WO2014032876A2 - Elektrische maschine für einen kraftfahrzeug-antriebsstrang - Google Patents

Elektrische maschine für einen kraftfahrzeug-antriebsstrang Download PDF

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WO2014032876A2
WO2014032876A2 PCT/EP2013/065794 EP2013065794W WO2014032876A2 WO 2014032876 A2 WO2014032876 A2 WO 2014032876A2 EP 2013065794 W EP2013065794 W EP 2013065794W WO 2014032876 A2 WO2014032876 A2 WO 2014032876A2
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stator
cooling
turbulence
cooling channel
projections
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Mark Schweiher
Thomas Hoffmeister
Harald Sodemann
Stefan Anspann
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Getrag Getriebe- Und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer Gmbh & Cie Kg
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    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets

Definitions

  • the present invention relates to an electric machine for a powertrain of a motor vehicle, comprising a housing portion, with a stator which is fixed with respect to the housing portion and having a stator core, are fixed to the stator windings, with a rotor, with respect to is rotatably mounted on the stator, and with a stator cooling arrangement for cooling the stator, wherein the stator cooling arrangement has at least one cooling channel extending along a circumferential portion of the stator and through which a cooling fluid in a flow direction can be guided.
  • cooling channel is formed between the housing portion and the stator core or in the stator core.
  • stator windings in particular as a result of reactive currents heat is introduced directly into the stator core.
  • a high cooling efficiency can be achieved. Because the heat transfer from the stator core to the cooling fluid can already be improved by the fact that the heat does not have to be done by the stator core via a housing wall.
  • the design effort for the realization of the electric machine can be reduced, since in particular the housing portion is easier to implement.
  • the electric machine may be formed as an external rotor machine, wherein the stator cooling arrangement is arranged in the interior of the stator core.
  • the stator cooling arrangement is provided on the outer circumference of the stator.
  • the cooling channel may extend in the circumferential direction, or may be arranged helically around the circumference. However, it is particularly preferred if the cooling channel is aligned parallel to a longitudinal axis of the electric machine. In the electric machine according to the invention, therefore, the cooling channel is preferably limited radially inwardly by the stator core itself, and radially outwardly through the housing portion.
  • the cooling channel is formed in the stator core, for example by means of suitable holes in stator laminations.
  • stator cooling arrangement is designed in particular for cooling the stator and the stator windings fixed thereto, it is understood that the stator cooling arrangement can also be used to dissipate heat generated in other components of the electrical machine.
  • a drive train for a motor vehicle with a transmission, with a fluid supply device for the transmission and with an electric machine of the type according to the invention, wherein the cooling channel of the electric machine is connected to the fluid supply device.
  • stator cooling arrangement can be integrated into the fluid cooling system of the transmission.
  • the same fluid is used for cooling the transmission or components thereof (for example, friction clutches as in a dual-clutch transmission), in particular a hydraulic oil, such as an ATF oil.
  • a uniform fluid balance for the drive train or at least for the transmission thereof can be realized, so that in particular the entire cooling and lubrication of all transmission components including a preferably connected thereto electric machine can be realized by means of the same fluid supply device.
  • the transmission may, for example, be a dual-clutch transmission, the electric machine preferably being connected to a section between an Gangsglied of one of the two friction clutches or the associated transmission input is connected.
  • stator cooling arrangement comprises a plurality of cooling channels, which are distributed around the circumference of the stator core around and separated by separating webs.
  • the cooling channels preferably each extend over angular ranges in the range of 5 ° to 90 °, in particular from 10 ° to 45 °.
  • the width of the channels can preferably be in a range of 15 to 50 mm, in particular in the range of 20 to 30 mm.
  • the stator core has a plurality of distributed over the circumference arranged mounting portions, wherein between two adjacent fastening portions at least one cooling channel is arranged.
  • the attachment portions may be formed by grooves in the stator core, for example, but may also be formed by protruding from the circumference of the stator core lugs.
  • the latter variant is particularly advantageous when the stator core is composed of a plurality of stator laminations. is set, which are held together by means of stud bolts or the like in the axial direction.
  • cooling channels are arranged between two adjacent attachment portions.
  • the cooling channels can be realized shorter in the circumferential direction.
  • the cooling channels may be formed by radial bulges in the housing portion, in particular on the inner circumference of the housing portion.
  • the separating webs are formed by the stator core.
  • the inner circumference of the stator core surrounding housing portion may be simply shaped, and that is substantially cylindrical, wherein the separating webs then extend to the inner periphery of the housing portion.
  • the stator core has a plurality of stator laminations each having at least a first and a second isolating projection on its outer circumference, wherein the first isolating protrusions together form a first isolating rib, and wherein the second isolating ribs projections together form a second divider, wherein the cooling channel is limited in the direction transverse to the flow direction through the first and the second divider.
  • stator laminations can be manufactured comparatively easily, for example by punching or by laser cutting.
  • the stator laminations may each have an axial thickness of 1 mm to 5 mm. However, it is preferred if the stator laminations each have an axial thickness in the range of 0.1 to 0.6 mm.
  • stator laminations play a role on the outer circumference of the stator laminations. It is generally assumed that the stator laminations have a thickness in the range of 1 mm to 5 mm, so that the projections have a sufficient stability.
  • the stator laminations may be formed in one piece or constructed of a plurality of identical partial stator laminations or sheet metal disks, each having a thickness of 0.1 to 0.6 mm.
  • a stator lamination can be both one-piece and made from a plurality of partial stator laminations (sheet metal disks).
  • a plurality of turbulence generating elements is arranged in the cooling passage, which offset in the cooling passage in the flow direction behind one another and / or transversely to the flow direction are arranged.
  • the turbulence-generating elements ensure that the fluid flow in the cooling channel is as far as possible not laminar, but is designed as a turbulent flow. This can reduce the Reynolds number, resulting in improvements brings with the heat transfer from the stator core to the cooling fluid with it. As a result, a relatively high cooling capacity can be realized at a relatively low volume flow.
  • the turbulence generating elements are formed by at least one grid element which is inserted into the cooling channel.
  • the grid element or the grid elements can be formed as a three-dimensional, curved and recessed sheet metal structure, which is then optimized to produce the highest possible turbulence.
  • the turbulence generating elements are arranged in the cooling channel so that the cooling fluid, as seen in the flow direction, does not find a continuous over the entire length of the cooling channel cross-section.
  • the proportion of the cross-sectional area passing through in the axial direction is less than 10% of the total cross-sectional area of the cooling channel.
  • the turbulence generating elements are formed by turbulence generating projections, of which at least one is formed integrally with the housing portion and / or at least one of which is integral with the stator core.
  • the turbulence generating projections may be formed in a similar manner as separating projections which define a cooling channel in the circumferential direction or in a direction transverse to the flow direction.
  • these turbulence generation projections are formed, for example, on the inner circumference of the housing portion. It is more advantageous, however, if the turbulence generation projections are formed on the outer circumference of the stator core. This is particularly advantageous if also separation projections for limiting cooling channels on the stator core or integrally formed therewith. Since the stator core is preferably made of a plurality of stator laminations, the turbulence generating projections may be formed by projections on a respective stator lamination.
  • the separation projections of the stator laminations are then preferably aligned in alignment with each other in the axial direction, whereas the turbulence generation projections of the individual stator laminations are preferably arranged so that they are arranged in the flow direction behind one another and / or transversely to the flow direction offset from each other.
  • stator laminations of this type can be produced inexpensively, since the "additional" formation of separation projections and / or turbulence generation projections requires essentially no additional effort, in particular if the stator laminations are produced by stamping or laser cutting.
  • At least one of the turbulence generating protrusions is formed pointed or rounded from a peripheral portion of the stator core.
  • heat may be conducted from the stator core into the turbulence generating protrusion over a comparatively large cross section at the root of the turbulence generating protrusion so that heat transfer from the turbulence generating protrusions to the cooling fluid flowing past it turbulently.
  • At least one of the turbulence generating projections has a radial length which is at least 70% of the radial depth of the cooling channel.
  • the radial length is greater than 90% of the radial depth, in particular equal to the radial depth of the cooling channel.
  • the cooling channel has a channel flow cross section, wherein the turbulence generating cross section of the arranged in a plane transverse to the flow direction turbulence generation projection or disposed in a plane transverse to the flow direction turbulence generation projections is less than 50% of the channel flow cross section, in particular less than 40 %.
  • the stator core comprises a plurality of stator laminations, each having at least one separation projection and / or turbulence generation on its outer circumference. projecting, wherein at least a part number of the plurality of stator laminations are made as equal parts, the staggered in the circumferential direction to form the stator core and / or mounted around a central axis are mounted.
  • stator core can be realized in the ideal case by means of only one tool for producing a stator plate type.
  • stator laminations produced as identical parts offset exclusively in the circumferential direction to form the stator core arranged to each other to avoid turning around the central axis. Because the latter leads to increased assembly costs when manufacturing the electrical machine.
  • the central axis is preferably a perpendicular to the longitudinal axis of the electric machine extending axis, which extends in particular through a fixing portion.
  • stator laminations are connected to one another by means of a number n of fastening sections, wherein the fastening sections are distributed uniformly over the circumference, such that in each case a sheet segment is formed between two adjacent fastening sections, wherein the stator laminations in the circumferential direction around 3607n offset from each other are mounted.
  • the number of different circumferential positions of the stator laminations depends on the number of fastening sections.
  • the number n of the fastening sections is preferably 3 or 4 and is preferably less than 7.
  • At least two separating projections forming a cooling channel are formed on the stator sheet designed as a common part in the region of each sheet segment, at least one turbulence generation projection being formed between the two separating projections of at least one of the sheet metal segments.
  • At least one turbulence-generating projection is formed between the two separating projections of at least two of the sheet-metal segments, the relative circumferential position of the turbulence-generating projections in the two sheet-metal segments being different.
  • the relative circumferential position of the turbulence generating protrusion or the turbulence generating protrusions in the respective sheet segments is different, respectively.
