EP4702644A1 - Statorkörper mit axialen kühlmittelkanälen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Statorkörper für einen Stator einer elektrischen Maschine beschrieben, der einen Basis-Körper mit einer Vielzahl von Statorblechen umfasst, wobei sich der Basis-Körper von einer ersten äußeren Stirnfläche bis zu einer gegenüberliegenden zweiten äußeren Stirnfläche erstreckt. Der Basis-Körper umfasst zumindest einen ersten axialen Kühlmittelkanal, der in axialer Richtung durch den Basis-Körper verläuft, und zumindest einen zweiten axialen Kühlmittelkanal, der in axialer Richtung durch den Basis-Körper verläuft, wobei der zweite axialen Kühlmittelkanal einen höheren radialen Abstand von der zentralen Längsachse des Statorkörpers aufweist als der erste axiale Kühlmittelkanal.

Description

Statorkörper mit axialen Kühlmittelkanälen

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, etwa eine Synchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung die Kühlung eines Stators einer elektrischen Maschine.

Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator, der einen Rotor der elektrischen Maschine umschließt. Ferner weist die elektrische Maschine typischerweise einen Kühlmittel-Kreislauf auf, um die elektrische Maschine, insbesondere die elektrischen Wicklungen des Stators, zu kühlen. Das Kühlmittel kann in hohlen Kühlmittelkanälen innerhalb des Statorkörpers des Stators geführt werden. Ferner kann das Kühlmittel anhand von Düsen auf den Wickelkopf an einer Stirnfläche des Statorkörpers gesprüht werden. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine besonders zuverlässige Kühlung des Stators einer elektrischen Maschine zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.

Gemäß einem Aspekt wird ein Statorkörper für einen Stator einer elektrischen Maschine beschrieben. Der Statorkörper umfasst einen Basis-Körper mit einer Vielzahl von ebenen (identisch ausgebildeten) Statorblechen. Der Basis-Körper erstreckt sich in axialer Richtung (entlang der zentralen Längsachse des Statorkörpers) von einer ersten äußeren Stirnfläche bis zu einer gegenüberliegenden zweiten äußeren Stirnfläche. Der Stator kann an beiden äußeren Stirnflächen (des Statorkörpers) jeweils einen Wickelkopf aufweisen.

Der Basis-Körper umfasst zumindest einen ersten axialen Kühlmittelkanal und zumindest einen zweiten axialen Kühlmittekanal, die jeweils in axialer Richtung durch den Basis-Körper verlaufen. Der Basis-Körper kann insbesondere N erste axiale Kühlmittelkanäle und N zweite axiale Kühlmittelkanäle aufweisen, z.B. (zumindest oder genau) einen ersten und zweiten Kühlmittelkanal pro Statorzahn des Statorkörpers. Die einzelnen Kühlmittelkanäle können jeweils ausgebildet sein, Kühlmittel, insbesondere ein flüssiges Kühlmittel (etwa Öl), zu führen. Die einzelnen Kühlmittelkanäle können jeweils als Bohrung und/oder als Aussparung (in axialer Richtung durch den Statorkörper) ausgebildet sein.

Der Basis-Körper kann einen ersten Teilkörper und einen zweiten Teilkörper mit jeweils ein oder mehreren ersten und ein oder mehreren zweiten axialen Kühlmittelkanälen umfassen, wobei der erste und der zweite Teilkörper in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind. Die beiden Teilkörper können jeweils einen Teil (z.B. jeweils die Hälfte) der Statorbleche des Basis-Körpers aufweisen. Die beiden Teilkörper können identisch ausgebildet sein.

Der Basis-Körper kann ein zwischen dem ersten Teilkörper und dem zweiten Teilkörper angeordnetes Statorbauteil umfassen, das ausgebildet ist, Kühlmittel von außerhalb des Statorkörpers in die ein oder mehreren ersten und zweiten axialen Kühlmittelkanäle des ersten und zweiten Teilkörpers zu leiten. Das Statorbauteil kann selbst als Statorblech bzw. als eine Menge von mehreren Statorblechen ausgebildet sein. In dem Statorbauteil kann ein hohler Verteilungsring angeordnet sein, über dem das Kühlmittel (insbesondere eine Kühlflüssigkeit, etwa Öl) zu den einzelnen axialen Kühlmittelkanälen geleitet werden kann. Es kann somit eine mittige Versorgung des Statorkörpers mit Kühlmittel bewirkt werden, um eine besonders zuverlässige und effiziente Kühlung zu ermöglichen.

Die ein oder mehreren, insbesondere die N, zweiten axialen Kühlmittelkanäle weisen einen höheren radialen Abstand von der zentralen Längsachse des Statorkörpers auf als die ein oder mehreren, insbesondere die N, ersten axialen Kühlmittelkanäle. Die ein oder mehreren zweiten axialen Kühlmittelkanäle können relativ nah (im Vergleich zu den ein oder mehreren ersten axialen Kühlmittelkanälen) an der Mantelfläche des Basis-Körpers bzw. des Statorkörpers angeordnet sein. Die ein oder mehreren zweiten axialen Kühlmittelkanäle können jeweils Joch-nahe axiale Kühlmittelkanäle sein. Andererseits können die ein oder mehreren ersten axialen Kühlmittelkanäle relativ nah (im Vergleich zu den ein oder mehreren zweiten axialen Kühlmittelkanälen) an dem Luftspalt zu dem Rotor der elektrischen Maschine angeordnet sein. Die ein oder mehreren ersten axialen Kühlmittelkanäle können jeweils Zahn-nahe axiale Kühlmittelkanäle sein.

