WO2020200661A1 - Kühlvorrichtung für einen stator einer elektrischen maschine, elektrische maschine sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Kühlvorrichtung für einen stator einer elektrischen maschine, elektrische maschine sowie kraftfahrzeug Download PDF

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WO2020200661A1 PCT/EP2020/056168 EP2020056168W WO2020200661A1 WO 2020200661 A1 WO2020200661 A1 WO 2020200661A1 EP 2020056168 W EP2020056168 W EP 2020056168W WO 2020200661 A1 WO2020200661 A1 WO 2020200661A1
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cooling
fluid
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fluid ring
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PCT/EP2020/056168
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Jens Richter
Andreas Huber
Benjamin KRANK
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • Cooling device for a stator of an electrical machine, electrical machine and
  • the invention relates to a cooling device for a stator of an electrical machine for plugging together with a hollow cylindrical laminated core of the stator.
  • the cooling device has a plurality of cooling channels for guiding cooling fluid along the
  • the cooling device has a fluid ring to be arranged on an end face of the laminated core.
  • the fluid ring is connected to the cooling channels and flows through the cooling fluid in a direction of flow oriented along a circumferential direction.
  • the fluid ring has two fluid ring channels in the form of a distribution channel for distributing the cooling fluid to the cooling channels and a collecting channel for receiving the cooling fluid from the cooling channels and at least two
  • Cooling fluid connections in the form of at least one inflow connection for introducing the cooling fluid into the distribution channel and of at least one outflow connection for the
  • the invention also relates to an electrical machine and a motor vehicle.
  • interest is directed to electrical machines for motor vehicles, in particular electrical drive machines for electric or hybrid vehicles.
  • These machines usually have a stator and a rotor mounted rotatably with respect to the stator.
  • the stator has a hollow cylindrical laminated core, in whose side facing the rotor winding grooves with windings are arranged.
  • the electrical machine heats up, which can reduce its output. Overheating of the electrical machine can even lead to its failure.
  • cage-like cooling devices are known, for example, which have cooling channels, for example for arrangement in the winding slots, and for guiding cooling fluid along the laminated core.
  • the cooling channels are flow-guiding or fluidic with a distribution channel that introduces the cooling fluid into the cooling channels, and a collecting channel which removes the cooling fluid from the cooling channels, coupled.
  • the distribution channel and the collecting channel can, for example, be designed as a distribution ring and collecting ring separately from one another, the distribution ring being arranged on a first end face of the laminated core and the collecting ring being arranged on a second end face of the laminated core, which is axially opposite the first end face.
  • Such two-sided cooling solutions are particularly disadvantageous with regard to the assembly of the stator in a stator housing, since cooling fluid connections which are arranged on the distribution ring and the collecting ring are hardly accessible in the stator housing, which is usually only accessible from one side.
  • Collecting channel are integrated into a fluid ring, which is arranged on one of the end faces of the laminated core.
  • Such one-sided cooling solutions have hitherto had the disadvantage that their cooling efficiency is insufficient due to the uneven distribution of the cooling fluid over the cooling channels.
  • such fluid rings with a distribution channel and a collecting channel require a large amount of installation space and are therefore difficult or impossible to integrate into the available installation space of the electrical machine.
  • this object is achieved by a cooling device, an electrical machine and a motor vehicle with the features according to the respective
  • a cooling device for a stator of an electrical machine for plugging together with a hollow cylindrical laminated core of the stator has a plurality of cooling channels for guiding cooling fluid along the laminated core.
  • the cooling device has one connected to the cooling channels, in one along a
  • the fluid ring has two fluid ring channels in the form of a distribution channel for distributing the cooling fluid to the cooling channels and a collecting channel for receiving the cooling fluid from the cooling channels and at least two cooling fluid connections in the form of at least one inflow connection for introducing the cooling fluid into the distribution channel and at least a drain connection for removing the cooling fluid from the collecting channel.
  • the fluid ring channels for uniform distribution of the cooling fluid to the cooling channels have location-dependent or circumferential angle-dependent functions in the flow direction
  • the distribution channel is designed with a first flow cross-section, which decreases starting from the at least one inflow connection and with an increasing number of cooling channels already supplied with cooling fluid.
  • the collecting channel is designed with a second flow cross-section, which increases with an increasing number of already emptied cooling channels and towards the at least one drain connection.
  • the invention also relates to an electrical machine for a motor vehicle having a stator, a rotor mounted rotatably with respect to the stator and a cooling device according to the invention.
  • the stator has a hollow cylindrical laminated core with a side facing the rotor which has axially extending winding grooves distributed in the circumferential direction.
  • the stator has windings which are arranged in the winding slots.
  • the fluid ring of the cooling device is arranged on a first end face of the laminated core and the cooling channels are arranged on the laminated core, in particular in the winding slots.
  • the stator has the hollow cylindrical laminated core or stator iron and the electrical windings.
  • the hollow cylinder-shaped laminated core has two axially opposite end faces. In that by the hollow cylindrical stator
  • the rotor of the electrical machine can be rotatably mounted, with an axis of rotation of the rotor corresponding to an axially extending longitudinal axis of the laminated core.
  • the laminated core has on one side, in particular on the inside facing the cavity, the
  • Winding grooves or stator grooves for receiving the windings.
  • the winding grooves are arranged in the circumferential (angular) direction, that is tangential to the axis of rotation, equidistant from one another and distributed over an entire circumference of the side of the laminated core facing the rotor. They extend in the axial direction from the first end face of the laminated core to the opposite second end face of the laminated core. In the axial direction, that is to say along the axis of rotation, the windings arranged in the winding grooves protrude beyond the laminated core at the end faces and each form a winding head there.
  • the windings of the stator can be designed, for example, as form bar windings or round wire windings.
  • the cooling device is designed as a cooling cage which can be plugged together with the laminated core.
  • the cooling cage can be coupled to a cooling circuit of the electrical machine, which provides the cooling fluid, and is thus designed to cool the stator during operation of the electrical machine.
  • the cooling fluid can be a cooling liquid, for example.
  • the cooling cage has the fluid ring and the cooling channels. The fluid ring protrudes from the cavity in the arranged state and protrudes from the first end face of the laminated core.
  • Fluid ring is thus provided a one-sided cooling solution.
  • the fluid ring is in particular a toroidal hollow body, in the fluid ring interior of which the cooling fluid provided by the cooling circuit can be guided.
  • the fluid ring is arranged radially adjacent to the end winding on the first end face.
  • the fluid ring and the end winding are thus arranged concentrically to one another. This close arrangement of the fluid ring on the end winding, at which a particularly strong heat development occurs in the form of so-called hotspots when the electrical machine is in operation, allows it to be cooled particularly efficiently. As a result, a continuous output of the electrical machine can be increased in stator-critical operating points.
  • the fluid ring has the fluid ring channels, so the distribution channel and the
  • Collecting channel, and the cooling fluid connections that is to say the at least one inflow connection and the at least one outflow connection.
  • the fluid ring has exactly one inflow connection and exactly one outflow connection.
  • the cooling fluid can be supplied to the distribution channel.
  • the distribution channel is designed to distribute the cooling fluid to the cooling channels or to introduce it into the cooling channels.
  • the collecting duct is designed to remove the cooling fluid again from the cooling ducts or to collect the cooling fluid again.
  • the collected cooling fluid can be removed from the fluid ring via the drain connection.
  • the distribution channel and the collecting channel are ring-shaped and run around in the circumferential direction.
  • the cooling fluid connections can be designed in the shape of a nozzle and, for example, can be arranged projecting axially on the fluid ring.
  • the cooling channels are arranged distributed in the circumferential direction on the fluid ring with the formation of a cooling channel ring and protrude axially from the fluid ring.
  • Cooling channels are designed to be bidirectional conductive or flow-guiding. This means that each cooling channel has an axially extending inflow section which is fluidly coupled to the distribution channel, an axially extending return section which is fluidly coupled to the collecting channel, and a tangentially extending deflection section which is connected to the inflow section and the Return flow portion is fluidly coupled, having.
  • Each cooling channel therefore conducts the cooling fluid, starting from the fluid ring arranged on the first end face of the laminated core, axially within the inflow section in the direction of the second end face of the laminated core, via the deflection section into the return flow section and within the return flow section axially back to the fluid ring.
  • the cooling channels can be arranged on the laminated core in such a way that they extend axially over one side of the laminated core.
  • the cooling channels can be designed as slot cooling channels and can be arranged together with the windings in the winding slots of the laminated core.
  • the cooling channels can also lie against one side of the
  • Cooling channels can be arranged on the outside of the laminated core. It can be provided that the side which has no winding grooves runs axially
  • the cooling channels can be arranged.
  • the cooling channels can thus be arranged on the laminated core in a particularly space-saving manner.
  • the cooling channels are designed as loops, that is, as cooling loops, so that the inflow section and the return section of a cooling channel are arranged spaced apart from one another along the circumferential direction and are designed as elongated, parallel channel areas.
  • the inflow section of a cooling channel can be arranged in a first winding groove or in a first cooling channel groove and the return section of the same cooling channel can be arranged in a second winding groove adjacent to the first winding groove or in a second cooling channel groove adjacent to the first cooling channel groove.
  • the cooling fluid can be conducted from the inflow section into the return section via the deflection section.
  • the deflection section can, for example, be designed to run on a second end face of the laminated core over a stator tooth arranged between the first and second winding slots or between the first and second cooling channel slots. Cooling channels designed in this way can be produced particularly easily. It can also be provided that the inflow section and the
  • the cooling channels can be designed in one piece.
  • the cooling channels can, for example, be plugged together with the fluid ring and connected to the fluid ring in a fluid-tight manner before the cooling cage is arranged on the laminated core.
  • the cooling channels can be reversibly bendable radially inwards or outwards.
  • the annular distribution channel or distribution ring has the first flow cross section which varies in the direction of flow. Starting from the inflow connection via which the cooling fluid is introduced into the distribution channel, the cooling fluid divides to the left and to the right and flows in along the circumferential direction
  • part of the cooling fluid flows in the circumferential direction, for example clockwise, through a left half of the distribution channel, and another part of the cooling fluid flows in the opposite direction
  • Circumferential direction for example counterclockwise, through a right half of the distribution channel.
  • the cooling fluid flow gradually releases cooling fluid into the inflow sections of the cooling channels.
  • a quantity of the cooling fluid in the distribution channel thus decreases in the direction of flow with increasing distance from the inflow connection, since the number of already supplied with cooling fluid
  • Cooling channels increases.
  • the second flow cross-section of the collecting channel increases in the flow direction with an increasing amount of collected cooling fluid in the
  • This variable flow cross-section along the circumferential direction can advantageously improve uniform flow distribution in the cooling channels and thus achieve effective and uniform cooling with little pressure loss.
  • the fluid ring channels are arranged radially adjacent to one another and ends of the inflow sections connected to the fluid ring and the return flow sections for connecting to the respective fluid ring channel are formed radially and / or offset from one another along the circumferential direction.
  • the fluid ring channel for example the distribution channel, is therefore located radially on the outside and encloses the radially inner second fluid ring channel, for example the collecting channel.
  • the fluid ring channels are thus arranged concentrically to one another around the axis of rotation.
  • the ends of a Cooling channel be arranged radially offset from one another.
  • the ends of the inflow sections and / or the return sections can be bent radially inwards or outwards.
  • the ends of one section, for example the return flow section which are bent radially inward, form a radially inner one
  • End wreath to be connected to the radially inner fluid ring channel, and the radially outwardly bent ends of the other sections, for example the inflow sections, a radially outer end wreath to be connected to the radially outer fluid ring channel.
  • the ends can also be offset from one another only in the circumferential direction, that is to say they can be formed unbent.
  • the radial connection between the inner fluid ring channel and the associated connection connections and the radial connection between the outer fluid ring channel and the associated connection connections are integrated into the fluid ring.
  • the cooling channel ends can simply protrude axially straight out of the laminated core, which facilitates the production of the cooling channels.
  • the inflow connection and the outflow connection are preferably located radially opposite one another and for this purpose are arranged offset from one another by approximately 180 ° along the circumferential direction.
  • the inflow connection is therefore, for example, at a circumferential angle of 0 °, while the outflow connection is located at a circumferential angle of approximately 180 °.
  • the flow direction is thus oriented along the circumferential direction starting from the inflow connection in the direction of the outflow connection. Starting from the inflow connection, the cooling fluid flows into and against the
  • Circumferential direction through the distribution channel and through the cooling channels in the collecting channel flows within the collecting channel in the direction of the drain connection and on
  • the first flow cross-section and the second flow cross-section are designed to change in opposite directions, so that a total flow cross-section of the fluid ring is constant along the circumferential direction.
  • the first flow cross-section decreases in the flow direction to the same extent as the second flow cross-section increases.
  • the total flow cross-section of the fluid ring is thus divided in the flow direction into the first flow cross-section of the distribution channel and the second flow cross-section of the collecting channel as required. This needs-based division of the total flow cross section of the fluid ring allows the installation space of the fluid ring to be kept particularly small.