  • the number of turbulence generation projections in the respective sheet metal segments may be identical.
  • the number of turbulence generation protrusions within at least one of the sheet segments is different from the number of turbulence generation protrusions in another of the sheet segments.
  • the guidance of the fluid in the cooling channel or the cooling channels is generated by the geometry of stator laminations and not by a specially provided for this geometry in the housing of the electrical machine or a housing accommodating the electrical machine section.
  • the electric machine it is possible to cool the electric machine by means of a fluid such as water.
  • a fluid such as water.
  • the cooling is effected by means of an oil, wherein the oil is preferably incorporated in the same household as the oil used for lubrication and / or cooling of a transmission, in particular a dual-clutch transmission, which may have in particular wet-running multi-plate clutches, the also be cooled by means of such an oil.
  • a fluid supply device in which a pump is driven by means of an electric motor, wherein a pressure connection of the pump is preferably connected directly to a cooling channel of the electric machine, in particular without the interposition of proportional valves.
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a drive train of a
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view through a further embodiment of an electrical machine according to the invention
  • FIG. 3 shows a plan view of a development of a single cooling channel of a further embodiment of an electrical machine according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a further embodiment of an electrical machine according to the invention in an axial plan view of a stator lamination of a stator core of the electrical machine;
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a cooling channel of a further embodiment of an electrical machine
  • FIG. 6 shows a plan view of a further embodiment of a stator lamination for an electrical machine according to the invention
  • FIG. 7 shows a plan view of a further embodiment of a stator lamination for an electrical machine according to the invention.
  • FIG. 8 shows an axial plan view of a further embodiment of a stator lamination of an electrical machine according to the invention.
  • Fig. 9 is a schematic plan view of a cooling channel constructed using stator laminations of Fig. 7;
  • Fig. 10 is a modification of the cooling passage of Fig. 9;
  • Fig. 1 1 is a schematic plan view of a cooling channel realized using stator laminations of Fig. 8;
  • FIG. 12 is a perspective view of a stator core constructed with stator laminations of FIG. 7; FIG.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view of another stator core constructed by using stator laminations of FIG. 8; FIG. and
  • FIG. 14 shows a schematic cross-sectional view comparable to FIG. 2 through a further embodiment of an electrical machine according to the invention.
  • a drive train for a motor vehicle is shown in a schematic form and generally designated 10.
  • the powertrain 10 includes an electric machine 12 that can provide drive power.
  • the drive train 10 has further drive train components 14, which may include, for example, a transmission.
  • the transmission may be, for example, a dual-clutch transmission.
  • the drive train 10 includes a differential 16, by means of which drive power can be distributed to two driven wheels 18L, 18R of the motor vehicle.
  • the drive train 10 has a fluid supply device 20.
  • the fluid supply device 20 includes a pump 22 which is driven by an electric motor 24.
  • a suction port of the pump 22 is connected to a tank 26.
  • a pressure port of the pump 22 is connected to a supply line 28, via which fluid can be passed to the drive train components 14 and to the electric machine 12.
  • the fluid may be an oil, in particular a hydraulic oil such as an ATF
  • the electric machine 12 has a substantially cylindrically shaped housing section 34. Within the housing portion 34, a stator 36 of the electric machine 12 is arranged and rigidly connected to the housing portion 34.
  • the stator 36 has a stator core 40 on which a plurality of stator windings 38 are formed, of which only the winding heads are shown in FIG.
  • a rotor 42 Radially inside the stator 36, a rotor 42 is arranged, which may be rotatably mounted on the stator 36 or on the housing portion 34.
  • the rotor 42 may, for example, have a plurality of permanent magnets distributed over the circumference.
  • the rotor 42 includes a rotor shaft 44, can be fed via the drive power in the drive train 10. It is understood that the electric machine 12 can be operated not only as an electric motor but also preferably as a generator in order to generate a charging current for charging an electric battery of the drive train 10 in this way.
  • the electric machine 12 has a stator cooling arrangement 50.
  • the stator cooling assembly 50 includes a cooling passage 52 or a plurality of cooling passages 52 disposed directly between the stator core 40 and the inner circumference of the housing portion 34.
  • the cooling channel 52 is aligned parallel to an unspecified longitudinal axis of the electric machine 12 and provides a flow direction 54 for cooling fluid, which also extends parallel to the longitudinal axis.
  • a peripheral portion of the stator core 40 is shown, which directly contacts the cooling fluid due to the design of the cooling passage 52 to achieve optimized heat transfer.
  • the stator core 40 may be composed of a plurality of stator laminations, as is basically known in the art. In this case, the stator laminations can be axially pressed against one another in such a way that they are connected to one another in a fluid-tight manner in the radial direction inwards towards the rotor.
  • stator laminations may be coated for this purpose.
  • a coating which is present anyway on such stator laminations is sufficient to ensure the desired fluid tightness in the radial direction.
  • connection means may be provided which connect the cooling channel 52 on one side with a supply line 28 and on the other side with a return flow 30.
  • FIG. 2 shows an electric machine 12, in which a plurality of cooling channels 52a, 52b, 52c, 52d are formed which are distributed over the circumference and which are separated from one another by respective partitions.
  • the separating webs extend between an outer circumference of the stator core 40 and an inner circumference of the housing section 34.
  • separating webs 60a, 60b the separating webs are integrally connected to the housing section 34.
  • separating webs 62a, 62b these are integrally connected to the stator core 40.
  • the latter variant is preferred.
  • separation projections may be formed on the outer circumference of the stator laminations, which together form the separating webs 62a, 62b.
  • FIG. 2 further shows that turbulence-generating elements 64 can be arranged in the cooling channels, which can provide improved heat transfer between the stator core 40 and the cooling fluid.
  • the turbulence-generating elements 64 can be offset in particular in the longitudinal direction and / or offset relative to one another in the direction transverse thereto.
  • the example of the cooling channel 52a shows that a grating element 66 can be inserted into the cooling channel, on which turbulence-generating elements 64 'are formed.
  • the turbulence generating elements 64 may be formed by turbulence generating protrusions 68 integrally formed with the stator core 40 or by turbulence generating protrusions 70 formed integrally with the housing portion 34.
  • turbulence generating elements 64 are formed solely by turbulence generating protrusions 68 formed integrally with the stator core 40, in the same manner as the dividing ribs 62.
  • the turbulence generation protrusions 68 are formed pointed or rounded from a peripheral portion of the stator core 40. Further, the turbulence generating protrusions 68 have a radial length that is at least 70% of the radial depth of the cooling passage 52. However, it is preferable that the turbulence generating protrusions 68 have a radial length equal to the radial depth or thickness of the cooling passage 52.
  • the cooling channel 52 preferably has a channel flow cross section, and the turbulence generation projections 68, which are arranged in a plane transverse to the flow direction, together preferably have a turbulence generation element. cross section, which is less than or equal to 50% of the channel flow cross-section, in particular less than 40%.
  • Fig. 3 shows in schematic form the plan view of a cooling channel 52 which is delimited by two dividing webs 62a, 62b in the circumferential direction and in which a plurality of turbulence generating projections 70 is arranged, which are arranged one behind the other in flow direction 54 and laterally offset from each other such that the cooling fluid experiences turbulence 72 which provides for improved heat transfer.
  • the turbulence-generating projections 70 can be designed such that they are arranged offset in the flow direction 54 in succession so that the cooling fluid also experiences a flow direction component in the transverse direction. Further, it is possible to arrange one or more cooling protrusions 70 in a plane transverse to the flow direction 54, and to set a space between two such turbulence generating protrusions 70, respectively.
  • the flow cross-section in this case is preferably determined not only by the cross-sections of the turbulence-generating projections 70 in a plane, but also by the obliquely running outlets.
  • the turbulence generation projections 70 arranged in a plane can each be arranged on a stator lamination.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an electrical machine 12, which has a stator 36, on the outer circumference of which four fastening sections 76a, 76b, 76c, 76d are formed.
  • the fastening portions 76 are evenly distributed over the circumference, so that in each case a core segment 80 is formed between the fastening portions 76.
  • a cooling channel 52 is provided in each case, which extends in each case via a cooling passage circumferential portion 78 which is smaller than 90 °.
  • the cooling passage circumference section 78 preferably extends over an angle range of 10 ° to 45 °, in particular from 20 ° to 35 °.
  • the circumferential length of the cooling channel peripheral portion 78 may be, for example, in the range of 10 mm to 80 mm, in particular in the range of 15 mm to 40 mm. Present is within each core segment 80 only a single cooling channel 52 shown. It is understood, however, that in each core segment 80, a plurality of two, three, four or more cooling channels 52 may be arranged, which are arranged adjacent to each other in the circumferential direction.
  • stator core 40 for each cooling channel 52 has two separating webs 62 a, 62 b, which are formed by the stator core 40.
  • a turbulence generation projection 70 is formed within each cooling channel circumferential section 78, viewed in the circumferential direction between two separating webs 62a, 62b.
  • the relative circumferential position 82 of the four turbulence generation projections 70a, 70b, 70c, 70d is different, respectively.
  • the stator core 40 is formed by a plurality of stator laminations 86, which are arranged adjacent to each other in the axial direction.
  • the stator laminations 86 thus form a laminated stator core 40.
  • turbulence generating projections 70 circumferentially offset from one another and longitudinally staggered may be used, for example, a plurality of different stator laminations 86.
  • the stator laminations 86 are each designed as identical parts.
  • stator laminations 86 are arranged circumferentially offset by 90 ° to each other and / or can be mounted to each other about a central axis, wherein the central axis by two diametrically opposite mounting portions (for example 76a, 76c).
  • FIG. 5 shows a section of a cooling channel 52, wherein four stator laminations 86 are each offset by 90 ° relative to each other, such that the turbulence generation projections 70a, 70b, 70c, 70d are arranged offset in the circumferential direction and in the longitudinal direction become.
  • the fifth stator lamination 86 may then be re-assembled in a position corresponding to the position of the first stator lamination 86 (shown at 70a ').