Es wird somit ein Statorkörper beschrieben, der durch die Verwendung einer Kombination von ersten und zweiten axialen Kühlmittelkanälen (die unterschiedlich weit von der zentralen Längsachse angeordnet sind) eine besonders zuverlässige Kühlung des Stators ermöglicht.

Die einzelnen Statorbleche (des Statorkörpers und/oder des Basis-Körpers) können jeweils N Statorzähne aufweisen, die, insbesondere gleichverteilt, um die zentrale Längsachse des Statorkörpers herum angeordnet sind, mit N>l, insbesondere N>4 oder N>8 oder N>16. Ferner können die einzelnen Statorbleche jeweils ein Statorjoch aufweisen, an dem die N Statorzähne angeordnet sind, und ausgehend von dem sich die N Statorzähne zu der zentralen Längsachse des Statorkörpers (und zu dem Luftspalt) hin erstrecken. Das Statoijoch kann durch die äußere Mantelfläche des Statorkörpers begrenzt sein. Insbesondere kann die äußere Mantelfläche des Statorkörpers durch den äußeren Rand des Statorjochs der Vielzahl von Statorbleche (des Statorkörpers und/oder des Basis-Körpers) gebildet werden. Auf der Innenseite (zu der zentralen Längsachse hin) kann das Statorjoch durch den Übergang zu den N Statorzähnen begrenzt sein.

Zwischen zwei direkt benachbarten Statorzähnen kann jeweils eine Statornut angeordnet sein. Die Wicklungen des Stators können in den Statomuten um die einzelnen Statorzähne herum angeordnet sein.

Die ein oder mehreren, insbesondere die N, ersten axialen Kühlmittelkanäle können zumindest teilweise, insbesondere zu 40% oder mehr, innerhalb von ein oder mehreren der N Statorzähne verlaufen. Insbesondere kann in jedem der N Statorzähne jeweils ein erster axialer Kühlmittelkanal angeordnet sein (wobei die Querschnittsfläche der einzelnen ersten axialen Kühlmittelkanäle jeweils zu 40% oder mehr innerhalb des jeweiligen Statorzahn angeordnet sein kann). Die ein oder mehreren ersten axialen Kühlmittelkanäle können jeweils eine stabförmige Querschnittsfläche (senkrecht zu der axialen Richtung) aufweisen, mit einer Länge entlang der radialen Richtung die signifikant (z.B. um einen Faktor 4 oder mehr) größer als die Breite in Umfangsrichtung des Statorkörpers ist. 40% oder mehr der Länge der Querschnittsfläche der einzelnen ersten axialen Kühlmittelkanäle kann jeweils in einem Statorzahn angeordnet sein.

Andererseits können die ein oder mehreren, insbesondere die N, zweiten axialen Kühlmittelkanäle, insbesondere vollständig, innerhalb des Statoijochs verlaufen. Dabei können die einzelnen zweiten axialen Kühlmittelkanäle jeweils in radialer Richtung fluchtend mit einer zwischen zwei Statorzähnen angeordneten Statornut angeordnet sein. Die einzelnen zweiten axialen Kühlmittelkanäle können jeweils zwischen unterschiedlichen, direkt benachbarten, Paaren der N Statorzähne (jeweils in radialer Richtung fluchtend zu der jeweiligen Statornut) angeordnet sein. Es kann somit fluchtend zu den einzelnen Statomuten jeweils ein zweiter axialer Kühlmittelkanal bereitgestellt werden. Die einzelnen zweiten axialen Kühlmittelkanäle können jeweils eine kreisförmige Querschnittsfläche (senkrecht zu der axialen Richtung) aufweisen. Alternativ oder ergänzend können die Länge (in radialer Richtung) und die Breite (in Umfangsrichtung) der Querschnittsfläche der einzelnen zweiten axialen Kühlmittelkanäle im Wesentlichen gleich sein.

Die äußere Mantelfläche des Basis-Körpers bzw. des Statorkörpers kann mit einem bestimmten Außenradius um die zentrale Längsachse des Statorkörpers verlaufen. Die ein oder mehreren zweiten axialen Kühlmittelkanäle können jeweils in einem Abstand von 10% oder weniger, insbesondere von 5% oder weniger, des Außenradius von der äußeren Mantelfläche entfernt angeordnet sein. Andererseits können die ein oder mehreren ersten axialen Kühlmittelkanäle jeweils in einem Abstand von 15% oder mehr, insbesondere 20% oder mehr, des Außenradius von der äußeren Mantelfläche entfernt angeordnet sein. Durch eine Anordnung der ersten und zweiten axialen Kühlmittelkanäle in unterschiedlich großen Ringen (mit unterschiedlichen Radien) um die zentrale Längsachse des Statorkörpers herum, kann eine besonders zuverlässige Kühlung des Stators bewirkt werden.

