungselement axial auch bei einem Überdruck im Nassraum bzw. bei einer Druckdifferenz zwischen Nassraum und Trockenraum sich im Wesentlichen zweidimensional erstreckt und derart nicht den Luftspalt zwischen Stator und Rotor einschränkt. Die stoffschlüssige Verbindung kann dabei gleichzeitig auch zur Abdichtung des Abtrennungselements dienen. The integral connection ensures that the separating element extends axially essentially two-dimensionally even if there is overpressure in the wet space or if there is a pressure difference between the wet space and the dry space, and in this way does not restrict the air gap between the stator and the rotor. At the same time, the integral connection can also be used to seal the separating element.
Zur Vorbeugung einer unbeabsichtigten Verringerung des Luftspaltes zwischen Stator und Rotor kann das Abtrennungselement mit einer in axialer Richtung auf den Statorkern und/ oder wenigstens eine Wicklung wirkenden Druck-Vorspannung angeordnet sein. Das bedeutet, dass das Abtrennungselement unter Vorspannung am Statorkern fixiert ist, so dass durch die Vorspannung einer axialen Auswölbung des Abtrennungselements vorgebeugt wird und somit eine Verringerung des Luftspaltes zwischen dem Abtrennungselement und einem axial benachbarten Rotor einer Axialflussmaschine, bedingt durch einen Überdruck im Nassraum, verhindert wird. To prevent an unintentional reduction in the air gap between the stator and the rotor, the separating element can be arranged with a compressive prestress acting in the axial direction on the stator core and/or at least one winding. This means that the separating element is fixed to the stator core under prestress, so that the prestress prevents axial bulging of the separating element and thus prevents a reduction in the air gap between the separating element and an axially adjacent rotor of an axial flow machine, caused by excess pressure in the wet area becomes.
Weiterhin kann die axiale Begrenzungsseite des Abtrennungselements axiale Formelemente wie z.B. Sicken aufweisen, um das Flächenträgheitsmoment der axialen Begrenzungsseite zu erhöhen und derart die Biegesteifigkeit zu verbessern, wodurch ebenfalls einer axialen Auswölbung entgegengewirkt wird. Gleichzeitig werden dadurch Elemente zur Verfügung gestellt, die im Falle unterschiedlicher temperaturbedingter Ausdehnung einzelner Komponenten des Stators in der Ebene der axialen Außenseite des Abtrennungselements Biegung ermöglichen und somit unterschiedliche temperaturbedingte Verschiebungen einzelner, mit dem Statorkern und/oder mit den Wicklungen fest verbundener Areale des Abtrennungselements ermöglichen, ohne dass es zu unzulässigen Druck- oder Zugspannungen im Abtrennungselement kommen kann. Furthermore, the axial delimiting side of the separating element can have axial shaped elements such as beads, for example, in order to increase the area moment of inertia of the axial delimiting side and thus improve the flexural rigidity, which also counteracts axial bulging. At the same time, elements are made available which, in the case of different temperature-related expansions of individual components of the stator, allow bending in the plane of the axial outside of the separating element and thus allow different temperature-related displacements of individual areas of the separating element that are firmly connected to the stator core and/or to the windings , without impermissible compressive or tensile stresses occurring in the partition element.
Derartige Formelemente können insbesondere axial die Statorzähne überlagern. So können zum Beispiel Flächenbereiche des Abtrennungselements, welche axial die Statorzähne überlagern, axial einen geringeren Abstand zum Statorkern aufweisen, als benachbart zu diesen Flächenbereichen angeordnete Flächen des Abtrennungselements, sodass insgesamt das Abtrennungselement an seiner axialen Außenseite den Positionen der Statorzähne entsprechende Vertiefungen aufweist. Shaped elements of this type can, in particular, be superimposed axially on the stator teeth. For example, surface areas of the partition element, which axially Superimpose stator teeth, axially have a smaller distance from the stator core than surfaces of the separating element arranged adjacent to these surface areas, so that overall the separating element has depressions corresponding to the positions of the stator teeth on its axial outer side.