  • a stator plate 86 can be mounted in a position such that a turbulence generation projection 70a "is arranged in the cooling channel 52, as shown by dashed lines in FIG.
  • the turbulence generating protrusions 70 may also be possible to realize the turbulence generating protrusions 70 within the respective cooling passage circumference sections 78 not only at regularly circumferentially staggered positions. Rather, it is also possible to differently realize and / or arrange the number of the turbulence generating protrusions 70 in the respective cooling passage circumference sections 78 such that the offset of the different turbulence generating protrusions 70 does not equal a value to the cooling, as shown in FIG. 5 - Channel peripheral portion divided by the number of mounting portions 76 is.
  • stator cores are described, which are each realized by individual stator laminations. These correspond in terms of design and operation generally the stator plate 86 of Figure 5. Like elements are identified by like reference numerals. The following section essentially explains the differences.
  • Fig. 6 shows a stator lamination 86A in which three attachment portions 76a, 76b, 76c are provided.
  • each core segment 80 120 °
  • four cooling channels 52a, 52b, 52c, 52d are arranged, which are formed by separating webs 62a, 62b, 62c, 62d, 62e, which are each formed integrally with the stator plate 86A.
  • stator laminations 86A are continuously formed as equal parts. It can also be seen in FIG. 6 that the stator lamination 86A has at its inner circumferential section a plurality of winding yokes 88 on which one or more windings 38 are arranged. Both the stator cores 40 described above and the stator cores and stator cores described below preferably also each have such winding yokes 88, although this is not shown in greater detail in the other figures.
  • the separating webs 62 are formed by respective separating projections 89 on the outer circumference of the stator lamination 86.
  • cooling channels 52 are consequently formed on the outer circumference, which channels can be closed on the outside by a housing section 34.
  • turbulence generating structures in the respective cooling channels, they can be realized, for example, by a grating element, not specified in more detail, such as a turbulence plate, which is inserted or pushed into each of the cooling channels 52.
  • FIG. 7 shows an alternative stator lamination 86B, in which the separation projections 89 are of identical construction as in the stator lamination of FIG. 5, so that dividing webs 62 can likewise be formed by means of the stator lamination 86B.
  • turbulence generation projections are formed within one of the core segments 89 in addition to the separation projections 89 unspecified in FIG. More specifically, two turbulence generation protrusions 70a, 70b are provided between the separation trays 62a ', 62b'. Between the dividing webs 62b ', 62c', there are also provided two turbulence generating protrusions 70c, 70d. Between the dividing webs 62c ', 62d' there are also provided two turbulence generating protrusions 70e, 70f. Between the dividers 62d ', 62e' is provided a turbulence generating projection 70g. In the other two core segments, no turbulence generation protrusions are provided between the respective dividers 62.
  • a cooling channel can be realized, as shown at 52 in FIG. 9.
  • stator laminations 86B are first mounted offset by 120 °, so that turbulence generation projections 70a, 70b are provided in the cooling channel only for every third stator lamination 86B. At this time, it is also such that the stator lamination 86B is rotated once in a normal position and then at the third succeeding segment about a rotation axis 90 (FIG. 7), such that the turbulence generation projections 70a, 70b position with respect to the width direction of the cooling channel 52 switch.
  • Fig. 10 shows an alternative embodiment in which a stator lamination 86B 'is formed such that the turbulence generation projections 70a', 70b 'are not disposed adjacent to the respective dividers 62 such that no "dead spaces" are created.
  • FIG. 8 a further alternative embodiment of a stator plate 86C is shown, in which the separating webs 62 each have an identical position as in the embodiments 86A, 86B of Fig. 6 and 7.
  • the stator plate 86C is provided that within each core segment and between each separating webs 62 each turbulence generating projections are formed.
  • two turbulence generation projections 70a ', 70b' are provided, which are arranged centrally with respect to two separating webs and are arranged relatively close to each other.
  • turbulence generating protrusions 70a ", 70b” also circumferentially centered with respect to the two cooling channel forming dividers 62, but circumferentially more widely spaced than the turbulence generating protrusions 70a ', 70b'.
  • the upper left core segment there are provided, between two dividing webs 62, three turbulence generating protrusions 70a, 70b, 70c, respectively, whose relative circumferential positions are different from the relative circumferential positions of the separating protrusions of the other core segments.
  • Statorbleches 86C are formed as relatively narrow, radially outwardly substantially tapered projections.
  • a cooling channel 52 is shown, which is formed by means of a plurality of stator laminations 86C, which are mounted offset by 120 ° to each other. This results in the plan view of an arrow-shaped arrangement of the turbulence generating projections.
  • each stator plate 86C may be made of a single sheet metal or of a plurality of sheet metal disks 94.
  • a predetermined axial thickness of a stator sheet 86C may be formed by a single sheet metal element, respectively by a plurality of identically arranged behind one another stator laminations, which are referred to herein as sheet metal discs 94.
  • FIG. 12 shows a stator 36 realized by means of the stator lamination 86B as shown in FIGS. 7 and 9.
  • Fig. 13 shows a stator 36 realized by means of the stator plate 86C as shown in Figs. 8 and 11.
  • FIG. 14 shows a schematic cross-sectional view comparable to FIG. 2 through a further embodiment of an electric machine 12 according to the invention. In terms of structure and mode of operation, this corresponds generally to the electrical machine shown in FIG. 2.
  • cooling channels 52 are generally formed between a housing section 34 and the stator core 40
  • 14 shows an electric machine with a stator 36, in whose stator core one or more cooling channels 52a to 52b are formed.
  • the shape and arrangement of the cooling channels can correspond to the shapes and arrangements of cooling channels described above.
  • FIG. 14 again shows turbulence generation projections 68 and 70, respectively, which extend from an inner circumferential section or from an outer peripheral section of the associated cooling channel 52b.
  • a grating element 66 which forms turbulence-generating elements 64 'can also be used in a cooling channel.
  • cooling passages may be formed without such turbulence generating elements as shown at 52c and 52d, respectively.

Landscapes

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Abstract

Elektrische Maschine (12) für einen Antriebsstrang (10) eines Kraftfahrzeuges, mit einem Gehäuseabschnitt (34), einem Stator (36), der in Bezug auf den Gehäuseabschnitt (34) festgelegt ist und einen Statorkern (40) aufweist, an dem Statorwicklungen (38) festgelegt sind, einem Rotor (42), der in Bezug auf den Stator (36) drehbar gelagert ist, und einer Statorkühlanordnung (50) zum Kühlen des Stators (36), wobei die Statorkühlanordnung (50) wenigstens einen Kühlkanal (52) aufweist, der sich entlang eines Umfangsabschnittes des Stators (36) erstreckt und durch den hindurch ein Kühlfluid in einer Strömungsrichtung (54) führbar ist. Dabei ist in dem Kühlkanal (52) eine Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen (64) angeordnet, die in dem Kühlkanal (52) in Strömungsrichtung (54) hintereinander und/oder quer zur Strömungsrichtung (52) versetzt angeordnet sind, wobei zumindest einige Turbulenzerzeugungselemente (64) durch Turbulenzerzeugungsvorsprünge (68; 70) ausgebildet sind, von denen zumindest einer einstückig mit dem Gehäuseabschnitt (34) und/oder von denen zumindest einer einstückig mit dem Statorkern (40) ausgebildet ist, und wobei wenigstens einer der Turbulenzerzeugungsvorsprünge (68; 70) eine radiale Länge aufweist, die wenigstens 70 % der radialen Tiefe des Kühlkanals(52) beträgt.

Description

Elektrische Maschine für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem Gehäuseabschnitt, mit einem Stator, der in Bezug auf den Gehäuseabschnitt festgelegt ist und einen Statorkern aufweist, an dem Statorwicklungen festgelegt sind, mit einem Rotor, der in Bezug auf den Stator drehbar gelagert ist, und mit einer Statorkühlanordnung zum Kühlen des Stators, wobei die Statorkühlanordnung wenigstens einen Kühlkanal aufweist, der sich entlang eines Umfangs- abschnittes des Stators erstreckt und durch den hindurch ein Kühlfluid in einer Strömungsrichtung führbar ist.
[0002] Auf dem Gebiet der Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge ist es bekannt, elektrische Maschinen als Anlasser und/oder Lichtmaschine zu verwenden. Es ist auch bekannt, die elektrische Maschine als Antriebsmaschine in einem Hybrid-Antriebsstrang oder in einem rein elektrischen Antriebsstrang einzusetzen.
[0003] Insbesondere bei Verwendung einer elektrischen Maschine als Antriebsmotor ist es wünschenswert, die elektrische Maschine mit einer hohen Leistungsdichte zu realisieren. Um eine unzulässige Erwärmung der elektrischen Maschine zu verhindern, ist es bekannt, die elektrische Maschine zu kühlen. Hierbei ist es bekannt, das Maschinengehäuse mit Kühlkanälen auszustatten, die beispielsweise als Bohrungen in dem Gehäuse ausgebildet sein können.
[0004] Auch ist es bekannt, das Gehäuse aus zwei Schalen zu realisieren, zwischen denen ein Kühlkanal eingerichtet ist.
[0005] Die bisherigen Konzepte zur Kühlung von elektrischen Maschinen, die zum Einbau in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen verwendbar sind, insbesondere als Antriebsmotoren, weisen einen geringen Wirkungsgrad auf. [0006] Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges anzugeben, bei der das Kühlkonzept bzw. das Kühlmanagement verbessert ist, sowie einen Antriebsstrang mit einer derartigen elektrischen Maschine anzugeben.
[0007] Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten elektrischen Maschine gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung dadurch gelöst, dass der Kühlkanal zwischen dem Gehäuseabschnitt und dem Statorkern oder in dem Statorkern ausgebildet ist.
[0008] Durch diese Maßnahme kann eine direkte thermische Anbindung zwischen erwärmtem Statorkern und einem in den Kühlkanal strömenden Kühlfluid realisiert werden.