Der Statorkörper kann an zumindest einer Stirnfläche (typischerweise an beiden Stirnflächen) jeweils ein Düsen-Statorblech aufweisen, das zumindest eine Düse umfasst, die derart angeordnet ist, dass die Düse mit Kühlmittel aus dem zumindest einen ersten axialen Kühlmittelkanal des Basis-Körpers gespeist werden kann (bzw. während des Betriebs des Stators gespeist wird). Die Düse kann ausgebildet sein, einen Kühlmittel-Strahl auf den an der jeweiligen Stirnfläche des Statorkörpers angeordneten Wickelkopf des Stators zu bewirken. So kann eine effiziente und zuverlässige Kühlung des Wickelkopfes bewirkt werden.

Das Düsen-Statorblech kann ferner eine Bohrung zur Verlängerung des zweiten axialen Kühlmittelkanals des Basis-Körpers umfassen. Das Düsen-Statorblech kann für jeden der zweiten axialen Kühlmittelkanäle jeweils eine Bohrung aufweisen. Das aus den einzelnen zweiten axialen Kühlmittelkanälen austretende Kühlmittel kann an der jeweiligen Stirnfläche zur Kühlung des j eweiligen Wickelkopfes des Stators verwendet werden.

Ein Düsen-Statorblech kann mehrere Düsen aufweisen, die, insbesondere gleichverteilt, um die Längsachse des Statorkörpers angeordnet sind. So kann eine besonders zuverlässige Kühlung der Wickelköpfe des Stators bewirkt werden. Das Düsen-Statorblech kann z.B. (genau) N Düsen aufweisen, die, insbesondere in einer Eins-zu-Eins-Beziehung, mit Kühlmittel aus den entsprechenden N ersten axialen Kühlmittelkanälen gespeist werden. Alternativ kann das Düsen- Statorblech (genau) N/2 Düsen aufweisen, die jeweils mit Kühlmittel aus jeweils zwei der N ersten axialen Kühlmittelkanälen gespeist werden. Es kann somit für jeweils ein Paar von ersten axialen Kühlmittelkanälen genau eine Düse bereitgestellt werden.

Der Statorkörper kann (an beiden Stirnflächen jeweils) ein Zuleitungs-Statorblech aufweisen, das zwischen der jeweiligen äußeren Stirnfläche des Basis-Körpers und dem jeweiligen Düsen-Statorblech angeordnet ist, und das eine Verbindungsleitung zwischen dem zumindest einen ersten axialen Kühlmittelkanal des Basis-Körpers und der Düse des Düsen-Statorblechs aufweist. Dabei kann die Verbindungsleitung als Aussparung innerhalb des Zuleitungs-Statorblechs ausgebildet sein. In entsprechender Weise kann auch an der anderen äußeren Stirnfläche des Basis-Körpers ein Zuleitungs-Statorblech angeordnet werden.

Es kann somit direkt an einer äußeren Stirnfläche des Basis-Körpers ein Zuleitungs-Statorblech angeordnet werden, auf das in axialer Richtung ein Düsen- Statorblech folgt. So kann eine zuverlässige Führung von Kühlmittel durch den Statorkörper bewirkt werden.

Der Basis-Körper kann zwei erste axiale Kühlmittelkanal aufweisen, die in oder an zwei unterschiedlichen (direkt benachbarten) Statorzähnen des Basis-Körpers bzw. des Statorkörpers angeordnet sind. Eine Verbindungsleitung eines Zuleitungs-Statorblechs kann ausgebildet sein, die beiden ersten axialen Kühlmittelkanäle mit der gleichen Düse eines Düsen-Statorblechs zu verbinden, sodass die Düse des Düsen-Statorblechs mit Kühlmittel aus beiden ersten axialen Kühlmittelkanälen gespeist werden kann (und während des Betriebs des Stators gespeist wird). So können ein besonders zuverlässiger Kühlmittelfluss durch den Statorkörper und eine besonders zuverlässige Bildung eines Kühlmittel-Strahls zur Kühlung eines Wickelkopfes des Stators bewirkt werden.

Die einzelnen Zuleitungs-Statorbleche können jeweils eine Bohrung zur Verlängerung des zweiten axialen Kühlmittelkanals des Basis-Körpers umfassen. Insbesondere kann für jeden zweiten axialen Kühlmittelkanal jeweils eine Bohrung bereitgestellt werden. So kann eine zuverlässige Führung von Kühlmittel durch den Statorkörper bewirkt werden.

Der Statorkörper kann an der zweiten äußeren Stirnfläche des Basis-Körpers in entsprechender, insbesondere in gleicher, Weise ausgebildet sein, wie an der ersten äußeren Stirnfläche des Basis-Körpers. Folglich sind Ausführungen in Bezug auf die erste Stirnfläche des Statorkörpers bzw. des Basis-Körpers in entsprechender Weise auf die zweite Stirnfläche des Statorkörpers bzw. des Basis- Körpers anwendbar.