Die Erfindung betrifft gemäß einem weiteren Aspekt eine elektrische Antriebsmaschine, insbesondere eine Axialflussmaschine, umfassend einen erfindungsgemäßen Stator sowie einen Rotor, wobei der Rotor in einem Trockenraum der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet ist. According to a further aspect, the invention relates to an electric drive machine, in particular an axial flow machine, comprising a stator according to the invention and a rotor, the rotor being arranged in a drying space of the electric drive machine.
Das Abtrennungselement ist folglich im Luftspalt der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. The separating element is consequently arranged in the air gap of the electric drive machine.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen in Form einer Axialflussmaschine zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in The invention described above is explained in detail below against the relevant technical background with reference to the accompanying drawings, which show preferred configurations in the form of an axial flow machine. The invention is in no way limited by the purely schematic drawings, it being noted that the exemplary embodiments shown in the drawings are not limited to the dimensions shown. It is shown in
Figur 1: eine Axialflussmaschine in perspektivischer Ansicht, Figure 1: an axial flow machine in a perspective view,
Figur 2: eine herkömmliche Axialflussmaschine in Explosionsdarstellung, Figure 2: a conventional axial flow machine in an exploded view,
Figur 3: eine erfindungsgemäße ausgestaltete Statorhälfte der Axialflussmaschine in perspektivischer Ansicht, FIG. 3: a perspective view of a stator half of the axial flow machine designed according to the invention,
Figur 4: eine Axialflussmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung in Explosionsdarstellung, Figure 4: an axial flow machine according to the present invention in an exploded view,
Figur 5: ein Abtrennungselement in Draufsicht, FIG. 5: a separating element in top view,
Figur 6: eine Statorhälfte im Schnitt gemäß des in Figur 5 angedeuteten Schnittverlaufs A-A, FIG. 6: one half of the stator in section according to the section line A-A indicated in FIG. 5,
Figur 7: Einzelheit C aus Figur 6, Figure 7: Detail C from Figure 6,
Figur 8: Einzelheit E aus Figur 6, und Figure 8: Detail E from Figure 6, and
Figur 9: eine vergrößerte Einzelheit im Bereich benachbarter Wicklungen. Zunächst wird der allgemeine Aufbau einer Axialflussmaschine 1 anhand der FigurenFigure 9: an enlarged detail in the area of adjacent windings. First of all, the general structure of an axial flow machine 1 is explained with reference to the figures
1 und 2 erläutert. 1 and 2 explained.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte herkömmliche Axialflussmaschine 1 umfasst in der hier dargestellten Ausführungsform als Stator 10 zwei Statorhälften 11 , zwischen denen axial der bezüglich der Statorhälften 11 ein um eine Drehachse 21 drehbarer Rotor 20 angeordnet ist. Ein jeweiliger Stator 10 umfasst im zentralen Bereich eine Bohrung 31 bzw. einen Durchlass für die Flindurchführung der Welle des Rotors 20. The conventional axial flow machine 1 shown in FIGS. 1 and 2 comprises in the embodiment shown here two stator halves 11 as a stator 10 , between which a rotor 20 rotatable about an axis of rotation 21 is arranged axially with respect to the stator halves 11 . A respective stator 10 comprises a bore 31 or a passage for the fluid passage of the shaft of the rotor 20 in the central area.
An wenigstens einer Statorhälfte 11 sind in der hier dargestellten Ausführungsform mehrere Kühlmittelanschlüsse 22 sowie ein Steckanschluss 23 für eine steuerungstechnische Verbindung und mehrere Phasen-Anschlüsse 24 angeordnet. Wie aus der Explosionsdarstellung in Figur 2 ersichtlich ist, umfasst eine jeweilige Statorhälfte 11 ein sogenanntes Statorjoch, welches auch als Statorkern 30 bezeichnet werden kann. Von diesem Statorkern 30 erstrecken sich im Wesentlichen sternförmig angeordnete Statorzähne 40 in axialer Richtung. In the embodiment shown here, a plurality of coolant connections 22 and a plug-in connection 23 for a control-related connection and a plurality of phase connections 24 are arranged on at least one stator half 11 . As can be seen from the exploded view in FIG. 2, each stator half 11 includes what is known as a stator yoke, which can also be referred to as a stator core 30 . Stator teeth 40 arranged essentially in a star shape extend in the axial direction from this stator core 30 .