[0009] Die in den Statorwicklungen insbesondere als Folge von Blindströmen entstehende Wärme wird direkt in den Statorkern eingeleitet. Durch die Maßnahme, das Kühlfluid direkt an dem Statorkern vorbeiströmen zu lassen, kann ein hoher Kühlwirkungsgrad erzielt werden. Denn der Wärmeübergang von dem Statorkern zu dem Kühlfluid kann bereits dadurch verbessert werden, dass die Wärme nicht noch von dem Statorkern über eine Gehäusewandung erfolgen muss.
[0010] Ferner kann bei dieser Ausführungsform der konstruktive Aufwand zur Realisierung der elektrischen Maschine verringert werden, da insbesondere der Gehäuseabschnitt einfacher realisierbar ist.
[0011] Die elektrische Maschine kann als Außenläufermaschine ausgebildet sein, wobei die Statorkühlanordnung im Inneren des Statorkerns angeordnet ist. In der Regel ist die Statorkühlanordnung jedoch am Außenumfang des Stators vorgesehen. Der Kühlkanal kann sich in Umfangsrichtung erstrecken, oder kann schraubenförmig um den Umfang herum angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn der Kühlkanal parallel zu einer Längsachse der elektrischen Maschine ausgerichtet ist. [0012] Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist der Kühlkanal daher vorzugsweise radial nach innen durch den Statorkern selbst begrenzt, und radial nach außen durch den Gehäuseabschnitt. In einer alternativen erfindungsgemäßen Variante ist der Kühlkanal in dem Statorkern ausgebildet, beispielsweise durch geeignete Löcher in Statorblechen.
[0013] Obgleich die Statorkühlanordnung insbesondere zur Kühlung des Stators und der daran festgelegten Statorwicklungen ausgelegt ist, versteht sich, dass die Statorkühlanordnung auch zum Abtransport von Wärme genutzt sein kann, die in anderen Komponenten der elektrischen Maschine entsteht.
[0014] Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Getriebe, mit einer Fluidversorgungseinrichtung für das Getriebe und mit einer elektrischen Maschine der erfindungsgemäßen Art, wobei der Kühlkanal der elektrischen Maschine an die Fluidversorgungseinrichtung angeschlossen ist.
[0015] Bei dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, dass die Statorkühlanordnung in das Fluidkühlungssystem des Getriebes integriert werden kann.
[0016] Mit anderen Worten wird zur Kühlung des Getriebes oder von Komponenten hiervon (beispielsweise von Reibkupplungen wie bei einem Doppelkupplungsgetriebe) das gleiche Fluid verwendet, insbesondere ein Hydrauliköl, beispielsweise ein ATF-ÖI.
[0017] Bei einem derartigen Kühlkonzept kann ein einheitlicher Fluidhaushalt für den Antriebsstrang oder zumindest für das Getriebe hiervon realisiert werden, so dass insbesondere die gesamte Kühlung und Schmierung aller Getriebekomponenten einschließlich einer daran vorzugsweise angebundenen elektrischen Maschine mittels der gleichen Fluidversorgungseinrichtung realisiert werden können.
[0018] Das Getriebe kann beispielsweise ein Doppelkupplungsgetriebe sein, wobei die elektrische Maschine vorzugsweise an einen Abschnitt zwischen einem Aus- gangsglied von einer der zwei Reibkupplungen bzw. dem zugeordneten Getriebeeingang angeschlossen ist.
[0019] Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
[0020] Generell ist es möglich, die Statorkühlanordnung mittels eines einzigen Kühlkanals zu realisieren, der sich über einen Umfangsabschnitt von beispielsweise größer 90° erstrecken kann, insbesondere jedoch auch als Ringkanal ausgebildet sein kann.
[0021] Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn die Statorkühlanordnung eine Mehrzahl von Kühlkanälen aufweist, die über den Umfang des Statorkerns herum verteilt angeordnet und durch Trennstege voneinander getrennt sind.
[0022] Bei dieser Ausführungsform erstrecken sich die Kühlkanäle vorzugsweise jeweils über Winkelbereiche im Bereich von 5° bis 90°, insbesondere von 10° bis 45°. Die Breite der Kanäle kann dabei vorzugsweise in einem Bereich von 15 bis 50 mm liegen, insbesondere im Bereich von 20 bis 30 mm.
[0023] Hierdurch ist es generell möglich, innerhalb der Kühlkanäle besser darauf Einfluss zu nehmen, dass das Kühlfluid die Wärme mit hoher Effizienz abtransportieren kann.
[0024] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Statorkern eine Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Befestigungsabschnitten auf, wobei zwischen zwei benachbarten Befestigungsabschnitten wenigstens ein Kühlkanal angeordnet ist.
[0025] Die Befestigungsabschnitte können beispielsweise durch Nuten in dem Statorkern ausgebildet sein, können jedoch auch durch gegenüber dem Umfang des Statorkerns vorstehende Nasen gebildet sein. Letztere Variante ist insbesondere dann von Vorzug, wenn der Statorkern aus einer Mehrzahl von Statorblechen zusammenge- setzt ist, die mittels Stehbolzen oder dergleichen in axialer Richtung zusammengehalten werden.
[0026] Besonders bevorzugt ist es, wenn jeweils zwischen zwei benachbarten Befestigungsabschnitten wenigstens ein Kühlkanal, vorzugsweise jedoch wenigstens zwei Kühlkanäle angeordnet sind. Bei der Ausbildung von wenigstens zwei Kühlkanälen zwischen zwei benachbarten Befestigungsabschnitten können die Kühlkanäle in Umfangs- richtung kürzer realisiert werden.
[0027] Bei der Ausführungsform mit einer Mehrzahl von Kühlkanälen ist es möglich, die Trennstege an einem Umfangsabschnitt des Gehäuseabschnittes auszubilden. Mit anderen Worten können die Kühlkanäle durch radiale Ausbuchtungen in dem Gehäuseabschnitt ausgebildet sein, insbesondere am Innenumfang des Gehäuseabschnittes.
[0028] Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Trennstege durch den Statorkern gebildet sind.
[0029] In diesem Fall kann der Innenumfang des den Statorkern umgebenden Gehäuseabschnittes einfach geformt sein, und zwar im Wesentlichen zylindrisch, wobei die Trennstege sich dann bis zum Innenumfang des Gehäuseabschnittes erstrecken.
[0030] Generell ist es möglich, zwischen den benachbarten Kühlkanälen separate Dichtungseinrichtungen vorzusehen. Da es jedoch auf eine hundertprozentige Fluid- dichtheit zwischen den Kühlkanälen vorzugsweise nicht ankommt, kann in diesem Fall auf separate Dichtungsmittel im Bereich der Trennstege verzichtet werden.
[0031] Gemäß einer insgesamt bevorzugten Ausführungsform weist der Statorkern eine Mehrzahl von Statorblechen auf, die an ihrem Außenumfang jeweils wenigstens einen ersten und einen zweiten Trennvorsprung aufweisen, wobei die ersten Trennvorsprünge zusammen einen ersten Trennsteg bilden und wobei die zweiten Trenn- vorsprünge zusammen einen zweiten Trennsteg bilden, wobei der Kühlkanal in Richtung quer zur Strömungsrichtung durch den ersten und den zweiten Trennsteg begrenzt ist.
[0032] Die Statorbleche können vergleichsweise einfach gefertigt werden, beispielsweise durch Stanzen oder durch Laserschneiden.
[0033] Die Verwendung eines geblechten Statorkerns ist auch aus elektrotechnischen Gründen (Wirbelstromverluste) vorteilhaft.
[0034] Die Statorbleche können jeweils eine axiale Dicke von 1 mm bis 5 mm aufweisen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Statorbleche jeweils eine axiale Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,6 mm aufweisen.
[0035] Für die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen spielen Vorsprünge am Außenumfang der Statorbleche eine Rolle. Dabei wird generell davon ausgegangen, dass die Statorbleche eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 5 mm aufweisen, damit die Vorsprünge eine hinreichende Stabilität haben. Die Statorbleche können dabei einstückig ausgebildet sein oder aus jeweils einer Mehrzahl von identischen Teil-Statorblechen bzw. Blechscheiben aufgebaut sein, die jeweils eine Dicke von 0,1 bis 0,6 mm aufweisen. Mit anderen Worten kann ein Statorblech im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sowohl einstückig sein als auch aus einer Mehrzahl von Teil- Statorblechen (Blechscheiben) hergestellt sein.
[0036] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt darstellt, ist in dem Kühlkanal eine Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen angeordnet, die in dem Kühlkanal in Strömungsrichtung hintereinander und/oder quer zur Strömungsrichtung versetzt angeordnet sind.
[0037] Die Turbulenzerzeugungselemente sorgen dafür, dass die Fluidströ- mung in dem Kühlkanal möglichst nicht laminar verläuft sondern als turbulente Strömung ausgebildet ist. Hierdurch kann die Reynoldszahl verringert werden, was Verbesserungen beim Wärmeübergang von dem Statorkern hin zu dem Kühlfluid mit sich bringt. Demzufolge kann bei relativ geringem Volumenstrom eine relativ hohe Kühlleistung realisiert werden.
[0038] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Turbulenzerzeugungselemente dabei durch wenigstens ein Gitterelement gebildet, das in den Kühlkanal eingesetzt ist.
[0039] Das Gitterelement oder die Gitterelemente können dabei als dreidimensionale, gebogene und mit Ausnehmungen versehene Blechstruktur ausgebildet sein, die daraufhin optimiert ist, eine möglichst hohe Turbulenz zu erzeugen.
[0040] Bevorzugt ist es ferner, wenn die Turbulenzerzeugungselemente in dem Kühlkanal so angeordnet sind, dass das Kühlfluid, in Strömungsrichtung gesehen, keinen über die gesamte Länge des Kühlkanals durchgehenden Querschnitt findet. Alternativ ist es hierzu bevorzugt, dass der Anteil der in axialer Richtung durchgehenden Querschnittsfläche kleiner ist als 10 % der Gesamtquerschnittsfläche des Kühlkanals.