  • the fluid ring has a plurality of outer walls, which one
  • the outer walls are designed as two concentrically arranged cylindrical side walls, as an annular base with connection connections for the cooling channels and as an annular cover axially opposite the annular base with the cooling fluid connections.
  • the annular cover has, for example, the axially protruding, nozzle-like cooling fluid connections.
  • the cooling fluid connections are in particular formed in one piece with the cover.
  • the cooling fluid connections and the cover can also be designed in several parts.
  • the bottom has the connection connections for the cooling channels.
  • the connection connections can be designed, for example, as plug openings or plug sockets into which the ends of the sections of the cooling channels can be plugged.
  • the bottom can have a first annular arrangement with first
  • connection connections for plugging together with the ends of the inflow sections and a second annular arrangement with second connection connections for plugging together with the ends of the return flow sections.
  • the annular arrangements with the connection terminals are arranged concentrically with one another.
  • the first and the second connection connections can be designed to be offset or alternating along the circumferential direction.
  • the partition Located in the interior of the fluid ring is the partition, which is designed to divide the total flow cross-section in the direction of flow between the two fluid ring channels as required.
  • the separator is designed to divide the total flow cross-section in the direction of flow between the two fluid ring channels as required.
  • the separator is designed to
  • the separating web has a geometry that is dependent on the circumference angle for dividing the total flow cross-section depending on the circumference angle. It can be provided that at least the fluid ring is formed from a plastic or from a sheet metal. In the event that the fluid ring is formed from a plastic, the separating web and the annular base having the connection connections can be formed, for example, in one piece. In the event that the fluid ring is made of sheet metal, the separating web and the base can consist of several parts
  • the separating web and the bottom can be formed from two nested ring elements, one of the
  • Ring elements is assigned to the distribution channel and the other of the ring elements is assigned to the collecting channel.
  • the separating web is designed to reduce the first flow cross-section in the flow direction in a first fluid ring half of the fluid ring, an axial portion of the second flow cross-section in the total flow cross-section from a minimum value in the area of the inflow connection to a maximum value in the area of transitions between the first
  • Flow cross-section in the direction of flow designed to reduce an axial portion of the first flow cross-section in the total flow cross-section from the maximum value in the area of the transitions to the minimum value in the area of the drain connection and thus to increase a radial portion of the second flow cross-section in the total flow cross-section.
  • the flow cross-sections have the same axial and radial proportions in the area of the transitions
  • the overall flow cross-section can, for example, be rectangular.
  • the fluid ring has an overall radial extent or overall width and an overall axial extent or overall height.
  • the total expansion can now be divided between the fluid ring channels.
  • the fluid ring channels are arranged radially next to one another and thus share the total radial extent of the fluid ring channel. The extend in the axial direction
  • Fluid ring channels over the overall axial extent of the fluid ring.
  • Flow cross-sections of the fluid ring channels are thus the same size.
  • the collecting duct and the distribution duct are arranged radially next to one another, but the collecting duct has a predetermined, minimal axial extent.
  • the second flow cross section has the minimum value of the axial portion of the total flow cross section.
  • the axial extent of the collecting channel is therefore significantly smaller than the overall axial extent of the fluid ring.
  • the distribution channel is not only arranged radially next to, but also axially above the collecting channel.
  • the first flow cross section also has a larger radial proportion of the total flow cross section.
  • the first flow cross section is significantly larger than the second flow cross section.
  • the opposite is true in the area of the drain connection, where the axial extent of the distribution channel is minimal and the first flow cross section thus has the minimum value of the axial portion of the total flow cross section.
  • a one-sided, space-saving cooling solution with improved uniform flow distribution can be achieved in a particularly simple manner by means of such a separating web within the fluid ring interior.
  • the separating web is preferably designed with a height dependent on the circumferential angle and has an axially extending separating wall for radial subdivision and a collar projecting radially from the separating wall with two collar sections for axial subdivision, a first collar section extending radially within a first fluid ring half of the fluid ring into a first Direction protrudes and thereby sets an axial portion of the second flow cross section, and a second collar portion extending inside the second fluid ring half protrudes radially in a second direction opposite to the first direction and thereby sets an axial portion of the first flow cross section.
  • the partition of the partition runs parallel to the side walls of the fluid ring and the collar runs in particular parallel to the annular base and the annular cover.
  • the separating web therefore has an L-shaped or angled cross section.
  • a first separating web section runs within the first fluid ring half and a second separating web section runs within the second fluid ring half.
  • the first fluid ring half is assigned, for example, to the inflow connection and, starting from the inflow connection, extends for example 90 ° in and against the circumferential direction.
  • the second fluid ring half is assigned, for example, to the drain connection and, starting from the drain connection, extends for example 90 ° in and against the circumferential direction.
  • transitions between the fluid ring halves are thus for example arranged offset by ⁇ 90 ° in relation to the cooling fluid connections.
  • Flow cross section of this fluid ring channel can be set on the total flow cross section.
  • the collar section covers the fluid ring channel to be adjusted in height so that the respective other fluid ring channel can be arranged above it in the axial direction.
  • the invention also includes a motor vehicle with an electrical machine according to the invention.
  • the motor vehicle is designed in particular as an electrically drivable motor vehicle and has the electrical machine as a traction machine.
  • Embodiments and their advantages apply accordingly to the electrical machine according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective illustration of an embodiment of a stator according to the invention
  • 1a, 1b, 1c are schematic sectional views of the stator with different positions of the cooling device
  • FIG. 2 shows a schematic perspective illustration of an embodiment of a cooling device according to the invention
  • FIG. 3 shows a partially transparent illustration of the cooling device according to FIG. 2; 4 shows a first exploded view of the cooling device; 5 shows a second exploded view of the cooling device;
  • Cooling channels with a fluid ring of the cooling device Cooling channels with a fluid ring of the cooling device
  • FIG. 11 shows a perspective illustration of the fluid ring without a lid
  • 12a, 12b are schematic perspective representations of plastics made of plastic
  • 13a, 13b are schematic perspective representations of sheet metal
  • the stator 1 shows a stator 1 for an electrical internal rotor machine of an electrically drivable motor vehicle.
  • the stator 1 has a laminated core 2.
  • the laminated core 2 is designed to run along a circumferential direction U around a longitudinal axis L of the stator 1 and to be hollow-cylindrical.
  • the longitudinal axis L also corresponds to an axis of rotation about which a rotor (not shown here) that is mounted within the stator 1 rotates.
  • the laminated core 2 has an inside 4 which encloses a cylindrical cavity 3.
  • the rotor is mounted in this cavity 3.
  • Laminated core 2 has an outer side 5 opposite the inner side 4 in the radial direction R.
  • several winding grooves 6 are formed distributed along the circumferential direction U.
  • the winding grooves 6 extend axially along the longitudinal axis L from a first end face 7 of the laminated core 2 to a second end face 8 of the laminated core 2 axially opposite the first end face 7 over an entire length of the laminated core 2.
  • Areas of the laminated core 2 between the winding slots 6 are called Stator teeth 9 designated.
  • Stator teeth 9 designated in the winding slots 6 not visible windings of the stator 1 are arranged here. The windings project axially beyond the end faces 7, 8 of the laminated core 2 and there form winding heads (not shown here).
  • the stator 1 has a cooling device 10 designed as a cooling cage, which is shown here in a possible configuration variant during the assembly process on the laminated core 2.
  • the cooling device 10 is shown in a separate illustration.
  • the cooling device 10 has a fluid ring 11 which is arranged in the area of the first end face 7 of the laminated core 2.
  • the end winding is arranged on the laminated core 2 radially adjacent to the fluid ring 11 protruding from the first end face 7 and would radially enclose the fluid ring 11 here.
  • the winding head and the fluid ring 11 are thus arranged concentrically to one another, the fluid ring 11 here in the radial direction R being further inward than the winding head. This is also based on the schematic
  • the fluid ring 11 is designed as a hollow body in which cooling fluid can be conducted.
  • the cooling fluid can be provided, for example, by a cooling circuit of the electrical machine.
  • the fluid ring 11 has cooling fluid connections 12, 13 for coupling to the cooling circuit.
  • a first cooling fluid port 12 is available as a Inflow connection formed and a second cooling fluid connection 13 is as a
  • the cooling fluid can be introduced into the fluid ring 11 via the inflow connection 12.
  • the cooling fluid can be removed again from the fluid ring 11 via the drain connection 13.
  • the inflow connection 12 and the outflow connection 13 are arranged offset from one another by approximately 180 ° along the circumferential direction U and are thus opposite one another in the radial direction R.
  • the cooling device 10 has a multiplicity of cooling channels 14, which in the embodiment shown are designed as groove cooling channels.
  • the cooling channels 14 protrude axially from the fluid ring 11 and are mechanically and fluidically connected to the fluid ring 11.
  • the cooling channels 14 are distributed in the circumferential direction U on the fluid ring 11 and form a cooling channel ring.
  • the cooling channels 14 are designed to be bidirectional conductive and for this purpose each have an inflow section 15, a return section 16 and a deflection section 17.
  • the cooling channels 14 are designed here as cooling loops. For this purpose, the inflow section 15 and the
  • Return flow section 16 arranged at a distance from one another in the circumferential direction U and fluidically connected via the deflection section 17.
  • the cooling device 10 is shown during the insertion along an axially oriented insertion direction E into the cavity 3 of the laminated core 2. Due to the loop shape of the cooling channels 14 shown here, the inflow sections 15 and return sections 16 cannot simply be inserted axially into the winding slots 6.
  • the cooling channels 14 can therefore be designed to be elastic, for example, and can be reversibly bent inward. This reduces an outer diameter of the cooling device 10 in the region of the cooling channels 14 during the insertion of the
  • Cooling channels 14 into the cavity 3. As soon as the deflection sections 17 exit the cavity 3 again at the second end face 8, the cooling channels 14 can return to their original shape and bend radially outward again.
  • the inflow sections 15 and the return sections 16 are radially into the
  • Inflow sections 15 and return sections 16 are arranged here together with the windings of the stator 1 in different winding slots 6 and thus guide the cooling fluid in the winding slots 6 along the windings.
  • the cooling fluid is thus conducted in the inflow section 15 of a winding groove 6 from the first end face 7 in the direction of the second end face 8, and flows over the deflection section 17 on the second end face 8 in the return flow section 16 of an adjacent winding groove 6 and from there back to the first end face 7.
  • the cooling channels 14 can, as shown in Fig. 1a, in the radial direction R in front of the windings W, that is between the
  • Cavity 3 and the windings W be arranged in the winding groove 6.
  • the cooling channels 14 can be arranged in the radial direction R behind the windings W in the winding slots 6.
  • the cooling channels 14 can also on the
  • the outside 5 can do this
  • the fluid ring 11 surrounds the winding head of the windings W radially. Since the cooling channels 14 can be flown through bidirectionally, the fluid ring 11 is designed to both supply and remove the cooling fluid from the cooling channels 14.
  • the fluid ring 11 has two fluid ring channels 18, 19, as shown on the basis of the partially transparent illustration in FIG. 3.
  • a first annular fluid channel 18 is designed as a distribution channel or flow channel and is connected to the inflow connection 12 and the inflow sections 15 of the cooling channels 14 in a flow-guiding manner.
  • a second fluid ring channel 19 is designed as a collecting channel or return channel and with the outflow connection 13 and the return flow sections 16 of the cooling channels 14
  • the distribution channel 18 is formed here radially on the outside and encloses the collecting channel 19 located radially further inwards
  • Inflow port 12 in the fluid ring 11 introduced cooling fluid is divided at the inflow port 12 and flows in the flow direction S, which is oriented from the inflow port 12 along the circumferential direction U clockwise and counterclockwise, within the distribution channel 18 in the direction of one of the
  • Inflow connection 12 radially opposite side of the fluid ring 11, i.e. here in the direction of the outflow connection 13.
  • the cooling fluid flowing through the distribution channel 18 is distributed over the inflow sections 15 of the cooling channels 14.
  • the cooling fluid then flows through the cooling channels 14 and returns via the return sections 16 into the collecting channel 19. There it also flows in the flow direction S starting from the side opposite the outflow connection 13, that is to say here starting from the inflow connection 12, within the collecting channel 19 to the outflow connection 13.
  • Fluid ring channels 18, 19 each have a circumferential angle-dependent flow cross section Q1 (U), Q2 (U).
  • the flow cross-sections Q1 (U) and Q2 (U) are therefore location-dependent along the circumferential direction U.
  • a total flow cross section Q of the fluid ring 11 is essentially constant along the circumferential direction U.
  • the first The flow cross-section Q1 (U) or flow cross-section of the distribution channel 18 decreases starting from the inflow connection 12 in the flow direction S and thus with an increasing number of cooling channels 14 already supplied with cooling fluid, namely the greater the number of cooling channels 14 already supplied with cooling fluid, the more The amount of cooling fluid still to be distributed in the distribution channel 18 becomes smaller.