Wie ebenfalls aus der Explosionsdarstellung in Figur 2 ersichtlich ist, umfasst eine jeweilige Statorhälfte 11 des Weiteren der Anzahl der Statorzähne 40 entsprechend viele Wicklungen 43. Jedem Statorzahn 40 ist eine Wicklung 43 zugeordnet. An der in Figur 2 rechts dargestellten Statorhälfte 11 sind von diesen Wicklungen 43 lediglich die Anschlüsse 42 ersichtlich. Die Gesamtheit der Wicklungen ist das gesamte Wicklungspaket 41. As can also be seen from the exploded view in FIG. 2, each stator half 11 also has a number of windings 43 corresponding to the number of stator teeth 40 . A winding 43 is assigned to each stator tooth 40 . Only the connections 42 of these windings 43 can be seen on the stator half 11 shown on the right in FIG. The entirety of the windings is the entire winding package 41.
Diese Anschlüsse 42, die im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Axialflussmaschine verlaufen, verbinden axial gegenüberliegende Wicklungen 43 miteinander. These connections 42, which run essentially parallel to the axis of rotation of the axial flow machine, connect axially opposite windings 43 to one another.
Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Axialflussmaschine weist gegenüber der in FigurAn axial flow machine designed according to the invention has compared to that in FIG
2 dargestellten Ausführungsform zusätzlich ein Abtrennungselement auf, wie es in den Figuren 3-9 ersichtlich ist. 2 illustrated embodiment additionally a separation element, as can be seen in Figures 3-9.
Figur 3 zeigt eine Statorhälfte 11 der Axialflussmaschine in perspektivischer Ansicht. Diese umfasst den Statorkern 30 und diesbezüglich axial versetzt angeordnete, hier nicht ersichtliche Wicklungen. Diese Wicklungen sind mit dem hier ersichtlichen Abtrennungselement 70 abgedeckt. Erkennbar ist, dass das Abtrennungselement 70 im Wesentlichen die Form eines Kreisrings aufweist. FIG. 3 shows a perspective view of a stator half 11 of the axial flow machine. This includes the stator core 30 and windings which are arranged axially offset in relation thereto and are not visible here. These windings are with the one shown here Separation element 70 covered. It can be seen that the separating element 70 essentially has the shape of a circular ring.
Zudem ist erkennbar, dass das Abtrennungselement 70 an seiner axialen Seite im Wesentlichen in Form einer Ebene 71 ausgebildet ist. Wie der Statorkern 30 im Zentrum eine zentrale Bohrung 31 aufweist, so ist auch das Abtrennungselement 70 im zentralen Bereich durchgängig ausgebildet. It can also be seen that the separating element 70 is designed essentially in the form of a plane 71 on its axial side. As the stator core 30 has a central bore 31 in the center, the separating element 70 is also designed to be continuous in the central area.
Erkennbar ist weiterhin, dass das Abtrennungselement 70 gemäß der Anordnung darunter befindlicher Statorzähne durch Anordnung von axialen Formelementen 78 profiliert ist, die sich leicht aus der Ebene 71 heraus erstrecken. It can also be seen that the separating element 70 is profiled according to the arrangement of stator teeth located underneath by the arrangement of axial shaped elements 78 which extend slightly out of the plane 71 .
Radial außen ist das Abtrennungselement 70 von einem äußeren Befestigungsring 110 umgeben, der Durchlässe 111 in Form von Bohrungen aufweist, zur Flindurchführung von Anschlüssen 42 der hier nicht dargestellten Wicklungen. Radially on the outside, the separating element 70 is surrounded by an outer fastening ring 110, which has passages 111 in the form of bores for the fast passage of connections 42 of the windings, not shown here.
Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsmaschine in Form einer Axialflussmaschine in Explosionsdarstellung. FIG. 4 shows an electric drive machine according to the invention in the form of an axial flow machine in an exploded view.
Gegenüber der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform sind hier die Wicklungen bereits durch das Abtrennungselement 70 axial abgedeckt. Des Weiteren ist der äußere Befestigungsring 110 vor seiner Montage am Abtrennungselement 70 dargestellt. In contrast to the embodiment shown in FIG. 2, the windings here are already axially covered by the separating element 70 . Also shown is the outer attachment ring 110 prior to its assembly to the partition member 70 .
Figur 5 zeigt eine Statorhälfte 11 mit Abtrennungselement 70 zusammen mit dem äußeren Befestigungsring 110 und einem im zentralen Bereich angeordneten inneren Befestigungsring 120 in Draufsicht. Deutlich sind dabei ebenfalls im äußeren Befestigungsring 110 die Durchlässe 111 zur Hindurchführung der hier nicht dargestellten Anschlüsse der Wicklungen ersichtlich. FIG. 5 shows a top view of a stator half 11 with a separating element 70 together with the outer fastening ring 110 and an inner fastening ring 120 arranged in the central region. The passages 111 for passing through the connections of the windings (not shown here) are also clearly visible in the outer fastening ring 110 .
Figur 6 zeigt einen Schnitt durch die in Figur 5 dargestellte Statorhälfte 11 und das Abtrennungselement 70 gemäß dem Schnittverlauf A-A. FIG. 6 shows a section through the stator half 11 shown in FIG. 5 and the separating element 70 according to section line A-A.
Deutlich ersichtlich sind hier die Statorzähne 40, sowie die daran um die Statorzähne 40 gewickelten Wicklungen 43. Des Weiteren ist das Abtrennungselement 70 ersichtlich, welches die Statorhälfte 11 axial begrenzt. The stator teeth 40 and the windings 43 wound thereon around the stator teeth 40 are clearly visible here. The separating element 70, which axially delimits the stator half 11, is also visible.
Das Abtrennungselement 70 umfasst eine erste ringförmige Wand 73 und eine zweite ringförmige Wand 75, die in unterschiedlichen radialen Abständen in Bezug zur Drehachse 21 angeordnet sind. Diese ringförmigen Wände 73,75 erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zur Ebene 71, die axial durch das Abtrennungselement 70 ausgebildet ist. Ein sich radial zwischen den beiden ringförmigen Wänden 73,75 realisierter Verbindungsabschnitt 77 ist entsprechend eben ausgebildet. The partition element 70 comprises a first annular wall 73 and a second annular wall 75 which are arranged at different radial distances with respect to the axis of rotation 21 . These annular walls 73, 75 extend essentially perpendicularly to the plane 71 which extends axially through the partition element 70 is trained. A connection section 77 realized radially between the two ring-shaped walls 73, 75 is correspondingly flat.
Durch die ringförmigen Wände 73,75 wird somit zwischen den ringförmigen Wänden 73,75 eine ringförmige Kavität 80 ausgebildet. An annular cavity 80 is thus formed between the annular walls 73,75 by the annular walls 73,75.
An den beiden ringförmigen Wänden 73,75 ist das Abtrennungselement 70 abgedichtet, nämlich an der ersten ringförmigen Wand 73 durch eine erste Dichtung 130, und an der zweiten ringförmigen Wand 75 durch eine zweite Dichtung 140. The separating element 70 is sealed on the two annular walls 73, 75, namely on the first annular wall 73 by a first seal 130 and on the second annular wall 75 by a second seal 140.