[0041] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Turbulenzerzeugungselemente durch Turbulenzerzeugungsvorsprünge ausgebildet, von denen zumindest einer einstückig mit dem Gehäuseabschnitt und/oder von denen zumindest einer einstückig mit dem Statorkern ausgebildet ist.
[0042] Die Turbulenzerzeugungsvorsprünge können dabei in ähnlicher Form ausgebildet sein wie Trennvorsprünge, die einen Kühlkanal in Umfangsrichtung bzw. in einer Richtung quer zur Strömungsrichtung begrenzen.
[0043] Generell ist es möglich, diese Turbulenzerzeugungsvorsprünge beispielsweise am Innenumfang des Gehäuseabschnittes auszubilden. Vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Turbulenzerzeugungsvorsprünge am Außenumfang des Statorkerns ausgebildet sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn auch Trennvorsprünge zur Begrenzung von Kühlkanälen an dem Statorkern bzw. einstückig hiermit ausgebildet sind. [0044] Da der Statorkern vorzugsweise aus einer Mehrzahl von Statorblechen realisiert ist, können die Turbulenzerzeugungsvorsprünge dabei durch Vorsprünge an einem jeweiligen Statorblech ausgebildet sein.
[0045] Beim axialen Zusammensetzen der Statorbleche werden die Trennvorsprünge der Statorbleche dann vorzugsweise in axialer Richtung fluchtend miteinander ausgerichtet, wohingegen die Turbulenzerzeugungsvorsprünge der einzelnen Statorbleche vorzugsweise so angeordnet sind, dass diese in Strömungsrichtung hintereinander und/oder quer zur Strömungsrichtung versetzt zueinander angeordnet werden.
[0046] Statorbleche dieser Art können dabei kostengünstig hergestellt werden, da das "zusätzliche" Ausbilden von Trennvorsprüngen und/oder Turbulenzerzeugungs- vorsprüngen im Wesentlichen keinen Zusatzaufwand erfordert, insbesondere, wenn die Statorbleche durch Stanzen oder Laserschneiden hergestellt werden.
[0047] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens einer der Turbulenzerzeugungsvorsprünge ausgehend von einem Umfangsabschnitt des Statorkerns spitz oder rundlich zulaufend ausgebildet.
[0048] Bei dieser Ausführungsform kann Wärme über einen vergleichsweise großen Querschnitt am Fuß des Turbulenzerzeugungsvorsprunges von dem Statorkern in den Turbulenzerzeugungsvorsprung geleitet werden, so dass auch eine Wärmeübertragung von den Turbulenzerzeugungsvorsprüngen in das turbulent daran vorbeiströmende Kühlfluid erfolgen kann.
[0049] Durch die spitze oder rundlich zulaufende Ausgestaltung kann dabei erreicht werden, dass der für den Durchfluss von Kühlfluid in Strömungsrichtung insgesamt zur Verfügung stehende Querschnitt hinreichend groß ist, um einen relativ großen Volumenstrom und damit einen hohen Wärmeabtransport realisieren zu können. [0050] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens einer der Turbulenzerzeugungsvorsprünge eine radiale Länge auf, die wenigstens 70 % der radialen Tiefe des Kühlkanals beträgt.
[0051] Von besonderem Vorzug ist es, wenn die radiale Länge größer ist als 90 % der radialen Tiefe, insbesondere gleich der radialen Tiefe des Kühlkanals ist.
[0052] Hierdurch kann eine Turbulenzerzeugungsmaßnahme in radialer Richtung über einen großen Teil oder den gesamten Teil des Querschnittes des Kühlkanals realisiert werden. Somit kann erreicht werden, dass der Anteil der in Strömungsrichtung durchgehenden Querschnitte minimiert wird.
[0053] Insgesamt ist es folglich vorteilhaft, wenn der Kühlkanal einen Kanalströmungsquerschnitt aufweist, wobei der Turbulenzerzeugungsquerschnitt des in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung angeordneten Turbulenzerzeugungsvorsprunges oder der in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung angeordneten Turbulenzerzeugungsvorsprünge kleiner gleich 50 % des Kanalströmungsquerschnittes ist, insbesondere kleiner als 40 %.
[0054] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine eigene Erfindung gemäß einem dritten Aspekt darstellt, weist der Statorkern eine Mehrzahl von Statorblechen auf, die an ihrem Außenumfang jeweils wenigstens einen Trennvorsprung und/oder einen Turbulenzerzeugungs- vorsprung aufweisen, wobei zumindest eine Teilanzahl aus der Mehrzahl von Statorblechen als Gleichteile hergestellt sind, die zur Bildung des Statorkerns in Umfangs- richtung versetzt zueinander und/oder um eine Zentralachse gewendet montiert sind.
[0055] Hierbei kann der Statorkern im Idealfall mittels nur eines Werkzeuges zur Herstellung eines Statorblech-Typs realisiert werden.
[0056] Bevorzugt ist hierbei eine Variante, bei der die als Gleichteile hergestellten Statorbleche zur Bildung des Statorkerns ausschließlich in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet werden, um ein Wenden um die Zentralachse zu vermeiden. Denn Letzteres führt zu einem erhöhten Montageaufwand beim Herstellen der elektrischen Maschine.
[0057] Die Zentralachse ist vorzugsweise eine senkrecht zur Längsachse der elektrischen Maschine verlaufende Achse, die insbesondere durch einen Befestigungsabschnitt hindurch verläuft.
[0058] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Statorbleche mittels einer Anzahl n von Befestigungsabschnitten miteinander verbunden, wobei die Befestigungsabschnitte gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind, derart, dass zwischen zwei benachbarten Befestigungsabschnitten jeweils ein Blechsegment gebildet ist, wobei die Statorbleche in Umfangsrichtung um 3607n versetzt zueinander montiert sind.
[0059] Bei dieser Variante hängt die Anzahl der unterschiedlichen Umfangspo- sitionen der Statorbleche von der Anzahl der Befestigungsabschnitte ab.
[0060] Die Anzahl n der Befestigungsabschnitte beträgt vorzugsweise 3 oder 4 und ist vorzugsweise kleiner als 7.
[0061] Dabei ist es bevorzugt, wenn an dem als Gleichteil ausgebildeten Statorblech im Bereich von jedem Blechsegment jeweils wenigstens zwei einen Kühlkanal bildende Trennvorsprünge ausgebildet sind, wobei zwischen den zwei Trennvorsprüngen von wenigstens einem der Blechsegmente wenigstens ein Turbulenzerzeugungs- vorsprung ausgebildet ist.
[0062] Besonders bevorzugt ist es ferner, wenn zwischen den zwei Trennvorsprüngen von wenigstens zwei der Blechsegmente wenigstens ein Turbulenz- erzeugungsvorsprung ausgebildet ist, wobei die relative Umfangsposition der Turbulenz- erzeugungsvorsprünge in den zwei Blechsegmenten unterschiedlich ist. [0063] Vorzugsweise ist die relative Umfangsposition des Turbulenz- erzeugungsvorsprungs oder der Turbulenzerzeugungsvorsprünge in den jeweiligen Blechsegmenten jeweils unterschiedlich.
[0064] Durch diese Maßnahme ist es möglich, durch Bildung des Statorkerns durch in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnete Statorbleche eine gute Turbulenzerzeugungsstruktur zu realisieren.
[0065] Generell kann die Anzahl der Turbulenzerzeugungsvorsprünge in den jeweiligen Blechsegmenten jeweils identisch sein.
[0066] Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Anzahl der Turbulenzerzeugungsvorsprünge innerhalb von wenigstens einem der Blechsegmente anders ist als die Anzahl der Turbulenzerzeugungsvorsprünge in einem anderen der Blechsegmente.
[0067] Hierdurch ist es weiterhin möglich, eine möglichst große Variabilität hinsichtlich der Erzeugung einer Turbulenzerzeugungsstruktur in dem Kühlkanal zu realisieren.
[0068] Insgesamt kann mit der vorliegenden Erfindung je nach Ausführungsform wenigstens einer der folgenden Vorteile erzielt werden.
[0069] Die Führung des Fluides in dem Kühlkanal oder den Kühlkanälen wird durch die Geometrie von Statorblechen erzeugt und nicht durch eine speziell hierfür vorgesehene Geometrie im Gehäuse der elektrischen Maschine bzw. eines die elektrische Maschine aufnehmenden Gehäuseabschnittes. Durch die Integration von hydrodynamischen Maßnahmen in die Kühlkanäle, die geeignet sind, die Fluidstromung in den Kühlkanälen gezielt turbulent werden zu lassen, kann der Wärmeübergang zwischen dem erwärmten Statorkern und dem Kühlfluid maximiert werden. [0070] Im Vergleich zu Lösungen des Standes der Technik lässt sich das Kühlkonzept vorzugsweise ohne zusätzliche Bauteile realisieren, wodurch sich Kosten- und Bauraumvorteile ergeben können.
[0071] Durch die Ausbildung der Führung des Kühlfluides mittels der Geometrie des Statorkerns bzw. der Statorbleche ist eine Optimierung an hydraulische Bedürfnisse von Strömung und Kühlung möglich. Insbesondere können beispielsweise Radien und Ausformungsschrägen wie bei gegossenen oder vorgegossenen und dann mechanisch bearbeiteten Kanälen im Gehäuseabschnitt vermieden werden. Vielmehr kann die Oberfläche des Innenumfangs des Gehäuseabschnittes glatt und damit kostengünstig zu fertigen sein.
[0072] Durch die Turbulenzerzeugungsmaßnahmen werden Fluidschichten durchmischt, so dass ein besserer Austausch der Wärme von dem Statorkern auch zu kühleren Fluidschichten ermöglicht wird, was insgesamt den Wärmeübergang erhöht.
[0073] Generell ist es möglich, die elektrische Maschine mittels eines Fluides wie Wasser zu kühlen. Bevorzugt ist jedoch eine Variante, bei der die Kühlung mittels eines Öls erfolgt, wobei das Öl vorzugsweise in den gleichen Haushalt eingebunden ist wie das zur Schmierung und/oder Kühlung verwendete Öl eines Getriebes, insbesondere eines Doppelkupplungsgetriebes, das insbesondere nasslaufende Lamellenkupplungen aufweisen kann, die mittels eines derartigen Öls ebenfalls gekühlt werden.