  • the second flow cross-section Q2 (U) or return cross-section of the collecting channel 19 increases to the same extent in the direction of flow S and thus with an increasing number of cooling channels 14 that have already been emptied Number of already emptied
  • Cooling channels 14 the greater the amount of cooling fluid that has been collected again in the collecting channel 19.
  • a flow cross-section Q1 (U), Q2 (U) dependent on the circumferential angle can be achieved in the cooling channels 14.
  • FIGS. 4 and 5 show exploded views of the cooling device 10 with the
  • Fluid ring 11 and the ring of cooling channels 14 has two concentrically arranged, cylindrical side walls 20, 21, the radially inner side wall 20 forming an inner wall and the radially outer side wall 21 an outer wall.
  • the fluid ring 11 comprises an annular cover 22 which comprises the cooling fluid connections 12, 13, and an annular base 23 which comprises connection connections 24, 25 for the cooling channels 14.
  • An outer geometry of the fluid ring 11 is defined by the base 23, the cover 22 and the side walls 20, 21.
  • First connection terminals 24 are arranged in a ring shape and formed radially outward in the base 23 and can with the
  • Connection ports 25 are also arranged in a ring shape and formed radially inwardly in the bottom 23 and can be connected to the return flow sections 16 of the
  • Cooling channels 14 are connected.
  • the first connection terminals 24 and the second connection terminals 25 are thus arranged radially offset from one another.
  • the first connection terminals 24 and the second connection terminals 25 are also arranged offset in the circumferential direction U. So in the circumferential direction U are first
  • Connection terminals 24 and second connection terminals 25 formed alternately.
  • Fig. 6a is a segment of the bottom 23 with the radial and in
  • Connection terminals 24, 25 arranged offset from one another in the circumferential direction U are shown.
  • connection connections 24, 25 are designed here as plug-in openings into which the ends 26, 27 of the cooling channels 14 can be inserted. After insertion, the ends 26, 27 can be connected to the fluid ring 11 in a fluid-tight manner, so that the cooling device 10 is configured ready for insertion.
  • FIGS. 6b and 6c Further embodiments of the base 23 are shown in FIGS. 6b and 6c.
  • the first connection terminals 24 and the second connection terminals 25 are only arranged radially, but not offset along the circumferential direction U. Both the area of the base 23 having the first connection connections 24 and assigned to the distribution channel 18 and the area of the base 23 having the second connection connections 26 and assigned to the collecting channel 19 are therefore fully occupied. This is possible, for example, if an entire cooling channel 14 is arranged in each winding slot 6.
  • the first connection terminals 24 and the second connection terminals 25 are only arranged radially, but not offset along the circumferential direction U.
  • Both the area of the base 23 having the first connection connections 24 and assigned to the distribution channel 18 and the area of the base 23 having the second connection connections 26 and assigned to the collecting channel 19 are therefore fully occupied. This is possible, for example, if an entire cooling channel 14 is arranged in each winding slot 6.
  • the first connection terminals 24 and the second connection terminals 25 are only arranged
  • Circumferential direction U alternately two first connection ports 24 and two second connection ports 25 are arranged radially offset from one another. This is possible if the cooling channels 14 are designed as cooling loops arranged mirror-symmetrically to one another. This means that in the case of two adjacent cooling channels 14, the inflow sections 15 are formed adjacent to one another and the
  • Reflow sections 16 are arranged on the outside along the circumferential direction U. Here, the cooling fluid introduced into the inflow sections 15 of two adjacent cooling channels 14 flows once in the circumferential direction U into the associated one
  • connection ports 24, 25 are therefore along the
  • Circumferential direction U arranged alternately with double symmetry.
  • FIG. 6d Another embodiment of the base 23 is shown in FIG. 6d. There they are
  • Connection terminals 24, 25 are arranged offset to one another only in the circumferential direction U, but not in the radial direction R.
  • the connection ports 24, 25 are arranged alternately in an annular arrangement, the fluid ring channels 18, 19 adjoining the annular arrangement radially on the inside and outside. So here is the border
  • Distribution channel 18 radially outside and the collecting channel 19 here radially inside to the
  • the fluid ring 11 has a circumferential separating web 28 (see FIGS. 4, 5) which is arranged between the side walls 20, 21 within the fluid ring 11.
  • the separating web 28 runs radially between the annularly arranged connection connections 24, 25.
  • the separating web 28 divides the fluid ring interior of the fluid ring 11 in the radial and axial directions and divides the constant total flow cross-section Q into the flow cross-sections Q1 (U), Q2 (U) as required.
  • the separating web 28 has an axially extending separating wall 29 running around in the circumferential direction U. Adjacent to an inner side 30 of the partition 29 runs here
  • the collecting channel 19 and the distribution channel 18 runs adjoining an outer side 31 of the partition wall 29.
  • the partition web 28 has a collar 32 projecting radially from the partition wall 29 with two collar sections 33, 34.
  • a first collar section 33 projects radially inward and runs inside a first one
  • Fluid ring half 35 A second collar section 34 projects radially outward and runs inside a second fluid ring half 36. Transitions 37 between the fluid ring halves 35, 36 are arranged here offset by ⁇ 90 ° with respect to the cooling fluid connections 12, 13. The cooling fluid connections 12, 13 are therefore centrally located in the respective fluid ring half 35, 36.
  • the separating web 28 has a height H (U) that is dependent on the circumferential angle.
  • the collar section 33 in the first fluid ring half 35 thus lies at different height levels depending on the circumferential angle and limits a second axial extension Z2 (U) (see e.g. Fig. 3) of the collecting channel 19 as a function of the circumferential angle
  • Collar section 34 in second fluid ring half 36 is also at different height levels depending on the circumferential angle and limits a first axial expansion Z1 (U) (see e.g. Fig. 3) of distribution channel 18 depending on the circumferential angle 12, 13 minimal, so that in the first fluid ring half 35 the second axial extension Z2 (U) of the collecting channel 19 in the area of the inflow connection 12 and in the second fluid ring half 36 the first axial extension Z1 (U) of the distribution channel 28 in the area of the outflow connection 13 is minimal is.
  • the height H (U) of the separating web 28 is at a maximum.
  • Flow volume V2 is assigned to the collecting channel 19 and the third
  • Flow volume V3 is assigned to the cooling channels 14.
  • the fluid ring channels 18, 19 are thus designed to form the fluid ring 11 as nested rings in the form of a distribution ring and a collecting ring. As a result, the fluid ring 11 can be designed with a minimal space requirement.
  • U4, U5 show divisions A1, A2, A3, A4, A5 of the total flow cross section Q on the first flow cross section Q1 (U) and the second flow cross section Q2 (U).
  • a first circumferential angle U1 is 0 ° and corresponds to a position of the inflow connection 12.
  • a fifth circumferential angle is 180 ° and corresponds to a position of the outflow connection 13.
  • a third circumferential angle U3 is 90 ° and lies centrally between the first circumferential angle U1 and the fifth circumferential angle U5. At this third circumferential angle U3, the transition 37 lies between the two
  • a second circumferential angle U2 is 45 °, for example, and lies centrally between the third circumferential angle U3 and the first circumferential angle U1.
  • a fourth circumferential angle U4 is, for example, 135 ° and lies centrally between the third circumferential angle U3 and the fifth circumferential angle U5.
  • Fig. 9 is a
  • Quarter segment of the fluid ring 11 is shown with additional divisions A6 and A7 at the circumferential angles U6 and U7, which lie between the circumferential angles U1 and U3.
  • a sixth circumferential angle U6 corresponds, for example, to 30 ° and is thus between the circumferential angles U1 and U2.
  • a seventh circumferential angle U7 corresponds, for example, to 60 ° and is thus between the circumferential angles U2 and U3.
  • the axial extent Z2 (U1) of the collecting channel 19 is minimal.
  • the distribution channel 18 is guided both radially next to and axially over the collecting channel 19.
  • the second axial extension Z2 (U1) des
  • the total flow cross section in the radial direction R is divided equally between the collecting channel 19 and the distribution channel 18.
  • the distribution channel 18 extends over the entire radial extent X or radial width of the fluid ring 11. From the first division A1 it can be seen that the first flow cross section Q1 (U1) is significantly larger than the second flow cross section Q2 ( U1).
  • Flow cross section Q1 (U1) is significantly smaller than the second flow cross section Q2 (U1).
  • U1 (U1) is significantly smaller than the second flow cross section Q2 (U1).
  • U3 is significantly smaller than the third circumferential angle U3, i.e. in the middle between the
  • the second axial extension Z2 (U2) of the collecting channel 19 is half of the axial extension Z of the fluid ring 11.
  • the second flow cross-section Q2 (U2) is different from the second flow cross-section Q2 (U1) increased.
  • the first flow cross section Q1 (U2) has to the same extent compared to the first
  • Flow cross-section Q1 (U1) reduced.
  • the fourth division A4 the first flow cross section Q1 (U4) has decreased compared to the first flow cross section Q1 (U3) and the second flow cross section Q2 (U4) has increased to the same extent compared to the second flow cross section Q2 (U3).
  • FIG. 10a, 10b show enlarged cross-sectional representations through the fluid ring 11 in the first fluid ring half 35 with the outwardly projecting collar section 34.
  • the height H (Ua) of the partition wall 28 in FIG. 10a is greater than the height H (Ub) of the partition wall 28 in FIG. 10b.
  • the second flow cross section Q2 (Ub) of the collecting channel 19 in FIG. 10b is larger than the second flow cross section Q2 (Ua) of the collecting channel 19 in FIG. 10a.
  • the first flow cross section Q1 (Ub) of the distribution channel 18 in FIG. 10b is smaller than the first flow cross section Q1 (Ua) of the collecting channel 19 in FIG. 10a.
  • connection terminals 24, 25 also function as plug sockets 38
  • the cooling channels 14 can be formed into which the ends 26, 27 of the cooling channels 14 can be inserted.
  • Fig. 12a is an embodiment of the separating web 28, the bottom 23 and the
  • Cooling channels 14 shown.
  • Fig. 12b the separating web 28 and the bottom 23 are shown.
  • the separating web 28 and the bottom 23 are formed here in one piece from a plastic.
  • the dividing web 28 with the dividing wall 29 and the collar 32 and the base 23 can be designed as an injection-molded part.
  • Fig. 13a is another
  • Embodiment of the fluid ring 11 and the cooling channels 14 shown.
  • Fig. 13b the separating web 28 and the bottom 23 are shown.
  • the separating web 28 and the base 23 are designed as ring elements 39, 40 which are nested in one another and are formed from sheet metal.
  • Each ring element 29, 40 has a trough 41, 42 running around in the circumferential direction U, the first trough 41 projecting radially inward being the first
  • connecting connections 24 having area of the bottom 23 and the second, radially outwardly protruding trough 42 forms the area of the bottom 23 having the second connecting connections 25.
  • the ring elements 39, 40 have an S-shaped cross section.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (10) für einen Stator (1) einer elektrischen Maschine zum Zusammenstecken mit einem hohlzylinderförmigen Blechpaket (2) des Stators (1), aufweisend - mehrere Kühlkanäle (14) zum Leiten von Kühlfluid entlang des Blechpakets (2), und - einen Fluidring (11) zum Anordnen an einer Stirnseite (7) des Blechpakets (2), welcher zwei Fluidringkanäle (18, 19) zum Verteilen des Kühlfluids auf die Kühlkanäle (14) und zum Aufnehmen des Kühlfluids aus den Kühlkanälen (14) sowie zumindest zwei Kühlfluidanschlüsse (12, 13) zum Einleiten und Entnehmen des Kühlfluids in die und aus den Fluidringkanälen (18, 19) aufweist, wobei die Fluidringkanäle (18, 19) zur Gleichverteilung des Kühlfluids auf die Kühlkanäle (14) in Strömungsrichtung (S) umfangswinkelabhängige Strömungsquerschnitte (Q1(U), Q2(U)) aufweisen. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Kühlvorrichtung für einen Stator einer elektrischen Maschine, elektrische Maschine sowie
Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen Stator einer elektrischen Maschine zum Zusammenstecken mit einem hohlzylinderförmigen Blechpaket des Stators. Die Kühlvorrichtung weist mehrere Kühlkanäle zum Leiten von Kühlfluid entlang des
Blechpakets auf. Außerdem weist die Kühlvorrichtung einen Fluidring zum Anordnen an einer Stirnseite des Blechpakets auf. Der Fluidring ist mit den Kühlkanälen verbunden und in einer entlang einer Umfangsrichtung orientierten Strömungsrichtung von Kühlfluid durch ström bar. Der Fluidring weist zwei Fluidringkanäle in Form von einem Verteilkanal zum Verteilen des Kühlfluids auf die Kühlkanäle und von einem Sammelkanal zum Aufnehmen des Kühlfluids aus den Kühlkanälen sowie zumindest zwei
Kühlfluidanschlüsse in Form von zumindest einem Zuflussanschluss zum Einleiten des Kühlfluids in den Verteilkanal und von zumindest einem Abflussanschluss zum
Entnehmen des Kühlfluids aus dem Sammelkanal auf. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Maschinen für Kraftfahrzeuge, insbesondere elektrische Antriebsmaschinen für Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Diese Maschinen weisen üblicherweise einen Stator sowie einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor auf. Der Stator weist ein hohlzylinderförmiges Blechpaket auf, in dessen dem Rotor zugewandten Seite Wicklungsnuten mit Wicklungen angeordnet sind. Im Betrieb der elektrischen Maschine erhitzt sich die elektrische Maschine, wodurch sich deren Leistung verringern kann. Eine Überhitzung der elektrischen Maschine kann sogar zu deren Ausfall führen.
Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Stator der elektrischen Maschine zu kühlen. Dazu sind beispielsweise käfigartige Kühlvorrichtungen bekannt, welche Kühlkanäle, beispielsweise zum Anordnen in den Wicklungsnuten, und zum Leiten von Kühlfluid entlang des Blechpakets aufweisen. Die Kühlkanäle sind strömungsführend bzw. fluidisch mit einem Verteilkanal, welcher das Kühlfluid in die Kühlkanäle einleitet, und einem Sammelkanal, welcher das Kühlfluid aus den Kühlkanälen entnimmt, gekoppelt. Der Verteilkanal und der Sammelkanal können beispielsweise als Verteilring und Sammelring getrennt voneinander ausgebildet sein, wobei der Verteilring an einer ersten Stirnseite des Blechpakets angeordnet ist und der Sammelring an einer zweiten Stirnseite des Blechpakets, welche der ersten Stirnseite axial gegenüberliegt, angeordnet ist. Solche zweiseitigen Kühllösungen sind vor allem im Hinblick auf die Montage des Stators in einem Statorgehäuse von Nachteil, da Kühlfluidanschlüsse, welche an dem Verteilring und dem Sammelring angeordnet sind, in dem üblicherweise nur einseitig zugänglichen Statorgehäuse kaum mehr zugänglich sind.
Auch existieren einseitige Kühllösungen, bei welchem der Verteilkanal und der
Sammelkanal in einen Fluidring integriert sind, welcher an einer der Stirnseiten des Blechpakets angeordnet wird. Solche einseitigen Kühllösungen weisen bisher den Nachteil auf, dass ihre Kühleffizient aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung des Kühlfluids auf die Kühlkanäle nicht ausreichend ist. Außerdem weisen solche Fluidringe mit Verteilkanal und Sammelkanal einen hohen Bauraumbedarf auf und sind somit nicht oder nur schwer in den zur Verfügung stehenden Bauraum der elektrischen Maschine integrierbar.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders platzsparende und effiziente Kühlung eines Stators einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühlvorrichtung, eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen
unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung für einen Stator einer elektrischen Maschine zum Zusammenstecken mit einem hohlzylinderförmigen Blechpaket des Stators weist mehrere Kühlkanäle zum Leiten von Kühlfluid entlang des Blechpakets auf. Außerdem weist die Kühlvorrichtung einen mit den Kühlkanälen verbundenen, in einer entlang einer
Umfangsrichtung orientierten Strömungsrichtung von einem Kühlfluid durchströmbaren Fluidring zum Anordnen an einer Stirnseite des Blechpakets auf. Der Fluidring weist zwei Fluidringkanäle in Form von einem Verteilkanal zum Verteilen des Kühlfluids auf die Kühlkanäle und von einem Sammelkanal zum Aufnehmen des Kühlfluids aus den Kühlkanälen sowie zumindest zwei Kühlfluidanschlüsse in Form von zumindest einem Zuflussanschluss zum Einleiten des Kühlfluids in den Verteilkanal und von zumindest einem Abflussanschluss zum Entnehmen des Kühlfluids aus dem Sammelkanal auf. Darüber hinaus weisen die Fluidringkanäle zur Gleichverteilung des Kühlfluids auf die Kühlkanäle in Strömungsrichtung ortsabhängige bzw. umfangswinkelabhängige
Strömungsquerschnitte auf. Der Verteilkanal ist mit einem ersten Strömungsquerschnitt ausgebildet, welcher ausgehend von dem zumindest einen Zuflussanschluss und mit steigender Anzahl an bereits mit Kühlfluid versorgten Kühlkanälen abnimmt. Der
Sammelkanal ist mit einem zweiten Strömungsquerschnitt ausgebildet, welcher mit steigender Anzahl an bereits entleerten Kühlkanälen und zu dem zumindest einen Abflussanschluss hin zunimmt.
Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug aufweisend einen Stator, einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor und eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung. Der Stator weist ein hohlzylinderförmiges Blechpaket mit einer dem Rotor zugewandten Seite, welche axial erstreckende, in Umfangsrichtung verteilte Wicklungsnuten aufweist, auf. Außerdem weist der Stator Wicklungen auf, welche in den Wicklungsnuten angeordnet sind. Der Fluidring der Kühlvorrichtung ist an einer ersten Stirnseite des Blechpakets angeordnet und die Kühlkanäle sind an dem Blechpaket, insbesondere in den Wicklungsnuten, angeordnet.
Der Stator weist das hohlzylinderförmige Blechpaket bzw. Statoreisen sowie die elektrischen Wicklungen auf. Das hohlzylinderförmige Blechpaket weist dabei zwei sich axial gegenüberliegende Stirnseiten auf. In dem durch das hohlzylinderförmige
Blechpaket umschlossenen, zylinderförmigen Hohlraum kann der Rotor der elektrischen Maschine drehbar gelagert werden, wobei eine Rotationsachse des Rotors einer sich axial erstreckenden Längsachse des Blechpaktes entspricht. Das Blechpaket weist an einer Seite, insbesondere an der dem Hohlraum zugewandten Innenseite, die
Wicklungsnuten bzw. Statornuten zum Aufnehmen der Wicklungen auf. Insbesondere sind die Wicklungsnuten in Umfangs(winkel)richtung, also tangential zur Rotationsachse, äquidistant zueinander und über einen gesamten Umfang der dem Rotor zugewandten Seite des Blechpakets verteilt angeordnet. Sie erstrecken sich in axialer Richtung von der ersten Stirnseite des Blechpakets bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Blechpakets. In axialer Richtung, also entlang der Rotationsachse, ragen die in den Wicklungsnuten angeordneten Wicklungen an den Stirnseiten über das Blechpaket hinaus und bilden dort jeweils einen Wickelkopf aus. Die Wicklungen des Stators können beispielsweise als Formstabwicklungen oder Runddrahtwicklungen ausgebildet sein. Die Kühlvorrichtung ist als ein Kühlkäfig ausgebildet, welcher mit dem Blechpaket zusammengesteckt werden kann. Der Kühlkäfig kann mit einem Kühlkreislauf der elektrischen Maschine, welcher das Kühlfluid bereitstellt, gekoppelt werden und ist somit zum Kühlen des Stators im Betrieb der elektrischen Maschine ausgebildet. Das Kühlfluid kann beispielsweise eine Kühlflüssigkeit sein. Der Kühlkäfig weist den Fluidring und die Kühlkanäle auf. Der Fluidring ragt dabei im angeordneten Zustand aus dem Hohlraum hinaus und steht an der ersten Stirnseite des Blechpakets über. Durch den einen
Fluidring wird also eine einseitige Kühllösung bereitgestellt. Der Fluidring ist insbesondere ein toroidförmiger Hohlkörper, in dessen Fluidringinnenraum das von dem Kühlkreislauf bereitgestellte Kühlfluid geführt werden kann. Der Fluidring wird radial benachbart zu dem Wickelkopf an der ersten Stirnseite angeordnet. Der Fluidring und der Wickelkopf sind somit konzentrisch zueinander angeordnet. Durch diese nahe Anordnung des Fluidrings am Wickelkopf, an welchem im Betrieb der elektrischen Maschine eine besonders starke Hitzeentwicklung in Form von sogenannten Hotspots auftritt, kann dieser besonders effizient gekühlt werden. Hierdurch kann eine Dauerleistung der elektrischen Maschine in statorkritischen Betriebspunkten gesteigert werden.
Der Fluidring weist dabei die Fluidringkanäle, also den Verteilkanal und dem
Sammelkanal, und die Kühlfluidanschlüsse, also den zumindest einen Zuflussanschluss und den zumindest einen Abflussanschluss, auf. Insbesondere weist der Fluidring genau einen Zuflussanschluss und genau einen Abflussanschluss auf. Über den
Zuflussanschluss kann dem Verteilkanal das Kühlfluid zugeführt werden. Der Verteilkanal ist dazu ausgelegt, das Kühlfluid auf die Kühlkanäle zu verteilen bzw. in die Kühlkanäle einzuleiten. Der Sammelkanal ist dazu ausgelegt, den Kühlkanälen das Kühlfluid wieder zu entnehmen bzw. das Kühlfluid wieder einzusammeln. Das gesammelte Kühlfluid kann dem Fluidring über den Abflussanschluss wieder entnommen werden. Der Verteilkanal und der Sammelkanal sind dabei ringförmig und in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet. Die Kühlfluidanschlüsse können dabei stutzenförmig ausgebildet sein und beispielsweise axial abstehend an dem Fluidring angeordnet sein.
Die Kühlkanäle sind dabei unter Ausbildung eines Kühlkanalkranzes in Umfangsrichtung verteilt an dem Fluidring angeordnet und stehen axial an dem Fluidring ab. Die
Kühlkanäle sind bidirektional leitend bzw. strömungsführend ausgebildet. Dies bedeutet, dass jeder Kühlkanal einen sich axial erstreckenden Hinflussabschnitt, welcher mit dem Verteilkanal fluidisch gekoppelt ist, einen sich axial erstreckenden Rückflussabschnitt, welcher mit dem Sammelkanal fluidisch gekoppelt ist, und einen sich tangential erstreckenden Umlenkabschnitt, welcher mit dem Hinflussabschnitt und dem Rückflussabschnitt fluidisch gekoppelt ist, aufweist. Jeder Kühlkanal leitet also das Kühlfluid ausgehend von dem an der ersten Stirnseite des Blechpakets angeordneten Fluidring axial innerhalb des Hinflussabschnittes in Richtung der zweiten Stirnseite des Blechpakets, über den Umlenkabschnitt in den Rückflussabschnitt und innerhalb des Rückflussabschnittes axial zurück zu dem Fluidring. Die Kühlkanäle können dabei derart am Blechpaket angeordnet sein, dass sie sich axial über eine Seite des Blechpakets erstrecken. Beispielsweise können die Kühlkanäle als Nutkühlkanäle ausgebildet sein und gemeinsam mit den Wicklungen in den Wicklungsnuten des Blechpakets angeordnet sein. Alternativ dazu können die Kühlkanäle auch anliegend an einer Seite des
Blechpakets angeordnet sein, welche der Seite mit den Wicklungsnuten gegenüberliegt. Bei in der Innenseite des Blechpakets angeordneten Wicklungsnuten können die
Kühlkanäle an der Außenseite des Blechpakets angeordnet sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Seite, welche keine Wicklungsnuten aufweist, axial verlaufende
Kühlkanalnuten aufweist, in welchen die Kühlkanäle anordenbar sind. So können die Kühlkanäle besonders platzsparend am Blechpaket angeordnet werden.