Die erste Dichtung 130 ist somit an einem ersten Umfang 72 des Abtrennungselements 70 ausgeführt, der einen geringeren Abstand zur Drehachse 21 aufweist als die radiale Außenseite 90 des Statorkerns 30, jedoch einen größeren Abstand zur Drehachse 21 aufweist als die radiale Außenseite 100 der Ringform der Wicklungsanordnung. The first seal 130 is thus embodied on a first circumference 72 of the separating element 70, which is at a smaller distance from the axis of rotation 21 than the radial outside 90 of the stator core 30, but at a greater distance from the axis of rotation 21 than the radial outside 100 of the annular shape of the winding arrangement .
Die zweite Dichtung 140 ist somit an einem zweiten Umfang 72 des Abtrennungselements 70 ausgeführt, der einen größeren Abstand zur Drehachse 21 aufweist als die radiale Innenseite 91 des Statorkerns 30, jedoch einen größeren Abstand zur Drehachse 21 aufweist als die radiale Innenseite 101 der Ringform der Wicklungsanordnung. The second seal 140 is thus embodied on a second circumference 72 of the separating element 70, which is at a greater distance from the axis of rotation 21 than the radial inner side 91 of the stator core 30, but at a greater distance from the axis of rotation 21 than the radial inner side 101 of the annular shape of the winding arrangement .
Die erste Dichtung 130 liegt an ihrer der ersten ringförmigen Wand 73 radial gegenüberliegenden Seite an der radialen Innenseite des äußeren Befestigungsrings 110 an. The first seal 130 bears against the radially inner side of the outer fastening ring 110 on its side radially opposite the first annular wall 73 .
Die erste Dichtung 140 liegt an ihrer der zweiten ringförmigen Wand 75 radial gegenüberliegenden Seite an der radialen Außenseite des inneren Befestigungsrings 120 an. The first seal 140 abuts the radially outer side of the inner mounting ring 120 on its side radially opposite the second annular wall 75 .
Dadurch wird insgesamt der Nassraum 60 der Statorhälfte 11 gegenüber einem hier nicht gesondert dargestellten Trockenraum 50 abgedichtet, in dem ein aus Figur 4 ersichtlicher Stator 20 laufen soll. As a result, the overall wet space 60 of the stator half 11 is sealed off from a dry space 50, not shown separately here, in which a stator 20 shown in FIG. 4 is intended to run.
Die Befestigungsringe 110,120 können insbesondere mit dem Statorkern 30 verschraubt und/oder verstemmt sein. The fastening rings 110, 120 can in particular be screwed and/or caulked to the stator core 30.
Im Bereich der Anlage eine jeweiligen Dichtung 130, 140 an einer jeweiligen ringförmigen Wand 73,75 ist die betreffende ringförmige Wand 73,75 mit einem verdickten Abschnitt 76 mit größerer Decke ausgeführt als an der axialen Begrenzungsseite. Dies dient insbesondere der erhöhten Druckfestigkeit des betreffenden Wandabschnitts gegenüber einer von einer jeweiligen Dichtung 130,140 ausgeübten Druckspannung. In the area where a respective seal 130, 140 rests on a respective annular wall 73,75, the annular wall 73,75 in question is designed with a thickened section 76 with a larger ceiling than on the axial boundary side. This serves in particular to increase the compressive strength of the wall section in question against a compressive stress exerted by a respective seal 130,140.
In der hier dargestellten Ausführungsform realisiert ein jeweiliger verdickter Abschnitt 76 zudem noch einen Hinterschnitt 79 hinter einem jeweiligen Befestigungsring 110,120, um dadurch ebenfalls eine Fixierung des Abtrennungselements 70 in axialer Richtung zu unterstützen In the embodiment shown here, a respective thickened section 76 also implements an undercut 79 behind a respective fastening ring 110, 120, in order to also support fixing of the separating element 70 in the axial direction
Der Verbindungsabschnitt 77 zwischen der ersten ringförmigen Wand 73 und der zweiten ringförmigen Wand 75 ist in der hier dargestellten Ausführungsform zumindest mit der axialen Stirnseite der Wicklungen 43 mittels Klebeverbindungen 150 Stoff schlüssig verbunden, um einer axialen Auswölbung des Abtrennungselements 70 entgegenzuwirken und gleichzeitig eine Dichtwirkung zu realisieren. In the embodiment shown here, the connecting section 77 between the first annular wall 73 and the second annular wall 75 is materially bonded to at least the axial end face of the windings 43 by means of adhesive connections 150 in order to counteract an axial bulging of the separating element 70 and at the same time to achieve a sealing effect .