[0074] Vorzugsweise wird dabei eine Fluidversorgungseinrichtung verwendet, bei der eine Pumpe mittels eines Elektromotors angetrieben wird, wobei ein Druckan- schluss der Pumpe vorzugsweise direkt mit einem Kühlkanal der elektrischen Maschine verbunden ist, insbesondere ohne Zwischenschaltung von Proportionalventilen.
[0075] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. [0076] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht eines Antriebsstranges eines
Kraftfahrzeuges mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Abwicklung eines einzelnen Kühlkanals einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in einer axialen Draufsicht auf ein Statorblech eines Statorkerns der elektrischen Maschine;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Kühlkanals einer weiteren Ausführungsform einer elektrischen Maschine;
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Statorbleches für eine erfindungsgemäße elektrische Maschine;
Fig. 7 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Statorbleches für eine erfindungsgemäße elektrische Maschine;
Fig. 8 eine axiale Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Statorblechs einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine;
Fig. 9 eine schematische Draufsicht auf einen Kühlkanal, der unter Verwendung von Statorblechen der Fig. 7 aufgebaut ist; Fig. 10 eine Abwandlung des Kühlkanals der Fig. 9;
Fig. 1 1 eine schematische Draufsicht auf einen Kühlkanal, der unter Verwendung von Statorblechen der Fig. 8 realisiert ist;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines Statorkerns, der mit Statorblechen gemäß Fig. 7 aufgebaut ist;
Fig. 13 eine schematische perspektivische Ansicht eines weiteren Statorkerns, der unter Verwendung von Statorblechen gemäß Fig. 8 aufgebaut ist; und
Fig. 14 eine der Fig. 2 vergleichbare schematische Querschnittsansicht durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
[0077] In Fig. 1 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug in schematischer Form dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Der Antriebsstrang 10 weist eine elektrische Maschine 12 auf, die Antriebsleistung bereitstellen kann. Ferner weist der Antriebsstrang 10 weitere Antriebsstrangkomponenten 14 auf, die beispielsweise ein Getriebe beinhalten können. Das Getriebe kann beispielsweise ein Doppelkupplungsgetriebe sein. Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10 ein Differential 16, mittels dessen Antriebsleistung auf zwei angetriebene Räder 18L, 18R des Kraftfahrzeuges verteilbar ist.
[0078] Der Antriebsstrang 10 weist eine Fluidversorgungseinrichtung 20 auf. Die Fluidversorgungseinrichtung 20 beinhaltet eine Pumpe 22, die mittels eines Elektromotors 24 angetrieben ist. Ein Sauganschluss der Pumpe 22 ist mit einem Tank 26 verbunden. Ein Druckanschluss der Pumpe 22 ist mit einer Zuführleitung 28 verbunden, über die Fluid hin zu den Antriebsstrangkomponenten 14 und zu der elektrischen Maschine 12 geleitet werden kann. Bei 30 ist ein Rückfluss von Fluid zurück in den Tank 26 gezeigt. [0079] Das Fluid kann ein Öl sein, insbesondere ein Hydrauliköl wie ein ATF-
Öl.
[0080] Die elektrische Maschine 12 weist einen im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Gehäuseabschnitt 34 auf. Innerhalb des Gehäuseabschnittes 34 ist ein Stator 36 der elektrischen Maschine 12 angeordnet und starr mit dem Gehäuseabschnitt 34 verbunden. Der Stator 36 weist einen Statorkern 40 auf, an dem eine Mehrzahl von Statorwicklungen 38 ausgebildet sind, von denen in Fig. 1 lediglich die Wicklungsköpfe gezeigt sind.
[0081] Radial innerhalb des Stators 36 ist ein Rotor 42 angeordnet, der an dem Stator 36 oder an dem Gehäuseabschnitt 34 drehbar gelagert sein kann. Der Rotor 42 kann beispielsweise eine Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Permanentmagneten aufweisen. Ferner beinhaltet der Rotor 42 eine Rotorwelle 44, über die Antriebsleistung in den Antriebsstrang 10 eingespeist werden kann. Es versteht sich, dass die elektrische Maschine 12 nicht nur als Elektromotor sondern vorzugsweise auch als Generator betrieben werden kann, um auf diese Weise einen Ladestrom zum Laden einer elektrischen Batterie des Antriebsstranges 10 zu erzeugen.
[0082] Die elektrische Maschine 12 weist eine Statorkühlanordnung 50 auf. Die Statorkühlanordnung 50 beinhaltet einen Kühlkanal 52 oder eine Mehrzahl von Kühlkanälen 52, der oder die direkt zwischen dem Statorkern 40 und dem Innenumfang des Gehäuseabschnittes 34 angeordnet ist bzw. sind.
[0083] Der Kühlkanal 52 ist parallel zu einer nicht näher bezeichneten Längsachse der elektrischen Maschine 12 ausgerichtet und gibt eine Strömungsrichtung 54 für Kühlfluid vor, die ebenfalls parallel zu der Längsachse verläuft. Bei 56 ist ein Umfangs- abschnitt des Statorkerns 40 gezeigt, der aufgrund der Ausgestaltung des Kühlkanals 52 direkt mit dem Kühlfluid in Berührung kommt, um einen optimierten Wärmeübergang zu erzielen. [0084] Der Statorkern 40 kann aus einer Mehrzahl von Statorblechen zusammengesetzt sein, wie es dem Grunde nach im Stand der Technik bekannt ist. Dabei können die Statorbleche axial derart gegeneinander verpresst sein, dass diese in radialer Richtung nach innen hin zu dem Rotor fluiddicht miteinander verbunden sind. Die
Statorbleche können beispielsweise zu diesem Zweck beschichtet sein. In der Regel ist jedoch eine ohnehin an derartigen Statorblechen vorhandene Beschichtung hinreichend, um für die anzustrebende Fluiddichtheit in radialer Richtung zu sorgen.
[0085] An den Längsenden des Kühlkanals 52 können geeignete Anschlussmittel vorgesehen sein, die den Kühlkanal 52 an einer Seite mit einer Zuführleitung 28 und auf der anderen Seite mit einem Rückfluss 30 verbinden.
[0086] In den nachfolgenden Figuren werden weitere Ausführungsformen von elektrischen Maschinen beschrieben, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der elektrischen Maschine 12 der Fig. 1 entsprechen. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
[0087] Fig. 2 zeigt eine elektrische Maschine 12, bei der über den Umfang verteilt mehrere (hier beispielhaft vier) Kühlkanäle 52a, 52b, 52c, 52d ausgebildet sind, die durch jeweilige Trennstege von einander getrennt sind. Die Trennstege erstrecken sich dabei zwischen einem Außenumfang des Statorkerns 40 und einem Innenumfang des Gehäuseabschnittes 34.
[0088] In einer Variante (Trennstege 60a, 60b) sind die Trennstege einstückig mit dem Gehäuseabschnitt 34 verbunden. In einer alternativen Variante (Trennstege 62a, 62b) sind diese einstückig mit dem Statorkern 40 verbunden. Letztere Variante ist bevorzugt. Im Falle des Aufbaus des Statorkerns 40 mittels einer Mehrzahl von Statorblechen können am Außenumfang der Statorbleche Trennvorsprünge gebildet sein, die gemeinsam die Trennstege 62a, 62b bilden. [0089] In Fig. 2 ist ferner gezeigt, dass in den Kühlkanälen Turbulenzerzeugungselemente 64 angeordnet sein können, die für einen verbesserten Wärmeübergang zwischen dem Statorkern 40 und dem Kühlfluid sorgen können.
[0090] Die Turbulenzerzeugungselemente 64 können dabei insbesondere in Längsrichtung versetzt und/oder in Richtung quer hierzu versetzt zueinander angeordnet sein.
[0091] Am Beispiel des Kühlkanals 52a ist gezeigt, dass in den Kühlkanal ein Gitterelement 66 eingeschoben sein kann, an dem Turbulenzerzeugungselemente 64' ausgebildet sind.
[0092] Am Beispiel des Kühlkanals 52b ist gezeigt, dass die Turbulenzerzeugungselemente 64 durch Turbulenzerzeugungsvorsprünge 68, die einstückig mit dem Statorkern 40 ausgebildet sind, oder durch Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70 ausgebildet sein können, die einstückig mit dem Gehäuseabschnitt 34 ausgebildet sind.
[0093] Bevorzugt ist es, wenn die Turbulenzerzeugungselemente 64 ausschließlich durch Turbulenzerzeugungsvorsprünge 68 gebildet sind, die einstückig mit dem Statorkern 40 ausgebildet sind, in gleicher Weise wie die Trennstege 62.
[0094] Die Turbulenzerzeugungsvorsprünge 68 sind dabei ausgehend von einem Umfangsabschnitt des Statorkerns 40 spitz oder rundlich zulaufend ausgebildet. Ferner weisen die Turbulenzerzeugungsvorsprünge 68 eine radiale Länge auf, die wenigstens 70 % der radialen Tiefe des Kühlkanals 52 beträgt. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Turbulenzerzeugungsvorsprünge 68 eine radiale Länge aufweisen, die gleich der radialen Tiefe bzw. Dicke des Kühlkanals 52 ist.
[0095] Der Kühlkanal 52 weist dabei vorzugsweise einen Kanalströmungsquerschnitt auf, und die in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung angeordneten Turbulenzerzeugungsvorsprünge 68 weisen gemeinsam vorzugsweise einen Turbulenzerzeugungs- querschnitt auf, der kleiner gleich 50 % des Kanalströmungsquerschnittes ist, insbesondere kleiner als 40 %.