Die einzelnen Statorbleche (für den Basis-Körper, die ein oder mehreren Düsen- Statorbleche und/oder die ein oder mehreren Zuleitungs-Statorbleche) des Statorkörpers können (abgesehen von ein oder mehreren Aussparungen für die ersten und zweiten axialen Kühlmittelkanäle, für die Düsen bzw. für die Verbindungsleitungen) baugleich sein. Insbesondere können die einzelnen Statorbleche jeweils ein Statorjoch (mit einem einheitlichen äußeren Durchmesser) und jeweils N Statorzähne aufweisen. Ferner können die einzelnen Statorbleche jeweils eine einheitliche Dicke (in axialer Richtung) aufweisen, z.B. eine Dicke zwischen 1 mm und 5 mm. So kann eine besonders kosteneffiziente Herstellung des Statorkörpers ermöglicht werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Stator für eine elektrische Maschine beschrieben. Der Stator umfasst einen Statorkörper, der wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet ist. Der Stator kann ferner einen an der ersten Stirnfläche des Statorkörpers angeordneten ersten Wickelkopf und/oder einen an der zweiten Stirnfläche des Statorkörpers angeordneten zweiten Wickelkopf aufweisen. Die Düsen des Statorkörpers (insbesondere die Düsen der ein oder mehreren Düsen- Statorbleche) und/oder die zweiten axialen Kühlmittelkanäle können jeweils ausgebildet sein, Kühlmittel-Strähle mit Kühlmittel auf den jeweiligen Wickelkopf zu bewirken, um eine effiziente, zuverlässige und zielgerichtete Kühlung des j eweiligen Wickelkopfs zu bewirken.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine, insbesondere eine Synchronmaschine, mit einem Rotor und mit einem Stator beschrieben, wobei der Stator wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet ist.

Die elektrische Maschine kann ausgebildet sein, Kühlmittel, ausgehend von einer äußeren Mantelfläche des Statorkörpers des Stators her in ein oder mehrere erste und zweite axiale Kühlmittelkanäle des Statorkörpers des Stators zu leiten, insbesondere an einer in axialer Richtung mittig angeordneten Stelle zwischen den zwei Teilkörpern des Statorkörpers. Die elektrische Maschine kann ferner eingerichtet sein, an zumindest einer Stirnfläche des Statorkörpers des Stators Kühlmittel aus den ein oder mehreren ersten und zweiten axialen Kühlmittelkanälen, das zur Kühlung eines Wickelkopfes des Stators verwendet wurde, aufzusammeln. Dieses Kühlmittel kann wieder den ein oder mehreren ersten und zweiten axialen Kühlmittelkanälen zugeführt werden.

Es kann somit ein Kühlmittel-Kreislauf für eine effiziente und zuverlässige Kühlung der Statorwicklungen und/oder der Wickelköpfe des Stators bereitgestellt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene elektrische Maschine umfasst.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Figur la eine beispielhafte elektrische Maschine;

Figur 1b einen beispielhaften Wickelkopf an einer Stirnfläche eines Stators;

Figur 2 eine isometrische Ansicht eines beispielhaften mehrteiligen Statorkörpers; Figur 3a eine isometrische Ansicht eines beispielhaften mehrteiligen Statorkörpers mit Nut-nahen (ersten) und Joch-nahen (zweiten) Kühlmittelkanälen; und Figur 3b einen beispielhaften Fluss von Kühlmittel durch einen Statorkörper.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Erhöhung der Zuverlässigkeit der Kühlung eines Stators einer elektrischen Maschine. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. la eine beispielhafte elektrische Maschine 100 in einer Ansicht senkrecht auf die Welle 101 der elektrischen Maschine 100. Die Welle 101 der elektrischen Maschine 100 kann der Längsachse des Stators 110 und/oder der Rotationsachse des Rotors 120 der elektrischen Maschine 100 entsprechen. Die Welle 101 verläuft entlang der z- Achse des dargestellten kartesischen Koordinatensystems.

Die elektrische Maschine 100 umfasst einen Stator 110 mit mehreren Statorwicklungen 111, die an unterschiedlichen Winkelpositionen um die Rotationsachse des Rotors 120 herum angeordnet sind, und die eingerichtet sind, ein elektromagnetisches Drehfeld zu erzeugen. Der Stator 110 ist von einem Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 umgeben. Die einzelnen Statorwicklungen 111 können jeweils in einer Statornut zwischen zwei direkt benachbarten Statorzähnen 113 des Stators 110 angeordnet sein. Zwischen dem Stator 110 und dem Rotor 120 ist ein Luftspalt 102 angeordnet. Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine 100 den Rotor 120, der durch das von dem Stator 110 bewirkte Drehfeld angetrieben wird. Der Rotor 120 ist fest mit der von der elektrischen Maschine 100 angetriebenen Welle 101 verbunden (die mit der Rotorachse des Rotors 120 verbunden ist oder die der Rotorachse des Rotors 120 entspricht). Der Rotor 120 umfasst einen Rotorkörper 122.