Beispielsweise sind die Kühlkanäle schleifenförmig, also als Kühlschleifen, ausgebildet, sodass der Hinflussabschnitt und der Rückflussabschnitt eines Kühlkanals entlang der Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind und als längliche, parallel verlaufende Kanalbereiche ausgebildet sind. Beispielsweise kann der Hinflussabschnitt eines Kühlkanals in einer ersten Wicklungsnut oder in einer ersten Kühlkanalnut angeordnet sein und der Rückflussabschnitt desselben Kühlkanals in einer zur ersten Wicklungsnut benachbarten zweiten Wicklungsnut oder in einer zur ersten Kühlkanalnut benachbarten zweiten Kühlkanalnut angeordnet sein. Über den Umlenkabschnitt kann das Kühlfluid dabei von dem Hinflussabschnitt in den Rückflussabschnitt geleitet werden. Der Umlenkabschnitt kann beispielsweise zum Anordnen an einer zweiten Stirnseite des Blechpakets über einen zwischen der ersten und der zweiten Wicklungsnut oder einen zwischen der ersten und der zweiten Kühlkanalnut angeordneten Statorzahn verlaufend ausgebildet sein. Derart ausgebildete Kühlkanäle können besonders einfach hergestellt werden. Auch kann vorgesehen sein, dass der Hinflussabschnitt und der
Rückflussabschnitt eines Kühlkanals angrenzend aneinander ausgebildet sind, sodass beispielsweise in jeder Wicklungsnut oder in jeder Kühlkanalnut eine Kühlschleife angeordnet werden kann. Die Kühlkanäle können einstückig ausgebildet sein. Die Kühlkanäle können beispielsweise mit dem Fluidring zusammengesteckt werden und vor dem Anordnen des Kühlkäfigs am Blechpaket fluiddicht mit dem Fluidring verbunden werden. Zum Ermöglichen eines axialen Zusammensteckens des Kühlkäfigs mit dem Blechpaket können die Kühlkanäle reversibel radial nach innen oder außen biegbar sein. Um nun das in die Kühlkanäle einzuleitende Kühlfluid gleichmäßig auf die Kühlkanäle zu verteilen, weist der ringförmige Verteilkanal bzw. Verteilring den in Strömungsrichtung variierenden ersten Strömungsquerschnitt auf. Ausgehend von dem Zuflussanschluss, über welchen das Kühlfluid in den Verteilkanal eingeleitet wird, teilt sich das Kühlfluid nach links und nach rechts auf und fließt entlang der Umfangsrichtung in
Strömungsrichtung durch den Verteilkanal. Anders ausgedrückt, fließt ein Teil des Kühlfluids in Umfangsrichtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn, durch eine linke Hälfte des Verteilkanals, und ein anderer Teil des Kühlfluids fließt entgegen der
Umfangsrichtung, beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn, durch eine rechte Hälfte des Verteilkanals. Auf dem Weg des Kühlfluids durch den Verteilkanal gibt der Kühlfluidstrom nach und nach Kühlfluid in die Hinflussabschnitte der Kühlkanäle ab. Eine Menge des Kühlfluids in dem Verteilkanal verringert sich also in Strömungsrichtung mit steigendem Abstand zum Zuflussanschluss, da die Anzahl an bereits mit Kühlfluid versorgten
Kühlkanälen steigt. Der zweite Strömungsquerschnitt des Sammelkanals steigt hingegen in Strömungsrichtung mit steigender Menge an eingesammeltem Kühlfluid in dem
Sammelkanal. Die Menge an Kühlfluid nimmt in dem Sammelkanal wieder zu, je mehr Kühlkanäle bereits entleert wurden und je geringer der Abstand zum Abflussanschluss wird. Entgegen der Strömungsrichtung betrachtet nimmt der Strömungsquerschnitt ausgehend von dem Abflussanschluss mit sinkender Anzahl an bereits entleerten Kühlkanälen hin ab. Die Strömungsquerschnitte der Fluidringkanäle sind also abhängig von einem Wert des Umfangswinkels entlang der Umfangsrichtung.
Durch diesen variablen Strömungsquerschnitt entlang der Umfangsrichtung kann in vorteilhafter Weise eine Strömungsgleichverteilung in den Kühlkanälen verbessert werden und somit eine effektive und gleichmäßige Kühlung mit geringem Druckverlust erreicht werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Fluidringkanäle radial benachbart zueinander angeordnet sind und mit dem Fluidring verbundene Enden der Hinflussabschnitte und der Rückflussabschnitte zum Verbinden mit dem jeweiligen Fluidringkanal radial und/oder entlang der Umfangsrichtung versetzt zueinander ausgebildet sind. Der erste
Fluidringkanal, beispielsweise der Verteilkanal, liegt also radial außen und umschließt den radial innenliegenden zweiten Fluidringkanal, beispielsweise den Sammelkanal. Die Fluidringkanäle sind also konzentrisch zueinander um die Rotationsachse herum angeordnet. Um die bidirektional leitenden Kühlkanäle nun sowohl mit dem Verteilkanal als auch mit dem Sammelkanal fluidisch koppeln zu können, können die Enden eines Kühlkanals radial versetzt zueinander angeordnet sein. Beispielsweise können die Enden der Hinflussabschnitte und/oder der Rückflussabschnitte radial nach innen bzw. außen gebogen sein. So bilden beispielsweise die radial nach innen gebogenen Enden der einen Abschnitte, beispielsweise der Rückflussabschnitte, einen radial innenliegenden
Endenkranz aus, um mit dem radial innenliegenden Fluidringkanal verbunden zu werden, und die radial nach außen gebogenen Enden der anderen Abschnitte, beispielsweise der Hinflussabschnitte, einen radial außenliegenden Endenkranz aus, um mit dem radial außenliegenden Fluidringkanal verbunden zu werden. Alternativ dazu können die Enden auch nur in Umfangsrichtung zueinander versetzt sein, also ungebogen ausgebildet sein. Hier werden also die radiale Verbindung zwischen dem innenliegenden Fluidringkanal und den zugehörigen Verbindungsanschlüssen sowie die radiale Verbindung zwischen dem außenliegenden Fluidringkanal und den zugehörigen Verbindungsanschlüssen in den Fluidring integriert. Dadurch können die Kühlkanalenden einfach axial gerade aus dem Blechpaket ragen, wodurch die Produktion der Kühlkanäle erleichtert wird.
Vorzugsweise liegen sich der Zuflussanschluss und der Abflussanschluss radial gegenüber und sind dazu entlang der Umfangsrichtung um etwa 180° versetzt zueinander angeordnet. Der Zuflussanschluss befindet sich also beispielsweise bei einem Umfangswinkel von 0°, während sich der Abflussanschluss bei einem Umfangswinkel von etwa 180° befindet. Die Strömungsrichtung ist also entlang der Umfangsrichtung ausgehend von dem Zuflussanschluss in Richtung des Abflussanschlusses orientiert. Das Kühlfluid strömt ausgehend von dem Zuflussanschluss in und entgegen der
Umfangsrichtung durch den Verteilkanal und durch die Kühlkanäle in den Sammelkanal, fließt innerhalb des Sammelkanals in Richtung des Abflussanschlusses und am
Abflussanschluss wieder zusammen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung ausgehend von dem
Zuflussanschluss in Richtung des Abflussanschlusses der erste Strömungsquerschnitt und der zweite Strömungsquerschnitt sich gegenläufig verändernd ausgebildet sind, sodass ein Gesamtströmungsquerschnitt des Fluidrings entlang der Umfangsrichtung konstant ist. Anders ausgedrückt verringert sich der erste Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung in gleichem Maße, wie sich der zweite Strömungsquerschnitt erhöht. Der Gesamtströmungsquerschnitt des Fluidrings wird also in Strömungsrichtung bedarfsgerecht auf den ersten Strömungsquerschnitt des Verteilkanals und den zweiten Strömungsquerschnitt des Sammelkanals aufgeteilt. Durch diese bedarfsgerechte Aufteilung des Gesamtströmungsquerschnitts des Fluidrings kann der Bauraum des Fluidrings besonders klein gehalten werden. Vorzugsweise weist der Fluidring eine Vielzahl von Außenwänden, welche einen
Fluidringinnenraum umschließen, und einen in Umfangsrichtung umlaufenden Trennsteg auf, welcher in dem Fluidringinnenraum angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, einen Gesamtströmungsquerschnitt des Fluidringinnenraums umfangswinkelabhängig auf den ersten Strömungsquerschnitt und den zweiten Strömungsquerschnitt aufzuteilen.
Insbesondere sind die Außenwände als zwei konzentrisch angeordnete zylinderförmige Seitenwände, als ein ringförmiger Boden mit Verbindungsanschlüssen für die Kühlkanäle und als ein dem ringförmigen Boden axial gegenüberliegender ringförmiger Deckel mit den Kühlfluidanschlüssen ausgebildet.
Der ringförmige Deckel weist beispielsweise die axial abstehenden, stutzenartigen Kühlfluidanschlüsse auf. Die Kühlfluidanschlüsse sind dabei insbesondere einstückig mit dem Deckel ausgebildet. Auch können die Kühlfluidanschlüsse und der Deckel mehrteilig ausgebildet sein. Der Boden weist die Verbindungsanschlüsse für die Kühlkanäle auf. Die Verbindungsanschlüsse können beispielsweise als Stecköffnungen oder Steckbuchsen ausgebildet sein, in welche die Enden der Abschnitte der Kühlkanäle eingesteckt werden können. Dazu kann der Boden eine erste ringförmige Anordnung mit ersten
Verbindungsanschlüssen zum Zusammenstecken mit den Enden der Hinflussabschnitte und eine zweite ringförmige Anordnung mit zweiten Verbindungsanschlüssen zum Zusammenstecken mit den Enden der Rückflussabschnitte aufweisen. Die ringförmigen Anordnungen mit den Verbindungsanschlüssen sind konzentrisch zueinander angeordnet. Bei schleifenförmigen Kühlkanälen, bei welchen die Enden der Abschnitte außerdem entlang der Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind, können die ersten und die zweiten Verbindungsanschlüsse entlang der Umfangsrichtung versetzt bzw. alternierend ausgebildet sein.
In dem Fluidringinnenraum befindet sich der T rennsteg, welcher dazu ausgelegt ist, den Gesamtströmungsquerschnitt in Strömungsrichtung bedarfsgerecht auf die zwei Fluidringkanäle aufzuteilen. Insbesondere ist der Trennsteg dazu ausgelegt, den
Gesamtströmungsquerschnitt in Strömungsrichtung umfangswinkelabhängig in radialer Richtung und axialer Richtung zu unterteilen. Dadurch können in Strömungsrichtung zum umfangswinkelabhängigen Einstellen der Strömungsquerschnitte die radialen Anteile und die axialen Anteile der Strömungsquerschnitte am Gesamtströmungsquerschnitt eingestellt werden. Der Trennsteg weist zum umfangswinkelabhängigen Aufteilen des Gesamtströmungsquerschnitts eine umfangswinkelabhängige Geometrie auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest der Fluidring aus einem Kunststoff oder aus einem Blech ausgebildet ist. Im Falle, dass der Fluidring aus einem Kunststoff ausgebildet ist, können der Trennsteg und der ringförmige, die Verbindungsanschlüsse aufweisende Boden beispielsweise einteilig ausgebildet sein. Im Falle, dass der Fluidring aus Blech ausgebildet ist, können der Trennsteg und der Boden mehrteilig aus
Blechteilen ausgebildet sein. So können der Trennsteg und der Boden beispielsweise aus zwei ineinander verschachtelten Ringelementen gebildet sein, wobei eines der
Ringelemente dem Verteilkanal und das andere der Ringelemente dem Sammelkanal zugeordnet ist.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Trennsteg dazu ausgelegt ist, in einer ersten Fluidringhälfte des Fluidrings zum Reduzieren des ersten Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung einen axialen Anteil des zweiten Strömungsquerschnitts an dem Gesamtströmungsquerschnitt von einem Minimalwert im Bereich des Zuflussanschlusses bis zu einem Maximalwert im Bereich von Übergängen zwischen der ersten
Fluidringhälfte und einer zweiten Fluidringhälfte zu erhöhen und damit einen radialen Anteil des ersten Strömungsquerschnitts am Gesamtströmungsquerschnitt zu reduzieren. In der zweiten Fluidringhälfte ist der Trennsteg zum Erhöhen des zweiten
Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung dazu ausgelegt, einen axialen Anteil des ersten Strömungsquerschnitts am Gesamtströmungsquerschnitt von dem Maximalwert im Bereich der Übergänge bis zu dem Minimalwert im Bereich des Abflussanschlusses zu reduzieren und damit einen radialen Anteil des zweiten Strömungsquerschnitts am Gesamtströmungsquerschnitt zu erhöhen. Die Strömungsquerschnitte weisen im Bereich der Übergänge die gleichen axialen und radialen Anteile am
Gesamtströmungsquerschnitt auf und sind damit gleich groß ausgebildet.
Der Gesamtströmungsquerschnitt kann beispielsweise rechteckförmig ausgebildet sein. Der Fluidring weist dazu eine radiale Gesamtausdehnung bzw. Gesamtbreite und eine axiale Gesamtausdehnung bzw. Gesamthöhe auf. Die radiale und die axiale
Gesamtausdehnung können nun auf die Fluidringkanäle aufgeteilt werden. Im Bereich des Übergangs, also in Strömungsrichtung mittig zwischen den Kühlfluidanschlüssen, sind die Fluidringkanäle radial nebeneinander angeordnet und teilen sich somit die radiale Gesamtausdehnung des Fluidringkanals. In axialer Richtung erstrecken sich die
Fluidringkanäle über die axiale Gesamtausdehnung des Fluidrings. Die
Strömungsquerschnitte der Fluidringkanäle sind somit gleich groß. Im Bereich des Zuflussanschlusses sind der Sammelkanal und der Verteilkanal radial nebeneinander angeordnet, jedoch weist der Sammelkanal eine vorbestimmte, minimale axiale Ausdehnung auf. Dadurch weist der zweite Strömungsquerschnitt den Minimalwert des axialen Anteils an dem Gesamtströmungsquerschnitt auf. Die axiale Ausdehnung des Sammelkanals ist also deutlich kleiner als die axiale Gesamtausdehnung des Fluidrings. Dadurch wird der Verteilkanal nicht nur radial neben, sondern auch axial über dem Sammelkanal angeordnet. Dadurch weist der erste Strömungsquerschnitt auch einen größeren radialen Anteil am Gesamtströmungsquerschnitt auf. Hierdurch ist der erste Strömungsquerschnitt deutlich größer als der zweite Strömungsquerschnitt. Umgekehrt verhält es sich im Bereich des Abflussanschlusses, wo die axiale Ausdehnung des Verteilkanals minimal ist und somit der erste Strömungsquerschnitt den Minimalwert des axialen Anteils am Gesamtströmungsquerschnitt aufweist. Hier ist der zweite
Strömungsquerschnitt deutlich größer als der erste Strömungsquerschnitt. Ausgehend von dem jeweiligen Kühlfluidanschluss in Richtung der Übergänge wächst also der axiale Anteil des einen Strömungsquerschnitts am Gesamtströmungsquerschnitt, während der radiale Anteil des anderen Strömungsquerschnitts am Gesamtströmungsquerschnitt sinkt. Dadurch gleichen sich die axialen Anteile und die radialen Anteile der
Strömungsquerschnitte am Gesamtströmungsquerschnitt in Richtung der Übergänge aneinander an. Durch einen solchen Trennsteg innerhalb des Fluidringinnenraums kann auf besonders einfache Weise eine einseitige, bauraumsparende Kühllösung mit verbesserter Strömungsgleichverteilung erreicht werden.