[0096] Fig. 3 zeigt in schematischer Form die Draufsicht auf einen Kühlkanal 52, der durch zwei Trennstege 62a, 62b in Umfangsrichtung begrenzt ist und in dem eine Mehrzahl von Turbulenzerzeugungsvorsprüngen 70 angeordnet ist, die in Strömungsrichtung 54 hintereinander und seitlich versetzt zueinander angeordnet sind, derart, dass das Kühlfluid Turbulenzen 72 erfährt, die für einen verbesserten Wärmeübergang sorgen.
[0097] Die Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70 können dabei so ausgebildet sein, dass diese in Strömungsrichtung 54 so versetzt hintereinander angeordnet sind, dass das Kühlfluid auch eine Strömungsrichtungskomponente in Querrichtung erfährt. Ferner ist es möglich, einen oder mehrere Kühlvorsprünge 70 in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung 54 anzuordnen, und zwischen zwei derartigen, Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70 aufweisenden Ebenen jeweils einen Abstand einzurichten. Der Strömungsquerschnitt wird in diesem Fall vorzugsweise nicht allein durch die Querschnitte der Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70 in einer Ebene, sondern auch durch die schräg hierzu verlaufenden Fluchten bestimmt.
[0098] Die in einer Ebene angeordneten Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70 können beispielsweise jeweils an einem Statorblech angeordnet sein.
[0099] Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine 12, die einen Stator 36 aufweist, an dessen Außenumfang vier Befestigungsabschnitte 76a, 76b, 76c, 76d ausgebildet sind. Die Befestigungsabschnitte 76 sind über den Umfang gleichmäßig verteilt, so dass zwischen den Befestigungsabschnitten 76 jeweils ein Kernsegment 80 ausgebildet ist. In den Kernsegmenten 80 ist jeweils ein Kühlkanal 52 vorgesehen, der sich jeweils über einen Kühlkanalumfangsabschnitt 78 erstreckt, der kleiner ist als 90°. Der Kühlkanalumfangsabschnitt 78 erstreckt sich vorzugsweise über einen Winkelbereich von 10° bis 45°, insbesondere von 20° bis 35°. Die Umfangslänge des Kühlkanalumfangsabschnittes 78 kann beispielsweise im Bereich von 10 mm bis 80 mm liegen, insbesondere im Bereich von 15 mm bis 40 mm. Vorliegend ist innerhalb jedes Kernsegmentes 80 nur ein einzelner Kühlkanal 52 dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass in jedem Kernsegment 80 eine Mehrzahl von zwei, drei, vier oder mehr Kühlkanälen 52 angeordnet sein kann, die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind.
[0100] In Fig. 3 ist ferner gezeigt, dass der Statorkern 40 für jeden Kühlkanal 52 zwei Trennstege 62a, 62b aufweist, die durch den Statorkern 40 gebildet sind.
[0101] Ferner ist in Fig. 4 zu erkennen, dass innerhalb jedes Kühl- kanalumfangsabschnittes 78, in Umfangsrichtung gesehen zwischen zwei Trennstegen 62a, 62b, jeweils ein Turbulenzerzeugungsvorsprung 70 gebildet ist. Dabei ist die relative Umfangsposition 82 der vier Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70a, 70b, 70c, 70d jeweils unterschiedlich.
[0102] Vorliegend ist der Statorkern 40 gebildet durch eine Mehrzahl von Statorblechen 86, die in axialer Richtung benachbart zueinander angeordnet sind. Die Statorbleche 86 bilden folglich einen geblechten Statorkern 40. Um innerhalb jedes Kühlkanals 52 Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70 in Umfangsrichtung versetzt zueinander und in Längsrichtung versetzt zueinander anzuordnen, kann beispielsweise eine Mehrzahl von unterschiedlichen Statorblechen 86 verwendet werden. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Statorbleche 86 jeweils als Gleichteile ausgebildet sind. Um eine verteilte Anordnung von Turbulenzerzeugungsvorsprüngen 70 in den Kühlkanälen 52 zu realisieren, werden die Statorbleche 86 dabei in Umfangsrichtung jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet und/oder können um eine Zentralachse gewendet zueinander montiert sein, wobei die Zentralachse durch zwei diametral gegenüberliegende Befestigungsabschnitte (beispielsweise 76a, 76c) verläuft.
[0103] Hierdurch kann sich ein "Muster" von Turbulenzerzeugungsvorsprüngen 70 in dem Kühlkanal 52 ergeben, wie es schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kühlkanal 52, wobei vier Statorbleche 86 jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet sind, derart, dass die Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70a, 70b, 70c, 70d in Umfangsrichtung und in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet werden. Das fünfte Statorblech 86 kann dann wieder in einer Position montiert werden, die der Position des ersten Statorbleches 86 entspricht (bei 70a' gezeigt). Alternativ hierzu kann als fünftes Statorblech 86 wiederum ein Statorblech 86 in einer Position montiert werden, so dass in dem Kühlkanal 52 ein Turbulenzerzeugungsvorsprung 70a" angeordnet ist, wie es in Fig. 5 gestrichelt dargestellt ist.
[0104] Um eine unregelmäßigere Turbulenzerzeugungsstruktur in einem Kühlkanal zu realisieren, kann es, wie oben erwähnt, auch möglich sein, die Turbulenzerzeu- gungsvorsprünge 70 innerhalb der jeweiligen Kühlkanalumfangsabschnitte 78 nicht nur an regelmäßig in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordneten Positionen zu realisieren. Vielmehr ist es auch möglich, die Anzahl der Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70 in den jeweiligen Kühlkanalumfangsabschnitten 78 unterschiedlich zu realisieren und/oder so in Umfangsrichtung anzuordnen, dass der Versatz der unterschiedlichen Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70 nicht, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, ein Wert gleich dem Kühl- kanalumfangsabschnitt geteilt durch die Anzahl der Befestigungsabschnitte 76 ist.
[0105] In den nachfolgenden Figuren werden weitere Ausführungsformen von Statorkernen beschrieben, die jeweils durch einzelne Statorbleche realisiert werden. Diese entsprechen hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell dem Statorblech 86 der Fig.5. Gleiche Elemente sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
[0106] Fig. 6 zeigt ein Statorblech 86A, bei dem drei Befestigungsabschnitte 76a, 76b, 76c vorgesehen sind. In jedem Kernsegment 80 (120°) sind dabei vier Kühlkanäle 52a, 52b, 52c, 52d angeordnet, die durch Trennstege 62a, 62b, 62c, 62d, 62e gebildet sind, die jeweils einstückig mit dem Statorblech 86A ausgebildet sind.
[0107] Die Anordnung der Trennstege ist dabei innerhalb der jeweiligen Kernsegmente 80 identisch, so dass die Statorbleche 86A in jeder beliebigen Umfangsposition zueinander montiert werden können, was die Montage insgesamt vereinfacht. Die Statorbleche 86 sind durchgehend als Gleichteile ausgebildet. [0108] In Fig. 6 ist ferner zu erkennen, dass das Statorblech 86A an seinem In- nenumfangsabschnitt eine Mehrzahl von Wicklungsjochen 88 aufweist, an denen eine oder mehrere Wicklungen 38 angeordnet sind. Sowohl die weiter oben beschriebenen Statorkerne 40 als auch die nachfolgend beschriebenen Statorbleche und Statorkerne weisen vorzugsweise jeweils ebenfalls derartige Wicklungsjoche 88 auf, obgleich dies in den anderen Figuren nicht näher dargestellt ist.
[0109] Die Trennstege 62 sind bei dem mittels des Statorbleches 86a gebildeten Stators durch jeweilige Trennvorsprünge 89 am Außenumfang des Statorbleches 86 gebildet.
[0110] Bei dem mittels des Statorbleches 86A gebildeten Stator werden folglich am Außenumfang Kühlkanäle 52 gebildet, die außenumfänglich durch einen Gehäuseabschnitt 34 verschlossen werden können.
[0111] Sofern es erwünscht ist, in den jeweiligen Kühlkanälen Turbulenzerzeugungsstrukturen vorzusehen, so können diese beispielsweise durch ein nicht näher bezeichnetes Gitterelement wie ein Turbulenzblech realisiert werden, das in jeden der Kühlkanäle 52 eingelegt bzw. eingeschoben wird.
[0112] Fig. 7 zeigt ein alternatives Statorblech 86B, bei dem die Trennvorsprünge 89 identisch ausgebildet sind wie bei dem Statorblech der Fig. 5, so dass mittels des Statorbleches 86B ebenfalls Trennstege 62 ausgebildet werden können.
[0113] Bei dem Statorblech 86B sind innerhalb eines der Kernsegmente zusätzlich zu den in Fig. 7 nicht näher bezeichneten Trennvorsprüngen 89 Turbulenz- erzeugungsvorsprünge ausgebildet. Genauer gesagt sind zwischen den Trennsteigen 62a', 62b' zwei Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70a, 70b vorgesehen. Zwischen den Trennstegen 62b', 62c' sind ebenfalls zwei Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70c, 70d vorgesehen. Zwischen den Trennstegen 62c', 62d' sind ebenfalls zwei Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70e, 70f vorgesehen. Zwischen den Trennstegen 62d', 62e' ist ein Turbulenzerzeugungsvorsprung 70g vorgesehen. [0114] In den anderen zwei Kernsegmenten sind zwischen den jeweiligen Trennstegen 62 keine Turbulenzerzeugungsvorsprünge vorgesehen.
[0115] Mittels des Statorbleches 86B lässt sich beispielsweise ein Kühlkanal realisieren, wie er bei 52 in Fig. 9 dargestellt ist.
[0116] Dort ist gezeigt, dass zunächst drei Statorbleche 86B zunächst um jeweils 120° versetzt montiert wird, so dass nur bei jedem dritten Statorblech 86B in dem Kühlkanal Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70a, 70b vorgesehen sind. Dabei ist es ferner so, dass das Statorblech 86B einmal in einer Normalposition und dann beim dritten nachfolgenden Segment um eine Drehachse 90 (Fig. 7) gedreht wird, derart, dass die Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70a, 70b in Bezug auf die Breitenrichtung des Kühlkanals 52 ihre Position wechseln.