Der Rotor 120 einer elektrischen Maschine 100 kann als Rotorkörper 122 ein Eisenblechpaket (z.B. zusammengesetzt aus gegenseitig isolierten Blechen) aufweisen. In entsprechender Weise kann auch der Statorkörper des Stators 110 aus einzelnen (gegenseitig elektrisch isolierten) Statorblechen (z.B. Eisenblechen) zusammengesetzt sein.

Der Stator 110 erstreckt sich entlang der Rotationsachse des Rotors 120 bzw. entlang der Längsachse des Stators 110 von einer ersten Stirnfläche bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche. Dabei weist der Stator 110 unterschiedliche magnetische Statorzähne 113 auf, die an verschiedenen Winkelpositionen (gleichmäßig verteilt) um die Rotationsachse des Rotors 120 angeordnet sind. Um die einzelnen Statorzähne 113 kann jeweils eine Spule (d.h. jeweils ein oder mehrere Windungen bzw. Wicklungen 111) angeordnet sein, durch die ein Magnetfeld erzeugt wird. Die einzelnen Statorzähne 113 können somit magnetische Pole des Stators 110 bilden. Die Windungen bzw. Wicklungen 111 bilden an den Stirnflächen des Stators 110 jeweils einen Wickelkopf.

Zwischen zwei direkt benachbarten Statorzähnen 113 der Stators 110 wird jeweils eine Statomut gebildet, in denen die Windungen 111 angeordnet sind. Eine Statornut erstreckt sich entlang der Längsachse (d.h. entlang der z-Achse) von der ersten Stirnfläche bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche des Stators 110. Die in einer Statornut angeordneten Windungen 111 können anhand einer Nutisolation elektrisch gegenüber dem (elektrisch leitenden) Statorkörper isoliert sein. Fig. lb veranschaulicht den durch die Statorwicklungen 111 gebildeten Wickelkopf 115 an einer Stirnfläche 117 des Stators 110. Der Wickelkopf 115 wird typischerweise mit einem (flüssigen) Kühlmittel 130 (z.B. Öl) gekühlt. Das Kühlmittel 130 kann z.B. mit ein oder mehreren Düsen (nicht dargestellt) auf den Wickelkopf 115 gesprüht werden. Bei dem in diesem Dokument beschriebenen Stator 110 kann das Kühlmittel 130 zur Kühlung des Wickelkopfes 115 in effizienter Weise aus Kühlmittelkanälen des Statorkörpers 118 des Stators 110 bezogen werden.

Fig. 2 zeigt einen beispielhaften mehrteiligen Statorkörper 118 eines Stators 110. Der Statorkörper 118 umfasst einen ersten Teilkörper 201 und einen zweiten Teilkörper 202, die entlang der Längsachse des Statorkörpers 118 hintereinander angeordnet sind. Die Teilkörper 201, 202 können jeweils aus einer Vielzahl von (identisch ausgebildeten) Statorblechen zusammengesetzt sein, z.B. jeweils aus 50 oder mehr, oder 100 oder mehr Statorblechen. Ferner können die beiden Teilkörper 201, 202 baugleich sein, sodass durch die beiden Teilkörper 201, 202 jeweils eine Hälfte des Basis-Körpers 201, 202 des Statorkörpers 118 gebildet wird.

Der Statorkörper 118 kann in dem Statorjoch und/oder in den einzelnen Statorzähnen 113 jeweils ein oder mehrere hohle Kühlmittelkanäle 205 aufweisen, die jeweils in axialer Richtung, d.h. in Längsrichtung, verlaufen. Durch die einzelnen axialen Kühlmittelkanäle 205 kann jeweils Kühlmittel 130 geleitet werden, um die Statorwicklungen 111 zu kühlen.

Zwischen den beiden Teilkörpern 201, 202 kann ein zentrales Statorbauteil 203, insbesondere ein zentrales Statorblech bzw. Blechpacket, angeordnet sein, das an den zentralen Stirnflächen 216 der beiden Teilkörper 201, 202 anliegt. Das zentrale Statorbauteil 203 kann ein Statorjoch und Statorzähne 113 aufweisen. Ferner kann das zentrale Statorbauteil 203 ausgebildet sein, Kühlmittel 130 von außerhalb des Statorkörpers 118 in die axialen Kühlmittelkanäle 205 der beiden Teilkörper 201, 202 zu leiten.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen Kühlung des Stators 110. Der in Fig. 2 dargestellte Statorkörper 118 weist an den äußeren Stirnflächen 116 der Teilkörper 201, 202 jeweils ein Stirnflächen-Statorblech 210 auf. Insbesondere ist an der äußeren Stirnfläche 116 des ersten Teilkörpers 201 ein erstes Stirnflächen-Statorblech 210 angeordnet, und an der äußeren Stirnfläche 116 des zweiten Teilkörpers 202 ist ein zweites Stirnflächen-Statorblech 210 angeordnet. Die einzelnen Stirnflächen- (bzw. Düsen-) Statorbleche 210 können jeweils Düsen 212 aufweisen, die mit Kühlmittel 130 aus den einzelnen axialen Kühlmittelkanälen 205 versorgt werden. Die Düsen 212 können gleichmäßig verteilt um die zentrale Längsachse des Stators 110 angeordnet sein. Durch die einzelnen Düsen 212 kann jeweils ein Kühlmittel-Strahl auf den Wickelkopf 115 des Stators 110 bewirkt werden.