Über einen Kühlmittelanschluss 160 im Statorkern 30 kann somit Kühlmittel in den durch das Abtrennungselement 70 begrenzten Nassraum 60 geleitet werden. In diesem Nassraum 60 sind die Wicklungen 43 angeordnet, sodass diese unmittelbar von dem Kühlmittel und strömt werden können. Dabei kann das Kühlmittel durch die dargestellten Spalte 161 zwischen Statorkern 30 und Statorzahn 40 sowie zwischen dem Statorzahn 40 und der Wicklung 43 und auch radial um die Wicklungen 43 und somit zwischen der Wicklung 43 und einer jeweiligen ringförmigen Wand 73,75 des Abtrennungselements 70 strömen. Coolant can thus be conducted via a coolant connection 160 in the stator core 30 into the wet space 60 delimited by the separating element 70 . The windings 43 are arranged in this wet space 60 so that the coolant can flow directly through them. The coolant can flow through the gaps 161 shown between the stator core 30 and the stator tooth 40 and between the stator tooth 40 and the winding 43 and also radially around the windings 43 and thus between the winding 43 and a respective annular wall 73, 75 of the separating element 70.
Figur 7 zeigt in vergrößerter Ansicht die Einzelheit C aus Figur 6. Hier ist deutlich der Nassraum 60 ersichtlich, in dem sich die Wicklung 43 befindet, wobei durch die Spalte 161 Kühlmittel die Wicklung 43 umströmen kann. Weiterhin ist auch die Klebeverbindung 150 zur Fixierung des Abtrennungselements 70 am Statorzahn 40 ersichtlich. FIG. 7 shows an enlarged view of detail C from FIG. Furthermore, the adhesive connection 150 for fixing the separating element 70 to the stator tooth 40 can also be seen.
Des Weiteren ist hier auch deutlich erkennbar, dass das Abtrennungselement 70 an seinem die Wicklung 43 axial überlagernden Bereich vertieft ausgestaltet ist, und somit ein axiales Formelement 78 ausbildet. Furthermore, it is also clearly recognizable here that the separating element 70 is designed to be recessed in its region axially overlaying the winding 43 and thus forms an axial shaped element 78 .
Figur 8 zeigt vergrößert die in Figur 6 angedeutete Einzelheit E. Hier ist wiederum der verdickte Abschnitt 76 an der zweiten ringförmigen Wand 75 ersichtlich, an dem die zweite Dichtung 140, gehalten vom inneren Befestigungsring 120, anliegt. Auch hier blockiert ein Absatz des inneren Befestigungsrings 120 den verdickten Abschnitt 76 der zweiten ringförmigen Wand 75 in einer axialen Bewegung. FIG. 8 shows the detail E indicated in FIG. 6 on an enlarged scale second seal 140 held by the inner mounting ring 120 abuts. Again, a shoulder of the inner mounting ring 120 blocks the thickened portion 76 of the second annular wall 75 from axial movement.
Figur 9 zeigt vergrößert eine Einzelheit im Bereich benachbarter Wicklungen. Hier ist ersichtlich, dass axiale Formelemente 78 zu Vertiefungen 162 führen, die Wicklungen 43 benachbarter Statorzähne 40 bedecken. Die axialen Formelemente 78 ermöglichen dadurch trotz Verklebung zwischen Abtrennungselement 70 und weiterer Komponenten der Statorhälfte 11 Verschiebungen einzelner Komponenten bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhalten FIG. 9 shows an enlarged detail in the area of adjacent windings. Here it can be seen that axial form elements 78 lead to indentations 162 which cover windings 43 of adjacent stator teeth 40 . The axial shaped elements 78 thus allow displacements of individual components with different thermal expansion behavior despite the bonding between the separating element 70 and other components of the stator half 11
Mit dem hier vorgeschlagenen Stator sowie der damit ausgerüsteten elektrischen Antriebsmaschine werden Aggregate zur Verfügung gestellt, die mit geringem axialem Bauraum eine langlebige und effiziente Kühlung des Stators realisieren. With the stator proposed here and the electric drive machine equipped with it, aggregates are made available which implement long-lasting and efficient cooling of the stator with little axial space.