Vorzugsweise ist der Trennsteg mit einer umfangswinkelabhängigen Höhe ausgebildet und weist zum radialen Unterteilen eine sich axial erstreckende Trennwand sowie zum axialen Unterteilen einen von der Trennwand radial abstehenden Kragen mit zwei Kragenabschnitten auf, wobei ein erster innerhalb einer ersten Fluidringhälfte des Fluidrings verlaufender Kragenabschnitt radial in eine erste Richtung ragt und dabei einen axialen Anteil des zweiten Strömungsquerschnitts einstellt, und ein zweiter innerhalb der zweiten Fluidringhälfte verlaufender Kragenabschnitt radial in eine zur ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung ragt und dabei einen axialen Anteil des ersten Strömungsquerschnitts einstellt.
Die Trennwand des Trennstegs läuft dabei parallel zu den Seitenwänden des Fluidrings und der Kragen läuft insbesondere parallel zu dem ringförmigen Boden und dem ringförmigen Deckel. Der Trennsteg weist also einen L-förmigen bzw. abgewinkelten Querschnitt auf. Ein erster Trennstegabschnitt verläuft innerhalb der ersten Fluidringhälfte und ein zweiter Trennstegabschnitt verläuft innerhalb der zweiten Fluidringhälfte. Die erste Fluidringhälfte ist beispielsweise dem Zuflussanschluss zugeordnet und erstreckt sich ausgehend von dem Zuflussanschluss beispielsweise 90° in und entgegen der Umfangsrichtung. Die zweite Fluidringhälfte ist beispielsweise dem Abflussanschluss zugeordnet und erstreckt sich ausgehend von dem Abflussanschluss beispielsweise 90° in und entgegen der Umfangsrichtung. Die Übergänge zwischen den Fluidringhälften sind also beispielsweise um jeweils ±90° zu den Kühlfluidanschlüssen versetzt angeordnet. Durch den jeweiligen Kragenabschnitt kann die axiale Ausdehnung bzw. Höhe eines der Fluidringkanäle in der jeweiligen Fluidringhälfte und damit der axiale Anteil des
Strömungsquerschnitts dieses Fluidringkanals am Gesamtströmungsquerschnitt eingestellt werden. Der Kragenabschnitt überdacht dabei den in der Höhe einzustellenden Fluidringkanal, sodass der jeweils andere Fluidringkanal in axialer Richtung darüber angeordnet werden kann.
Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet und weist die elektrische Maschine als Traktionsmaschine auf.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung vorgestellten
Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße elektrische Maschine sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators; Fig. 1a, 1 b, 1c schematische Schnittdarstellungen des Stators mit unterschiedlichen Positionen der Kühlvorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Perspektivdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung;
Fig. 3 eine teiltransparente Darstellung der Kühlvorrichtung gemäß Fig. 2; Fig. 4 eine erste Explosionsdarstellung der Kühlvorrichtung; Fig. 5 eine zweite Explosionsdarstellung der Kühlvorrichtung;
Fig. 6a bis 6d Darstellungen von unterschiedlichen Verbindungsmöglichkeiten von
Kühlkanälen mit einem Fluidring der Kühlvorrichtung;
Fig. 7 eine Darstellung der Kühlvorrichtung im Fluidraum;
Fig. 8 eine Darstellung von Strömungsquerschnittsverläufen über eine
Ringhälfte;
Fig. 9 eine Darstellung von Strömungsquerschnittsverläufen über ein
Ringviertelsegment;
Fig. 10a, 10b Darstellungen von Querschnitten durch den Fluidring an
unterschiedlichen Umfangswerten;
Fig. 11 eine deckellose Perspektivdarstellung der Fluidrings der
Kühlvorrichtung;
Fig. 12a, 12b schematische Perspektivdarstellungen von aus Kunststoff gebildeten
Komponenten der Kühlvorrichtung; und
Fig. 13a, 13b schematische Perspektivdarstellungen von aus Blech gebildeten
Komponenten der Kühlvorrichtung. In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig.1 zeigt einen Stator 1 für eine elektrische Innenläufer-Maschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs. Der Stator 1 weist ein Blechpaket 2 auf. Das Blechpaket 2 ist entlang einer Umfangsrichtung U um eine Längsachse L des Stators 1 umlaufend und hohlzylinderförmig ausgebildet. Die Längsachse L entspricht auch einer Rotationsachse, um welche sich ein innerhalb des Stators 1 gelagerter, hier nicht gezeigter Rotor dreht. Das Blechpaket 2 weist eine Innenseite 4 auf, welche einen zylinderförmigen Hohlraum 3 umschließt. In diesem Hohlraum 3 wird der Rotor gelagert. Außerdem weist das
Blechpaket 2 eine der Innenseite 4 in radialer Richtung R gegenüberliegende Außenseite 5 auf. In der Innenseite 4 des Blechpakets 2 sind entlang der Umfangsrichtung U mehrere Wicklungsnuten 6 verteilt ausgebildet. Die Wicklungsnuten 6 erstrecken sich axial entlang der Längsachse L von einer ersten Stirnseite 7 des Blechpakets 2 zu einer der ersten Stirnseite 7 axial gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 8 des Blechpakets 2 über eine gesamte Länge des Blechpakets 2. Bereiche des Blechpakets 2 zwischen den Wicklungsnuten 6 werden als Statorzähne 9 bezeichnet. In den Wicklungsnuten 6 sind hier nicht sichtbare Wicklungen des Stators 1 angeordnet. Die Wicklungen ragen dabei axial über die Stirnseiten 7, 8 des Blechpakets 2 hinaus und bilden dort hier nicht gezeigte Wickelköpfe aus.
Außerdem weist der Stator 1 eine als Kühlkäfig ausgebildete Kühlvorrichtung 10 auf, welche hier in einer möglichen Ausgestaltungsvariante während des Montageprozesses am Blechpaket 2 gezeigt ist. In Fig. 2 ist die Kühlvorrichtung 10 in separater Darstellung gezeigt. Die Kühlvorrichtung 10 weist einen Fluidring 11 auf, welcher im Bereich der ersten Stirnseite 7 des Blechpakets 2 angeordnet wird. Der Wickelkopf ist dabei im angeordneten Zustand der Kühlvorrichtung 10 am Blechpaket 2 radial benachbart zu dem an der ersten Stirnseite 7 überstehenden Fluidring 11 angeordnet und würde den Fluidring 11 hier radial umschließen. Der Wickelkopf und der Fluidring 11 sind also konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der Fluidring 11 hier in radialer Richtung R weiter innen liegt als der Wickelkopf. Dies ist auch anhand der schematischen
Schnittdarstellung durch den Stator 1 gemäß Fig. 1a gezeigt.
Der Fluidring 11 ist als ein Hohlkörper ausgebildet, in welchem Kühlfluid geleitet werden kann. Das Kühlfluid kann beispielsweise von einem Kühlkreislauf der elektrischen Maschine bereitgestellt werden. Zum Koppeln mit dem Kühlkreislauf weist der Fluidring 11 Kühlfluidanschlüsse 12, 13 auf. Ein erster Kühlfluidanschluss 12 ist als ein Zuflussanschluss ausgebildet und ein zweiter Kühlfluidanschluss 13 ist als ein
Abflussanschluss ausgebildet. Über den Zuflussanschluss 12 kann das Kühlfluid in den Fluidring 11 eingeleitet werden. Über den Abflussanschluss 13 kann dem Fluidring 11 das Kühlfluid wieder entnommen werden. Der Zuflussanschluss 12 und der Abflussanschluss 13 sind entlang der Umfangsrichtung U um in etwa 180° versetzt zueinander angeordnet und liegen sich somit in radialer Richtung R gegenüber.
Außerdem weist die Kühlvorrichtung 10 eine Vielzahl von Kühlkanälen 14 auf, welche in der dargestellten Ausgestaltung als Nutkühlkanäle ausgebildet sind. Die Kühlkanäle 14 stehen axial von dem Fluidring 11 ab und sind mechanisch und fluidisch mit dem Fluidring 11 verbunden. Die Kühlkanäle 14 sind dabei in Umfangsrichtung U verteilt an dem Fluidring 11 angeordnet und bilden einen Kühlkanalkranz aus. Die Kühlkanäle 14 sind bidirektional leitend ausgebildet und weisen dazu jeweils einen Hinflussabschnitt 15, einen Rückflussabschnitt 16 und einen Umlenkabschnitt 17 auf. Die Kühlkanäle 14 sind hier als Kühlschleifen ausgebildet. Dazu sind der Hinflussabschnitt 15 und der
Rückflussabschnitt 16 in Umfangsrichtung U beabstandet zueinander angeordnet und über den Umlenkabschnitt 17 fluidisch verbunden.
In Fig. 1 ist die Kühlvorrichtung 10 während des Einsteckens entlang einer axial orientierten Einsteckrichtung E in den Hohlraum 3 des Blechpakets 2 dargestellt. Durch die hier gezeigte Schleifenform der Kühlkanäle 14 können die Hinflussabschnitte 15 und Rückflussabschnitte 16 nicht einfach axial in die Wicklungsnuten 6 eingesteckt werden. Daher können die Kühlkanäle 14 beispielsweise elastisch ausgebildet sein und reversibel nach innen gebogen werden. Dadurch verringert sich ein Außendurchmesser der Kühlvorrichtung 10 im Bereich der Kühlkanäle 14 während des Einschiebens der
Kühlkanäle 14 in den Hohlraum 3. Sobald die Umlenkabschnitte 17 an der zweiten Stirnseite 8 wieder aus dem Hohlraum 3 austreten, können die Kühlkanäle 14 in ihre ursprüngliche Form zurückkehren und sich wieder radial nach außen biegen. Dabei werden die Hinflussabschnitte 15 und die Rückflussabschnitte 16 radial in die
Wicklungsnuten 6 eingeschoben und die Umlenkabschnitte 19 an der zweiten Stirnseite 8 über die Statorzähnen 9 verlaufend angeordnet. Es sind jedoch auch andere
Montagemöglichkeiten der Kühlvorrichtung 10 am Blechpaket 2 denkbar. Die
Hinflussabschnitte 15 und die Rückflussabschnitte 16 sind dabei hier gemeinsam mit den Wicklungen des Stators 1 in unterschiedlichen Wicklungsnuten 6 angeordnet und leiten das Kühlfluid somit in den Wicklungsnuten 6 entlang der Wicklungen. Das Kühlfluid wird also in dem Hinflussabschnitt 15 einer Wicklungsnut 6 von der ersten Stirnseite 7 in Richtung der zweiten Stirnseite 8 geleitet, fließt über den Umlenkabschnitt 17 an der zweiten Stirnseite 8 in den Rückflussabschnitt 16 einer benachbarten Wicklungsnut 6 und von dort aus zurück zu der ersten Stirnseite 7. Die Kühlkanäle 14 können dabei, wie in Fig. 1a gezeigt, in radialer Richtung R vor den Wicklungen W, also zwischen dem
Hohlraum 3 und den Wicklungen W, in der Wicklungsnut 6 angeordnet sein. Alternativ dazu können die Kühlkanäle 14, wie in Fig. 1b gezeigt, in radialer Richtung R hinter den Wicklungen W in den Wicklungsnuten 6 angeordnet sind. In einer andere Ausgestaltung, welche schematisch in Fig. 1c gezeigt ist, können die Kühlkanäle 14 auch an der
Außenseite 5 des Blechpakets 2 angeordnet sein. Die Außenseite 5 kann dazu
Kühlkanalnuten aufweisen, in welchen die Kühlkanäle 14 angeordnet werden können. In Fig. 1 b und Fig. 1c umschließt der Fluidring 11 den Wickelkopf der Wicklungen W radial. Da die Kühlkanäle 14 bidirektional durchströmbar sind, ist der Fluidring 11 dazu ausgelegt, den Kühlkanälen 14 sowohl das Kühlfluid zuzuführen als auch wieder zu entnehmen. Dazu weist der Fluidring 11 , wie anhand der teiltransparenten Darstellung in Fig. 3 gezeigt, zwei Fluidringkanäle 18, 19 auf. Ein erster Fluidringkanal 18 ist als ein Verteilkanal bzw. Vorlaufkanal ausgebildet und mit dem Zuflussanschluss 12 sowie den Hinflussabschnitten 15 der Kühlkanäle 14 strömungsführend verbunden. Ein zweiter Fluidringkanal 19 ist als ein Sammelkanal bzw. Rücklaufkanal ausgebildet und mit dem Abflussanschluss 13 sowie den Rückflussabschnitten 16 der Kühlkanäle 14
strömungsführend verbunden. Der Verteilkanal 18 ist hier radial außenliegend ausgebildet und umschließt den radial weiter innenliegenden Sammelkanal 19. Das über den
Zuflussanschluss 12 in den Fluidring 11 eingeleitete Kühlfluid teilt sich dabei an dem Zuflussanschluss 12 auf und fließt in Strömungsrichtung S, welche ausgehend von dem Zuflussanschluss 12 entlang der Umfangsrichtung U im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn orientiert ist, innerhalb des Verteilkanals 18 in Richtung einer dem
Zuflussanschluss 12 radial gegenüberliegenden Seite des Fluidrings 11 , also hier in Richtung des Abflussanschlusses 13. Dabei verteilt sich das durch den Verteilkanal 18 strömende Kühlfluid auf die Hinflussabschnitte 15 der Kühlkanäle 14. Das Kühlfluid strömt dann durch die Kühlkanäle 14 und tritt über die Rückflussabschnitte 16 wieder in den Sammelkanal 19 ein. Dort fließt es ebenfalls in Strömungsrichtung S ausgehend von der dem Abflussanschluss 13 gegenüberliegenden Seite, also hier ausgehend von dem Zuflussanschluss 12, innerhalb des Sammelkanals 19 zu dem Abflussanschluss 13.