Während des Betriebs der elektrischen Maschine kann Wärme an den Wicklungen 111 des Stators 110 entstehen, d.h. in unmittelbarer Nähe zu den einzelnen Statorzähnen 113. Die in den Wicklungen 111 erzeugte Wärme kann als Kupferverlust bezeichnet werden (da die Wicklungen 111 typischerweise aus Kupfer bestehen). Des Weiteren kann es aufgrund des sich zeitlich verändernden Magnetfelds in dem Stator 110 zu Wärmeentwicklung in den einzelnen Statorblechen selbst kommen. Diese Wärmeverluste können als Eisenverluste bezeichnet werden (da die Statorbleche typischerweise Eisen aufweisen). Die Eisenverluste entstehen primär im Bereich des Statoijochs.

Der in Fig. 3 a dargestellte Statorkörper 118 umfasst eine Menge von ersten axialen Kühlmittelkanälen 205, die in oder an den einzelnen Statorzähnen 113 angeordnet sind, und die ausgebildet sind, Wärme abzuführen, die aus den Kupferverlusten resultiert. Des Weiteren umfasst der in Fig. 3a dargestellte Statorkörper 118 eine Menge von zweiten axialen Kühlmittelkanälen 315, die innerhalb des Statorjochs angeordnet sind, und die ausgebildet sind, Wärme abzuführen, die aus den Eisenverlusten resultiert.

Die ersten axialen Kühlmittelkanäle 205 weisen einen geringeren radialen Abstand zu der zentralen Längsachse des Statorkörpers 118 auf als die zweiten axialen Kühlmittelkanäle 315. Die einzelnen ersten axialen Kühlmittelkanäle 205 können jeweils (ggf. vollständig) in einem Statorzahn 113 angeordnet sein oder zumindest in einen Statorzahn 113 hineinragen. Die einzelnen zweiten axialen Kühlmittelkanäle 315 können in unmittelbarer Nähe zu der äußeren Mantelfläche des Statorkörpers 118 angeordnet sein. Ferner können die einzelnen zweiten axialen Kühlmittelkanäle 315 jeweils in radialer Richtung fluchten mit einer Statornut (zwischen zwei Statorzähnen 113) angeordnet sein. Durch eine derartige Anordnung der axialen Kühlmittelkanäle 205, 315 kann eine besonders zuverlässige Kühlung des Stator 110 bewirkt werden.

Der in Fig. 3a dargestellte Statorkörper 118 weist an den äußeren Stirnflächen 116 der beiden Teilkörper 201, 202 jeweils ein Zuleitungs-Statorblech 311 auf, wobei das Zuleitungs-Statorblech 311 Verbindungsleitungen 305 aufweist, die jeweils ausgebildet sind, Kühlmittel 130 aus ein oder mehreren, insbesondere aus jeweils zwei, ersten axialen Kühlmittelkanälen 205 zu jeweils einer Düse 212 des direkt benachbarten Düsen-Statorblechs 310 zu leiten. Zwischen zwei Statornuten, d.h. in jeweils einem Statorzahn 113, kann jeweils ein erster axialer Kühlmittelkanal 205 in Längsrichtung durch einen Teilkörper 201, 202 verlaufen. Eine Verbindungsleitung 305 kann das Kühlmittel 130 aus zwei direkt benachbarten ersten axialen Kühlmittelkanälen 205 zu jeweils (genau) einer Düse 212 leiten, wobei die Düse 212 in dem Statorjoch zwischen zwei Statorzähnen 113 angeordnet ist.

Direkt an der äußeren Stirnfläche 116 eines Teilkörpers 201, 202 kann somit ein Zuleitungs-Statorblech 311 angeordnet sein, und direkt an dem Zuleitungs- Statorblech 311 kann ein Düsen-Statorblech 310 angeordnet sein. Die Stirnfläche 117 des Statorkörpers 118 kann durch das Düsen-Statorblech 310 gebildet werden.

Das Zuleitungs-Statorblech 311 und das Düsen-Statorblech 310 können jeweils Bohrungen für die zweiten axialen Kühlmittelkanäle 315 aufweisen, wobei die einzelnen Bohrungen jeweils in axialer Richtung fluchtend mit den entsprechenden zweiten axialen Kühlmittelkanälen 315 sind. Die zweiten axialen Kühlmittelkanäle 315 können somit bis an die Stirnfläche 117 des Statorkörpers 118 herangeführt werden. Das Kühlmittel 130 aus den zweiten axialen Kühlmittelkanälen 315 kann dazu verwendet werden, den Wickelkopf 115 an der Stirnfläche 117 des Statorkörpers 118 zu kühlen.