Bezuqszeichenliste Reference character list
I Axialflussmaschine I axial flux machine
10 Stator 10 stator
I I Statorhälfte 20 Rotor I I stator half 20 rotor
21 Drehachse 21 axis of rotation
22 Kühlmittelanschluss 22 coolant connection
23 Steckanschluss 23 plug connection
24 Phasen-Anschluss 30 Statorkern 24 phase connection 30 stator core
31 Zentrale Bohrung 31 Central hole
40 Statorzahn 40 stator teeth
41 Wicklungspaket 41 winding pack
42 Anschluss 43 Wicklung 42 connection 43 winding
50 Trockenraum 50 drying room
60 Nassraum 60 wet room
70 Abtrennungselement 70 partition element
71 Ebene 72 erster Umfang 71 level 72 first perimeter
73 erste ringförmige Wand 73 first annular wall
74 zweiter Umfang 74 second scope
75 zweite ringförmige Wand 75 second annular wall
76 verdickter Abschnitt 77 Verbindungsabschnitt 76 thickened portion 77 connecting portion
78 axiales Formelement 78 axial form element
79 Hinterschnitt 79 undercut
80 ringförmige Kavität 80 annular cavity
90 radiale Außenseite des Statorkerns 91 radiale Innenseite des Statorkerns 90 radial outside of the stator core 91 radial inside of the stator core
100 radiale Außenseite der Ringform der Wicklungsanordnung100 radial outside of the ring shape of the winding arrangement
101 radiale Innenseite der Ringform der Wicklungsanordnung 110 äußerer Befestigungsring101 radial inside of the ring shape of the winding arrangement 110 outer attachment ring
111 Durchlass 111 passage
120 innerer Befestigungsring 130 erste Dichtung 140 zweite Dichtung 120 inner mounting ring 130 first seal 140 second seal
150 Klebeverbindung 150 adhesive bond
160 Kühlmittelanschluss160 coolant connection
161 Spalt 161 fissure
162 Vertiefung 162 deepening

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Stator (10) einer elektrischen Antriebsmaschine, insbesondere einer Axialflussmaschine (1), umfassend einen Statorkern (30) und an dem Statorkern (30) in Ringform angeordnete Wicklungen (43) zumindest eines elektrischen Leiters und wenigstens einen Nassraum (60) zur Durchströmung mit einem Kühlmittel, so dass von dem Kühlmittel Wärme von wenigstens einer Wicklung (43) aufnehmbar ist, sowie weiterhin umfassend ein Abtrennungselement (70), mit dem der Nassraum (60) zumindest an einer axialen Seite des Stators (10) im Wesentlichen flüssigkeitsdicht von einem Trockenraum (50) der elektrischen Antriebsmaschine abgetrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennungselement (70) gegenüber dem Statorkern (30) an einem ersten Umfang (72) und an einem zweiten Umfang (74) abgedichtet ist, wobei der erste Umfang (72) eine geringere radiale Erstreckung als die radiale Außenseite des Statorkerns (90) und eine größere radiale Erstreckung als die radiale Außenseite der Ringform der Wicklungsanordnung (100) aufweist, und der zweite Umfang (74) eine größere radiale Erstreckung als die radiale Innenseite des Statorkerns (91) und eine geringere radiale Erstreckung als die radiale Innenseite der Ringform der Wicklungsanordnung (101) aufweist. 1. Stator (10) of an electric drive machine, in particular an axial flux machine (1), comprising a stator core (30) and windings (43) arranged in ring form on the stator core (30) of at least one electrical conductor and at least one wet space (60) for flow with a coolant, so that heat from at least one winding (43) can be absorbed by the coolant, and further comprising a separating element (70), with which the wet space (60) is essentially liquid-tight at least on one axial side of the stator (10). a drying space (50) of the electric drive machine, characterized in that the separating element (70) is sealed off from the stator core (30) at a first circumference (72) and at a second circumference (74), the first circumference (72 ) a smaller radial extent than the radial outside of the stator core (90) and a larger radial extent than the radial outside of the toroidal shape of the winding Regulation (100), and the second circumference (74) has a greater radial extent than the radial inside of the stator core (91) and a smaller radial extent than the radial inside of the ring shape of the winding assembly (101).