Um das Kühlfluid dabei gleichmäßig auf Kühlkanäle 14 zu verteilen, weisen die
Fluidringkanäle 18, 19 jeweils einen umfangswinkelabhängigen Strömungsquerschnitt Q1(U), Q2(U) auf. Die Strömungsquerschnitte Q1 (U) und Q2(U) sind also entlang der Umfangsrichtung U ortsabhängig. Ein Gesamtströmungsquerschnitt Q des Fluidrings 11 ist entlang der Umfangsrichtung U im Wesentlichen konstant. Der erste Strömungsquerschnitt Q1 (U) bzw. Vorlaufquerschnitt des Verteilkanals 18 verringert sich dabei ausgehend von dem Zuflussanschluss 12 in Strömungsrichtung S und damit mit steigender Anzahl an bereits mit Kühlfluid versorgten Kühlkanälen 14. Je größer nämlich die Anzahl an bereits mit Kühlfluid versorgten Kühlkanälen 14 wird, desto geringer wird die Menge an noch zu verteilendem Kühlfluid in dem Verteilkanal 18. In gleichem Maße erhöht sich der zweite Strömungsquerschnitt Q2(U) bzw. Rücklaufquerschnitt des Sammelkanals 19 in Strömungsrichtung S und damit mit steigender Anzahl an bereits entleerten Kühlkanälen 14. Je größer nämlich die Anzahl an bereits entleerten
Kühlkanälen 14 wird, desto größer wird die wieder eingesammelte Menge an Kühlfluid in dem Sammelkanal 19. Durch diese Fluidringkanäle 18, 19 mit dem
umfangswinkelabhängigen Strömungsquerschnitt Q1(U), Q2(U) kann in den Kühlkanälen 14 eine Strömungsgleichverteilung erreicht werden.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen Explosionsdarstellungen der Kühlvorrichtung 10 mit dem
Fluidring 11 und dem Kranz aus Kühlkanälen 14. Der Fluidring 11 weist zwei konzentrisch zueinander angeordnete, zylindrische Seitenwände 20, 21 auf, wobei die radial innen liegende Seitenwand 20 eine Innenwand und die radial außen liegende Seitenwand 21 eine Außenwand ausbildet. Außerdem umfasst der Fluidring 11 einen ringförmigen Deckel 22, welcher die Kühlfluidanschlüsse 12, 13 umfasst, und einen ringförmigen Boden 23, welcher Verbindungsanschlüsse 24, 25 für die Kühlkanäle 14 umfasst. Durch den Boden 23, den Deckel 22 und die Seitenwände 20, 21 wird eine Außengeometrie des Fluidrings 11 festgelegt. Erste Verbindungsanschlüsse 24 sind ringförmig angeordnet und radial außenliegend in dem Boden 23 ausgebildet und können mit den
Hinflussabschnitten 15 der Kühlkanäle 14 verbunden werden. Zweite
Verbindungsanschlüsse 25 sind ebenfalls ringförmig angeordnet und radial innenliegend in dem Boden 23 ausgebildet und können mit den Rückflussabschnitten 16 der
Kühlkanäle 14 verbunden werden. Die ersten Verbindungsanschlüsse 24 und die zweiten Verbindungsanschlüsse 25 sind also radial zueinander versetzt angeordnet. Hier sind die ersten Verbindungsanschlüsse 24 und die zweiten Verbindungsanschlüsse 25 außerdem in Umfangsrichtung U versetzt angeordnet. In Umfangsrichtung U sind also erste
Verbindungsanschlüsse 24 und zweite Verbindungsanschlüsse 25 alternierend ausgebildet. In Fig. 6a ist ein Segment des Bodens 23 mit den radial und in
Umfangsrichtung U zueinander versetzt angeordneten Verbindungsanschlüsse 24, 25 gezeigt.
Um die Hinflussabschnitte 15 und die Rückflussabschnitte 16 mit den jeweiligen, radial versetzten Verbindungsanschlüssen 24, 25 fluidisch und mechanisch koppeln zu können, sind Enden 26, 27 der kranzförmig angeordneten Kühlkanäle 14 hier ebenfalls radial versetzt ausgebildet. Dazu sind erste Enden 26 der Hinflussabschnitte 15 radial nach außen gebogen und zweite Enden 27 der Rückflussabschnitte 16 radial nach innen gebogen. Die Verbindungsanschlüsse 24, 25 sind hier als Stecköffnungen ausgebildet, in welche die Enden 26, 27 der Kühlkanäle 14 eingesteckt werden können. Nach dem Einstecken können die Enden 26, 27 fluiddicht mit dem Fluidring 11 verbunden werden, sodass die Kühlvorrichtung 10 einsteckfertig ausgebildet ist.
In Fig. 6b und Fig. 6c sind weitere Ausführungsformen des Bodens 23 gezeigt. In Fig. 6b sind die ersten Verbindungsanschlüsse 24 und die zweiten Verbindungsanschlüsse 25 nur radial, nicht aber entlang der Umfangsrichtung U versetzt angeordnet. Sowohl der die ersten Verbindungsanschlüsse 24 aufweisende und dem Verteilkanal 18 zugeordnete Bereich des Bodens 23 als auch der die zweiten Verbindungsanschlüsse 26 aufweisende und dem Sammelkanal 19 zugeordnete Bereich des Bodens 23 sind also vollbesetzt ausgebildet. Dies ist beispielsweise dann möglich, wenn in jeder Wicklungsnut 6 ein gesamter Kühlkanal 14 angeordnet wird. Hier verlaufen dann beispielsweise der
Hinflussabschnitt 15 und der Rückflussabschnitt 16 eines Kühlkanals 14 radial angrenzend aneinander innerhalb einer Wicklungsnut 6. In Fig. 6c sind in
Umfangsrichtung U abwechselnd jeweils zwei erste Verbindungsanschlüsse 24 und zwei zweite Verbindungsanschlüsse 25 radial versetzt zueinander angeordnet. Dies ist dann möglich, wenn die Kühlkanäle 14 als spiegelsymmetrisch zueinander angeordnete Kühlschleifen ausgebildet sind. Dies bedeutet, dass bei zwei benachbarten Kühlkanälen 14 die Hinflussabschnitte 15 benachbart zueinander ausgebildet sind und die
Rückflussabschnitte 16 entlang der Umfangsrichtung U außenliegend angeordnet sind. Hier strömt das in die Hinflussabschnitte 15 zweier benachbarter Kühlkanäle 14 eingeleitete Kühlfluid also einmal in Umfangsrichtung U in den zugehörigen
Rückflussabschnitt 16 und einmal entgegen der Umfangsrichtung U in den zugehörigen Rückflussabschnitt 16. Die Verbindungsanschlüsse 24, 25 sind also entlang der
Umfangsrichtung U doppelsymmetrisch alternierend angeordnet.
In Fig. 6d ist eine weitere Ausführungsform des Bodens 23 gezeigt. Dort sind die
Verbindungsanschlüsse 24, 25 nur in Umfangsrichtung U, nicht aber in radiale Richtung R, versetzt zueinander angeordnet. Die Verbindungsanschlüsse 24, 25 sind in einer ringförmigen Anordnung alternierend angeordnet, wobei die Fluidringkanäle 18, 19 radial innen und außen an die ringförmige Anordnung angrenzen. Hier grenzt also der
Verteilkanal 18 radial außen und der Sammelkanal 19 hier radial innen an den
Sammelkanal 19 an. Die Enden 26, 27 der als Kühlschleifen ausgebildeten Kühlkanäle 14 sind hier ungebogen bzw. gerade ausgebildet. Diese Variante ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
Um nun die Fluidringkanäle 18, 19 mit den entlang der Umfangsrichtung U
ortsabhängigen Strömungsquerschnitten Q1 (U), Q2(U) auszubilden, weist der Fluidring 11 einen umlaufenden Trennsteg 28 (siehe Fig. 4, Fig. 5) auf, weicher zwischen den Seitenwänden 20, 21 innerhalb des Fluidrings 11 angeordnet ist. Der Trennsteg 28 verläuft radial zwischen den ringförmig angeordneten Verbindungsanschlüssen 24, 25. Der Trennsteg 28 unterteilt den Fluidringinnenraum des Fluidrings 11 in radialer und in axialer Richtung und teilt den konstanten Gesamtströmungsquerschnitt Q bedarfsgerecht auf die Strömungsquerschnitte Q1(U), Q2(U) auf. Der Trennsteg 28 weist zum radialen Unterteilen eine sich axial erstreckende, in Umfangsrichtung U umlaufende Trennwand 29 auf. Angrenzend an eine Innenseite 30 der Trennwand 29 verläuft hier der
Sammelkanal 19 und angrenzend an eine Außenseite 31 der Trennwand 29 verläuft hier der Verteilkanal 18. Zum axialen Unterteilen weist der Trennsteg 28 einen radial von der Trennwand 29 abstehenden Kragen 32 mit zwei Kragenabschnitten 33, 34 auf. Ein erster Kragenabschnitt 33 steht radial nach innen ab und verläuft innerhalb einer ersten
Fluidringhälfte 35. Ein zweiter Kragenabschnitt 34 steht radial nach außen ab und verläuft innerhalb einer zweiten Fluidringhälfte 36. Übergänge 37 zwischen den Fluidringhälften 35, 36 sind hier um ±90° versetzt zu den Kühlfluidanschlüssen 12, 13 angeordnet. Die Kühlfluidanschlüsse 12, 13 liegen also mittig in der jeweiligen Fluidringhälfte 35, 36.
Der Trennsteg 28 weist eine umfangswinkelabhängige Höhe H(U) auf. Der erste
Kragenabschnitt 33 in der ersten Fluidringhälfte 35 liegt somit umfangswinkelabhängig auf unterschiedlichen Höhenniveaus und begrenzt umfangswinkelabhängig eine zweite axiale Ausdehnung Z2(U) (siehe z.B. Fig. 3) des Sammelkanals 19. Der zweite
Kragenabschnitt 34 in der zweiten Fluidringhälfte 36 liegt umfangswinkelabhängig ebenfalls auf unterschiedlichen Höhenniveaus und begrenzt umfangswinkelabhängig eine erste axiale Ausdehnung Z1 (U) (siehe z.B. Fig. 3) des Verteilkanals 18. Die Höhe H(U) des Trennstegs 28 ist dabei im Bereich der Kühlfluidanschlüsse 12, 13 minimal, sodass in der ersten Fluidringhälfte 35 die zweite axiale Ausdehnung Z2(U) des Sammelkanals 19 im Bereich des Zuflussanschlusses 12 und in der zweiten Fluidringhälfte 36 die erste axiale Ausdehnung Z1(U) des Verteilkanals 28 im Bereich des Abflussanschlusses 13 minimal ist. Dadurch ist im Bereich des Zuflussanschlusses 12 der Anteil des zweiten Strömungsquerschnitts Q2(U) am Gesamtströmungsquerschnitt Q und im Bereich des Abflussanschlusses 13 der Anteil des ersten Strömungsquerschnitts Q1(U) am Gesamtströmungsquerschnitt Q minimal. Im Bereich der Übergänge zwischen den Fluidringhälften 35, 35 ist die Höhe H(U) des Trennstegs 28 maximal.