Fig. 3b veranschaulicht den Fluss von Kühlmittel 130 durch den Statorkörper 118. Insbesondere zeigt Fig. 3b, dass Kühlmittel 130 über einen Zufluss 320 in einen Verteilungsring 321 des zentralen Statorbauteils 203 eingeführt werden kann. Über den Verteilungsring 321 wird das Kühlmittel 130 den ersten und den zweiten axialen Kühlmittelkanälen 205, 315 des ersten Teilkörpers 201 und des zweiten Teilkörpers 202 zugeführt. An den äußeren Stirnflächen 116 der beiden Teilkörper 201, 202 wird das Kühlmittel 130 der ersten axialen Kühlmittelkanäle 205 über die Verbindungsleitungen 305 der Zuleitungs-Statorbleche 311 den einzelnen Düsen 212 in den Düsen-Statorblechen 310 zugeführt. Durch die einzelnen Düsen 212 wird jeweils ein Strahl mit Kühlmittel 130 zur Kühlung der Wickelköpfe 115 bewirkt. Ferner wird durch die einzelnen zweiten axialen Kühlmittelkanäle 315 jeweils ein Strahl mit Kühlmittel 130 an der jeweiligen Stirnfläche 117 des Statorkörpers 118 bewirkt.

Es wird somit eine effiziente Wärmeabfuhr der in einem ölgekühlten Stator 110 auftretenden Wärmeverluste beschrieben. Wie weiter oben dargelegt, werden die Wärmeverluste durch Kupferverluste (in den Wicklungen 111) und durch Eisenverluste (in den Statorblechen) gebildet. Der in diesem Dokument beschriebene Statorkörper 118 weist sowohl für die Kupfer- als auch für die Eisenverluste jeweils eigene / separate Kühlmittelkanäle 205, 315 auf. Die diametral relativ weit innen angeordneten Kühlmittelkanäle 205 haben primär die Aufgabe die Kupferverluste abzuführen. Die diametral relativ weit außen (im Jochbereich) angeordnete Kühlmittelkanäle 315 sind primär auf die Abfuhr der Eisenverluste fokussiert. Beide Mengen von Kühlmittelkanälen 205, 315 werden aus einem gemeinsamen Stator-Kühlmittelkreis versorgt, wobei die Verteilung und/oder Weiterleitung des Kühlmittels 130 in die verschiedenen Kanäle 305, 315 über mittig angeordnete Verteil-Statorbleche (des zentralen Statorbauteils 203) erfolgt. Um das Kühlmittel 130 an den Statorenden 117 effizient zur Kühlung der Wickelköpfe 115 zu nutzen, sind an den Statorenden 117 jeweils Verteil- und Spraybleche 311, 310 angeordnet. Die Spray- bzw. Düsen-Statorbleche 310, 311 dienen einer optimalen hydraulischen Strahlausbildung (Spraybildung) zur Bereitstellung der Wickelkopfkühlung.

Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen wird eine besonders zuverlässige Wärmeabfuhr aus dem Stator 110 einer elektrischen Maschine 100 gewährleistet, um eine frühzeitige Degradation und/oder thermische Überlastung der elektrischen Maschine 100 zu verhindern.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Ansprüche

1) Statorkörper (118) für einen Stator (110) einer elektrischen Maschine (100); wobei

- der Statorkörper (118) einen Basis-Körper (201, 202) mit einer Vielzahl von Statorblechen umfasst;

- sich der Basis-Körper (201, 202) in axialer Richtung von einer ersten äußeren Stirnfläche (116) bis zu einer gegenüberliegenden zweiten äußeren Stirnfläche (116) erstreckt;

- der Basis-Körper (201, 202) zumindest einen ersten axialen Kühlmittelkanal (205) aufweist, der in axialer Richtung durch den Basis-Körper (201, 202) verläuft;

- der Basis-Körper (201, 202) zumindest einen zweiten axialen Kühlmittelkanal (315) aufweist, der in axialer Richtung durch den Basis-Körper (201, 202) verläuft; und

- der zweite axialen Kühlmittelkanal (315) einen höheren radialen Abstand von einer zentralen Längsachse des Statorkörpers (118) aufweist als der erste axiale Kühlmittelkanal (205).

2) Statorkörper (118) gemäß Anspruch 1, wobei

- die einzelnen Statorbleche jeweils N Statorzähne (113) aufweisen, die, insbesondere gleichverteilt, um die zentrale Längsachse des Statorkörpers (118) herum angeordnet sind, mit N>l, insbesondere N>4 oder N>8 oder N> 16;

- die einzelnen Statorbleche jeweils ein Statorjoch aufweisen, an dem die N Statorzähne (113) angeordnet sind, und sich ausgehend von dem Statorjoch zu der zentralen Längsachse des Statorkörpers (118) hin erstrecken; - der erste axiale Kühlmittelkanal (205) zumindest teilweise, insbesondere zu 40% oder mehr, innerhalb einem der N Statorzähne (113) verläuft; und

- der zweite axiale Kühlmittelkanal (315), insbesondere vollständig, innerhalb des Statorjochs verläuft.

3) Statorkörper (118) gemäß Anspruch 2, wobei der zweite axiale Kühlmittelkanal (315) in radialer Richtung fluchtend mit einer zwischen zwei Statorzähnen (113) angeordneten Statornut angeordnet ist.