2. Stator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennungselement (70) den Stator (10) axial begrenzt. 2. Stator according to claim 1, characterized in that the separating element (70) delimits the stator (10) axially.
3. Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennungselement (70) an seiner axialen Seite im Wesentlichen eine Ebene (71) ausbildet. 3. Stator according to claim 2, characterized in that the separating element (70) essentially forms a plane (71) on its axial side.
4. Stator nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennungselement (70) zwei im Wesentlichen ringförmige Wände (73,75) aufweist, die konzentrisch angeordnet sind und sich mit zumindest einer Komponente ihrer Erstreckung in axialer Richtung erstrecken, so dass zwischen den ringförmigen Wänden (73,75) eine ringförmige Kavität (80) ausgebildet ist, zur axialen und bereichsweise radialen Abtrennung des ebenfalls im Wesentlichen ringförmigen Nassraums (60) von einem angrenzenden Trockenraum (50). 4. Stator according to one of claims 2 and 3, characterized in that the separating element (70) has two substantially annular walls (73,75) which are arranged concentrically and extend with at least a component of their extension in the axial direction, so that between the annular walls (73,75) an annular cavity (80) is formed for axial and regionally radial separation of the likewise essentially ring-shaped wet space (60) from an adjacent dry space (50).
5. Stator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung des Abtrennungselements (70) gegenüber dem Statorkern (30) an den ringförmigen Wänden (73,75) in radialer Richtung realisiert ist. 5. Stator according to claim 4, characterized in that the sealing of the separating element (70) relative to the stator core (30) is realized on the annular walls (73, 75) in the radial direction.
6. Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der ringförmigen Wände (73,75) im Flächenbereich der Anlage einer Dichtung (130,140) dicker ausgeführt ist als an der Seite der axialen Begrenzung des Nassraums (60). 6. Stator according to claim 5, characterized in that at least one of the annular walls (73,75) is made thicker in the surface area where a seal (130,140) rests than on the side of the axial boundary of the wet space (60).
7. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Abtrennungselements (70) ein nichtmetallischer Werkstoff ist. 7. Stator according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the separating element (70) is a non-metallic material.
8. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennungselement (70) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Statorkern (30) und/ oder mit wenigstens einer Wicklung (43) verbunden ist. 8. Stator according to one of the preceding claims, characterized in that the separating element (70) is connected to the stator core (30) and/or to at least one winding (43) by means of an integral connection.
9. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennungselement (70) mit einer in axialer Richtung auf den Statorkern (30) und/ oder wenigstens eine Wicklung (43) wirkenden Druck- Vorspannung angeordnet ist. 9. Stator according to one of the preceding claims, characterized in that the separating element (70) is arranged with a pressure bias acting in the axial direction on the stator core (30) and/or at least one winding (43).
10. Elektrische Antriebsmaschine, insbesondere Axialflussmaschine (1), umfassend einen Stator (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, sowie einen Rotor (20), wobei der Rotor (20) in einem Trockenraum (50) der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet ist. 10. Electrical drive machine, in particular axial flow machine (1), comprising a stator (10) according to any one of claims 1 to 9, and a rotor (20), wherein the rotor (20) in a drying space (50) of the electrical drive machine is arranged.
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