[0117] Fig. 10 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der ein Statorblech 86B' so ausgebildet ist, dass die Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70a', 70b' nicht benachbart zu den jeweiligen Trennstegen 62 angeordnet sind, derart, dass keine "Toträume" entstehen.
[0118] In Fig. 8 ist eine weitere alternative Ausführungsform eines Statorbleches 86C gezeigt, bei dem die Trennstege 62 jeweils eine identische Position besitzen wie bei den Ausführungsformen 86A, 86B der Fig. 6 und 7. Bei dem Statorblech 86C ist vorgesehen, dass innerhalb jedes Kernsegmentes und zwischen sämtlichen Trennstegen 62 jeweils Turbulenzerzeugungsvorsprünge ausgebildet sind. In dem oberen rechten Kernsegment sind dabei zwei Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70a', 70b' vorgesehen, die mittig in Bezug auf zwei Trennstege angeordnet sind und relativ eng benachbart zueinander angeordnet sind. In dem unteren Kernsegment sind ebenfalls zwei Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70a", 70b" vorgesehen, die ebenfalls in Umfangsrichtung zentriert in Bezug auf die zwei einen Kühlkanal bildenden Trennstege 62 angeordnet sind, jedoch in Umfangsrichtung weiter beabstandet voneinander als die Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70a', 70b'. [0119] In dem oberen linken Kernsegment sind zwischen zwei Trennstegen 62 jeweils drei Turbulenzerzeugungsvorsprünge 70a, 70b, 70c vorgesehen, deren relative Umfangspositionen sich von den relativen Umfangspositionen der Trennvorsprünge der anderen Kernsegmente unterscheiden. Die Turbulenzerzeugungsvorsprünge des
Statorbleches 86C sind dabei als relativ schmale, radial nach außen im Wesentlichen spitz zulaufende Vorsprünge ausgebildet.
[0120] In Fig. 1 1 ist ein Kühlkanal 52 gezeigt, der mittels einer Mehrzahl von Statorblechen 86C gebildet ist, die jeweils um 120° versetzt zueinander montiert sind. Hierdurch ergibt sich in der Draufsicht eine pfeilförmige Anordnung der Turbulenzerzeugungsvorsprünge.
[0121] Fig. 1 1 zeigt ferner, dass jedes Statorblech 86C aus einem einzelnen Blech hergestellt sein kann, oder aus einer Mehrzahl von Blechscheiben 94. Mit anderen Worten kann eine vorgegebene axiale Dicke eines Statorbleches 86C jeweils durch ein einzelnes Blechelement gebildet sein, oder durch eine Mehrzahl von identisch hintereinander angeordneten Statorblechen, die vorliegend als Blechscheiben 94 bezeichnet werden.
[0122] Fig. 12 zeigt einen Stator 36, der mittels des Statorblechs 86B realisiert ist, wie es in den Fig. 7 und 9 gezeigt ist.
[0123] Fig. 13 zeigt einen Stator 36, der mittels des Statorbleches 86C realisiert ist, wie es in den Fig. 8 und 1 1 gezeigt ist.
[0124] Fig. 14 zeigt eine der Fig. 2 vergleichbare schematische Querschnittsansicht durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 12. Diese entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der in Fig. 2 gezeigten elektrischen Maschine.
[0125] Während bei der elektrischen Maschine 12 der Fig. 2 Kühlkanäle 52 generell zwischen einem Gehäuseabschnitt 34 und dem Statorkern 40 ausgebildet sind, sieht Fig. 14 eine elektrische Maschine mit einem Stator 36 vor, in dessen Statorkern einer oder mehrere Kühlkanäle 52a bis 52b ausgebildet sind. Die Form und Anordnung der Kühlkanäle kann dabei den oben beschriebenen Formen und Anordnungen von Kühlkanälen entsprechen. Beispielhaft sind in Fig. 14 wiederum Turbulenzerzeugungs- vorsprünge 68 bzw. 70 gezeigt, die sich von einem Innenumfangsabschnitt oder von einem Außenumfangsabschnitt des zugeordneten Kühlkanals 52b erstrecken. Ferner ist in Fig. 14 bei 66 gezeigt, dass in einem Kühlkanal auch ein Gitterelement 66 eingesetzt werden kann, das Turbulenzerzeugungselemente 64' bildet.
[0126] Die Kühlkanäle können jedoch auch ohne derartige Turbulenzerzeugniselemente ausgebildet sein, wie es bei 52c bzw. 52d gezeigt ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrische Maschine (12) für einen Antriebsstrang (10) eines Kraftfahrzeuges, mit einem Gehäuseabschnitt (34),
einem Stator (36), der in Bezug auf den Gehäuseabschnitt (34) festgelegt ist und einen Statorkern (40) aufweist, an dem Statorwicklungen (38) festgelegt sind,
einem Rotor (42), der in Bezug auf den Stator (36) drehbar gelagert ist, und einer Statorkühlanordnung (50) zum Kühlen des Stators (36), wobei die Statorkühlanordnung (50) wenigstens einen Kühlkanal (52) aufweist, der sich entlang eines Umfangsabschnittes des Stators (36) erstreckt und durch den hindurch ein Kühlfluid in einer Strömungsrichtung (54) führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlkanal (52) eine Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen (64) angeordnet ist, die in dem Kühlkanal (52) in Strömungsrichtung (54) hintereinander und/oder quer zur Strömungsrichtung (52) versetzt angeordnet sind, wobei zumindest einige Turbulenzerzeugungselemente (64) durch Turbulenzerzeugungsvor- sprünge (68; 70) ausgebildet sind, von denen zumindest einer einstückig mit dem Gehäuseabschnitt (34) und/oder von denen zumindest einer einstückig mit dem Statorkern (40) ausgebildet ist, und wobei wenigstens einer der Turbulenz- erzeugungsvorsprünge (68; 70) eine radiale Länge aufweist, die wenigstens 70 % der radialen Tiefe des Kühlkanals (52) beträgt.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Turbulenzerzeugungselemente (64) durch wenigstens ein Gitterelement (66) gebildet sind, das in den Kühlkanal (52) eingesetzt ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Turbulenzerzeugungsvorsprünge (68; 70) ausgehend von einem Umfangsabschnitt des Statorkerns (40) spitz oder rundlich zulaufend ausgebildet ist.
4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (52) einen Kanalströmungsquerschnitt aufweist, wobei der Turbulenzerzeugungsquerschnitt des in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung angeordneten Turbulenzerzeugungsvorsprunges (68; 70) oder der in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung angeordneten Turbulenzerzeugungsvorsprünge (68; 70) kleiner gleich 50 % des Kanalströmungsquerschnittes ist, insbesondere kleiner als 40 %.
5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (52) zwischen dem Gehäuseabschnitt (34) und dem Statorkern (40) ausgebildet ist.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorkühlanordnung (50) eine Mehrzahl von Kühlkanälen (52) aufweist, die über den Umfang des Statorkerns (40) herum verteilt angeordnet sind und durch Trennstege (60; 62) voneinander getrennt sind.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkern (40) eine Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Befestigungsabschnitten (76) aufweist, wobei wenigstens ein Kühlkanal (52) zwischen zwei benachbarten Befestigungsabschnitten (76) angeordnet ist.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstege (62) durch den Statorkern (40) gebildet sind.
9. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkern (40) eine Mehrzahl von Statorblechen (86) aufweist, die an ih- rem Außenumfang jeweils wenigstens einen ersten und einen zweiten Trennvorsprung (89a, 89b) aufweisen, wobei die ersten Trennvorsprünge (89a) zusammen einen ersten Trennsteg (62a) bilden und wobei die zweiten Trennvorsprünge (89b) zusammen eine zweiten Trennsteg (62b) bilden, wobei der Kühlkanal (52) in Richtung quer zur Strömungsrichtung durch den ersten und den zweiten Trennsteg (62a, 62b) begrenzt ist.
10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkern (40) eine Mehrzahl von Statorblechen (86) aufweist, die an ihrem Außenumfang jeweils wenigstens einen Trennvorsprung (89) und/oder einen Turbulenzerzeugungs- vorsprung (70) aufweisen, wobei zumindest eine Teilanzahl aus der Mehrzahl von Statorblechen (86) als Gleichteile hergestellt sind, die zur Bildung des Statorkerns (40) in Umfangsrichtung versetzt zueinander und/oder um eine Zentralachse (90) gewendet montiert sind.
1 1 . Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorbleche (86) mittels einer Anzahl n von Befestigungsabschnitten (76) miteinander verbunden sind, die gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind, so dass zwischen zwei benachbarten Befestigungsabschnitten (76) jeweils ein Blechsegment (80) gebildet ist, wobei die Statorbleche (86) in Umfangsrichtung um 3607n versetzt zueinander montiert sind.
12. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem als Gleichteil ausgebildeten Statorblech (86) im Bereich von jedem Blechsegment (80) jeweils wenigstens zwei einen Kühlkanal (52) bildende Trennvorsprünge (89) ausgebildet sind, wobei zwischen den zwei Trennvorsprüngen (89) von wenigstens einem der Blechsegmente (80) wenigstens ein Turbulenzerzeugungsvorsprung (70) ausgebildet ist.
13. Elektrische Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zwei Trennvorsprüngen (89) von wenigstens zwei der Blechsegmente (80) wenigstens ein Turbulenzerzeugungsvorsprung (70) ausgebildet ist, wobei die relative Umfangsposition (82) der Turbulenzerzeugungsvorsprünge (70) in den zwei Blechsegmenten (80) unterschiedlich ist.
14. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Turbulenzerzeugungsvorsprünge (70) innerhalb von wenigstens einem der Blechsegmente (80) anders ist als die Anzahl der Turbulenzerzeugungsvorsprünge (70) in einem anderen der Blechsegmente (80).
15. Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Getriebe (14), einer Fluid- versorgungseinrichtung (20) für das Getriebe (14) und einer elektrischen Maschine (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Kühlkanal (52) der elektrischen Maschine (12) an die Fluidversorgungseinrichtung (20) angeschlossen ist.
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