4) Statorkörper (118) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei

- der Basis-Körper (201, 202) N erste axiale Kühlmittelkanäle (205) für die entsprechenden N Statorzähne (113) aufweist; und/oder

- der Basis-Körper (201, 202) N zweite axiale Kühlmittelkanäle (315) aufweist; wobei die einzelnen zweiten axialen Kühlmittelkanäle (315) insbesondere jeweils zwischen unterschiedlichen, direkt benachbarten, Paaren der N Statorzähne (113) angeordnet sind.

5) Statorkörper (118) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

- der Basis-Körper (201, 202) eine äußere Mantelfläche aufweist, die mit einem bestimmten Außenradius um die zentrale Längsachse des Statorkörpers (118) verläuft;

- der zweite axiale Kühlmittelkanal (315) in einem Abstand von 10% oder weniger, insbesondere von 5% oder weniger, des Außenradius von der äußeren Mantelfläche entfernt angeordnet ist; und

- der erste axiale Kühlmittelkanal (205) in einem Abstand von 15% oder mehr, insbesondere 20% oder mehr, des Außenradius von der äußeren Mantelfläche entfernt angeordnet ist.

6) Statorkörper (118) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Statorkörper (118) an zumindest einer Stirnfläche (117) ein Düsen- Statorblech (310) aufweist, das zumindest eine Düse (212) umfasst, die derart angeordnet ist, dass die Düse (212) mit Kühlmittel (130) aus dem zumindest einen ersten axialen Kühlmittelkanal (205) des Basis- Körpers (201, 202) gespeist werden kann; und

- das Düsen-Statorblech (310) eine Bohrung zur Verlängerung des zweiten axialen Kühlmittelkanals (315) des Basis-Körpers (201, 202) umfasst.

7) Statorkörper (118) gemäß Anspruch 6, wobei

- der Statorkörper (118) ein Zuleitungs-Statorblech (311) aufweist, das zwischen einer äußeren Stirnfläche (116) des Basis-Körpers (201, 202) und dem Düsen-Statorblech (310) angeordnet ist, und das eine Verbindungsleitung (305) zwischen dem ersten axialen Kühlmittelkanal (205) des Basis-Körpers (201, 202) und der Düse (212) des Düsen-Statorblechs (310) aufweist;

- die Verbindungsleitung (305) insbesondere als Aussparung innerhalb des Zuleitungs-Statorblechs (311) ausgebildet ist; und

- das Zuleitungs-Statorblech (311) eine Bohrung zur Verlängerung des zweiten axialen Kühlmittelkanals (315) des Basis-Körpers (201, 202) umfasst.

8) Statorkörper (118) gemäß Anspruch 7, wobei

- der Basis-Körper (201, 202) zwei erste axiale Kühlmittelkanäle (205) aufweist, die in zwei unterschiedlichen Statorzähnen (113) des Basis- Körpers (201, 202) angeordnet sind; und

- die Verbindungsleitung (305) des Zuleitungs-Statorblechs (311) ausgebildet ist, die beiden ersten axialen Kühlmittelkanäle (205) mit der gleichen Düse (212) des Düsen-Statorblechs (310) zu verbinden, sodass die Düse (212) des Düsen-Statorblechs (310) mit Kühlmittel (130) aus den beiden ersten axialen Kühlmittelkanälen (205) gespeist werden kann.

9) Statorkörper (118) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

- der Basis-Körper (201, 202) einen ersten Teilkörper (201) und einen zweiten Teilkörper (202) mit jeweils ein oder mehreren ersten axialen Kühlmittelkanälen (205) und ein oder mehreren zweiten axialen Kühlmittelkanälen (315) umfasst, wobei der erste Teilkörper (201) und der zweite Teilkörper (202) in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind; und

- der Basis-Körper (201, 202) ein zwischen dem ersten Teilkörper (201) und dem zweiten Teilkörper (202) angeordnetes Statorbauteil (203) umfasst, das ausgebildet ist, Kühlmittel (130) von außerhalb des Statorkörpers (118) in die ein oder mehreren ersten und zweiten axialen Kühlmittelkanäle (205, 315) des ersten und zweiten Teilkörpers (201, 202) zu leiten.

10) Stator (110) für eine elektrische Maschine (100), wobei der Stator (110) einen Statorkörper (118) umfasst, der gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.

11) Elektrische Maschine (100), die einen Rotor (120) und einen Stator (110) umfasst, der gemäß Anspruch 10 ausgebildet ist; wobei die elektrische Maschine (100) ausgebildet ist,

- Kühlmittel (130), ausgehend von einer äußeren Mantelfläche des Statorkörpers (118) des Stators (110) her in ein oder mehrere erste und zweite axiale Kühlmittelkanäle (205, 315) des Statorkörpers (118) des Stators (110) zu leiten, insbesondere an einer in axialer Richtung mittig angeordneten Stelle (320) zwischen zwei Teilkörpem (201, 202) des Statorkörpers (118); und

- an zumindest einer Stirnfläche (117) des Statorkörpers (118) des Stators (110) Kühlmittel (130) aus den ein oder mehreren ersten und zweiten axialen Kühlmittelkanälen (205, 315), das zur Kühlung eines Wickelkopfes (115) des Stators (110) verwendet wurde, aufzusammeln.