In Fig. 7 sind die Fluidringkanäle 18, 19 und die Kühlkanäle im Fluidraum gezeigt. Dazu sind die durch die Fluidkühlkanäle 18, 19 und die Kühlkanäle 14 begrenzten
Strömungsvolumina V1 , V2, V3 für das Kühlfluid gezeigt, wobei das erste
Strömungsvolumen V1 dem Verteilkanal 18 zugeordnet ist, das zweite
Strömungsvolumen V2 dem Sammelkanal 19 zugeordnet ist und das dritte
Strömungsvolumen V3 den Kühlkanälen 14 zugeordnet ist. Die Fluidringkanäle 18, 19 sind somit zum Ausbilden des Fluidrings 11 als ineinander verschachtelte Ringe in Form von einem Verteilring und einem Sammelring ausgebildet. Dadurch kann der Fluidring 11 minimalem Bauraumbedarf ausgebildet werden.
Fig. 8 zeigt den Fluidring 11 in einer Draufsicht und in einer Querschnittansicht durch die Kühlfluidanschlüsse 12, 13 hindurch. Für unterschiedliche Umfangswinkel U 1 , U2, U3,
U4, U5 sind Aufteilungen A1 , A2, A3, A4, A5 des Gesamtströmungsquerschnitts Q auf den ersten Strömungsquerschnitt Q1 (U) und den zweiten Strömungsquerschnitt Q2(U) gezeigt. Ein erster Umfangswinkel U1 beträgt 0° und entspricht einer Position des Zuflussanschlusses 12. Ein fünfter Umfangswinkel beträgt 180° und entspricht einer Position des Abflussanschlusses 13. Ein dritter Umfangswinkel U3 beträgt 90° und liegt mittig zwischen dem ersten Umfangswinkel U1 und dem fünften Umfangswinkel U5. Bei diesem dritten Umfangswinkel U3 liegt der Übergang 37 zwischen den zwei
Fluidringhälften 35, 36. Ein zweiter Umfangswinkel U2 beträgt beispielsweise 45° und liegt mittig zwischen dem dritten Umfangswinkel U3 und dem ersten Umfangswinkel U1. Ein vierter Umfangswinkel U4 beträgt beispielsweise 135° und liegt mittig zwischen dem dritten Umfangswinkel U3 und dem fünften Umfangswinkel U5. In Fig. 9 ist ein
Viertelsegment des Fluidrings 11 mit zusätzlichen Aufteilungen A6 und A7 bei den Umfangswinkeln U6 und U7 gezeigt, welche zwischen den Umfangswinkeln U1 und U3 liegen. Ein sechster Umfangswinkel U6 entspricht beispielsweise 30° und liegt damit zwischen den Umfangswinkeln U1 und U2. Ein siebter Umfangswinkel U7 entspricht beispielsweise 60° und liegt damit zwischen den Umfangswinkeln U2 und U3.
Bei dem ersten Umfangswinkel U1 ist die axiale Ausdehnung Z2(U1) des Sammelkanals 19 minimal. Dadurch wird der Verteilkanal 18 sowohl radial neben als auch axial über den Sammelkanal 19 geführt. Entlang der zweiten axialen Ausdehnung Z2(U1) des
Sammelkanals 19 wird also der Gesamtströmungsquerschnitt in radialer Richtung R gleichermaßen auf den Sammelkanal 19 und den Verteilkanal 18 aufgeteilt. In axialer Richtung über dem Sammelkanal 19 erstreckt sich der Verteilkanal 18 über die gesamte radiale Ausdehnung X bzw. radiale Breite des Fluidrings 11. Anhand der ersten Aufteilung A1 ist also erkennbar, dass der erste Strömungsquerschnitt Q1(U1) deutlich größer ist als der zweite Strömungsquerschnitt Q2(U1).
Umgekehrt verhält es sich bei einem fünften Umfangswinkel U5 von 180°, welcher der Position des Abflussanschlusses 13 entspricht. Dort ist die erste axiale Ausdehnung Z1(U5) des Verteilkanals 18 minimal. Dadurch wird der Sammelkanal 19 sowohl radial neben als auch axial über den Verteilkanal 18 geführt. Entlang der ersten axialen
Ausdehnung Z1(U5) des Verteilkanals 18 wird also der Gesamtströmungsquerschnitt in radialer Richtung R gleichermaßen auf den Sammelkanal 19 und den Verteilkanal 18 aufgeteilt. In axialer Richtung über dem Verteilkanal 18 erstreckt sich der Sammelkanal 19 in radialer Richtung R über die gesamte radiale Ausdehnung X des Fluidrings 11. Anhand der fünften Aufteilung A5 ist also erkennbar, dass der erste
Strömungsquerschnitt Q1(U1) deutlich kleiner ist als der zweite Strömungsquerschnitt Q2(U1). Bei dem dritten Umfangswinkel U3, also in der Mitte zwischen dem
Zuflussanschluss 12 und dem Abflussanschluss 13, teilen sich der Verteilkanal 18 und der Sammelkanal 19 den Gesamtströmungsquerschnitt Q und weisen somit gleich große axiale Ausdehnungen Z1(U3)=Z2(U3) auf. Anhand der dritten Aufteilung A3 ist auch erkennbar, dass die Strömungsquerschnitte Q1(U3)=Q2(U3) gleich groß sind.
Bei dem zweiten Umfangswinkel U2 beträgt die zweite axiale Ausdehnung Z2(U2) des Sammelkanals 19 die Hälfte der axialen Ausdehnung Z des Fluidrings 11. Wie anhand der zweiten Aufteilung A2 erkennbar ist, hat sich der zweite Strömungsquerschnitt Q2(U2) im Vergleich zum zweiten Strömungsquerschnitt Q2(U1) erhöht. In gleichem Maße hat sich der erste Strömungsquerschnitt Q1(U2) gegenüber dem ersten
Strömungsquerschnitt Q1 (U1) verringert. Umgekehrt verhält es sich bei dem vierten Umfangswinkel U4, bei welchem die erste axiale Ausdehnung Z1 (U4) des Verteilkanals 18 die Hälfte der axialen Ausdehnung Z des Fluidrings 11 beträgt. Wie anhand der vierten Aufteilung A4 erkennbar ist, hat sich der erste Strömungsquerschnitt Q1 (U4) gegenüber dem ersten Strömungsquerschnitt Q1 (U3) verringert und in gleichem Maße der zweite Strömungsquerschnitt Q2(U4) im Vergleich zum zweiten Strömungsquerschnitt Q2(U3) erhöht. Anhand der Aufteilungen A6, A7 in Fig. 9 ist visualisiert, dass sich ausgehend von der ersten Aufteilung A1 der zweite Strömungsquerschnitt Q2(U6), Q2(U7) schrittweise vergrößert, während gleichzeitig der erste Strömungsquerschnitt Q1(U6), Q1 (U7) schrumpft, bis sich die Strömungsquerschnitte Q1 (U3), Q2(U3) bei dem Umfangswinkel U3=90° aneinander angeglichen haben. Durch Vergrößern der axialen Ausdehnung Z1(U), Z2(U) des einen Fluidringkanals 18, 19 wird der Anteil des axial über diesem Fluidringkanal 18, 19 geführten anderen Fluidringkanals 19, 18 verringert. Hierdurch können die Strömungsquerschnitte Q1 (U), Q2(U) gegenläufig verändert werden.
In Fig. 10a, Fig. 10b sind in vergrößerte Querschnittdarstellungen durch den Fluidring 11 in der ersten Fluidringhälfte 35 mit dem nach außen ragenden Kragenabschnitt 34 gezeigt. Die Höhe H(Ua) der Trennwand 28 in Fig. 10a ist größer als die Höhe H(Ub) der Trennwand 28 in Fig. 10b. Dadurch ist der zweite Strömungsquerschnitt Q2(Ub) des Sammelkanals 19 in Fig. 10b größer als der zweite Strömungsquerschnitt Q2(Ua) des Sammelkanals 19 in Fig. 10a. Gleichermaßen ist der erste Strömungsquerschnitt Q1(Ub) des Verteilkanals 18 in Fig. 10b kleiner als der erste Strömungsquerschnitt Q1 (Ua) des Sammelkanals 19 in Fig. 10a. In Fig. 11 ist eine deckellose Draufsicht auf deb Fluidring 11 gezeigt. Vor allem der Übergang 37 zwischen den zwei Fluidringhälften 35, 36, bei welchem die radial entgegensetzten Kragenabschnitte 33, 34 aneinander angrenzen und somit der Kragenabschnitt 32 seine radiale Orientierung ändert, sind gezeigt. Außerdem ist gezeigt, dass die Verbindungsanschlüsse 24, 25 auch als Steckbuchsen 38
ausgebildet sein können, in welche die Enden 26, 27 der Kühlkanäle 14 eingesteckt werden können.
In Fig. 12a ist eine Ausführungsform des Trennstegs 28, des Bodens 23 und der
Kühlkanäle 14 gezeigt. In Fig. 12b sind der Trennsteg 28 und der Boden 23 gezeigt. Der Trennsteg 28 und der Boden 23 sind hier einteilig aus einem Kunststoff ausgebildet. Beispielsweise können der Trennsteg 28 mit der Trennwand 29 und dem Kragen 32 und der Boden 23 als ein Spritzgussteil ausgebildet sein. In Fig. 13a ist eine weitere
Ausführungsform des Fluidrings 11 und der Kühlkanäle 14 gezeigt. In Fig. 13b sind der Trennsteg 28 und der Boden 23 gezeigt. Der Trennsteg 28 und der Boden 23 sind als ineinander verschachtelte, aus Blech gebildete Ringelemente 39, 40 ausgebildet ist. Das Jedes Ringelement 29, 40 weist eine in Umfangsrichtung U umlaufende Mulde 41 , 42 auf, wobei die erste, radial nach innen ragende Mulde 41 den die ersten
Verbindungsanschlüsse 24 aufweisenden Bereich des Bodens 23 ausbildet und die zweite, radial nach außen ragende Mulde 42 den die zweiten Verbindungsanschlüsse 25 aufweisenden Bereich des Bodens 23 ausbildet. Die Ringelemente 39, 40 weisen einen S-förmigen Querschnitt auf.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlvorrichtung (10) für einen Stator (1) einer elektrischen Maschine zum
Zusammenstecken mit einem hohlzylinderförmigen Blechpaket (2) des Stators (1), aufweisend
- mehrere Kühlkanäle (14) zum Leiten von Kühlfluid entlang des Blechpakets (2), und
- einen mit den Kühlkanälen (14) verbundenen, in einer entlang einer
Umfangsrichtung (U) orientierten Strömungsrichtung (S) von Kühlfluid
durchströmbaren Fluidring (11) zum Anordnen an einer Stirnseite (7) des
Blechpakets (2), welcher zwei Fluidringkanäle (18, 19) in Form von einem
Verteilkanal (18) zum Verteilen des Kühlfluids auf die Kühlkanäle (14) und einem Sammelkanal (19) zum Aufnehmen des Kühlfluids aus den Kühlkanälen (14) sowie zumindest zwei Kühlfluidanschlüsse (12, 13) in Form von zumindest einem
Zuflussanschluss (12) zum Einleiten des Kühlfluids in den Verteilkanal (18) und zumindest einem Abflussanschluss (13) zum Entnehmen des Kühlfluids aus dem Sammelkanal (19) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fluidringkanäle (18, 19) zur Gleichverteilung des Kühlfluids auf die Kühlkanäle (14) in Strömungsrichtung (S) umfangswinkelabhängige Strömungsquerschnitte (Q1(U), Q2(U)) aufweisen, wobei der Verteilkanal (18) mit einem ersten
Strömungsquerschnitt (Q1 (U)) ausgebildet ist, welcher ausgehend von dem zumindest einen Zuflussanschluss (12) und mit steigender Anzahl an bereits mit Kühlfluid versorgten Kühlkanälen (14) abnimmt, und der Sammelkanal (19) mit einem zweiten Strömungsquerschnitt (Q2(U)) ausgebildet ist, welcher mit steigender Anzahl an bereits entleerten Kühlkanälen (14) und zu dem zumindest einen
Abflussanschluss (13) hin zunimmt.
2. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühlkanäle (14) jeweils - einen mit dem Verteilkanal (18) fluidisch verbundenen Hinflussabschnitt (15),
- einen mit dem Sammelkanal (19) fluidisch verbundenen Rückflussabschnitt (16), und
- einen mit dem Hinflussabschnitt (15) und dem Rückflussabschnitt (16) fluiddicht verbundenen Umlenkabschnitt (17) zum Umleiten des Kühlfluids von dem
Hinflussabschnitt (15) in den Rückflussabschnitt (16) aufweist.
3. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fluidringkanäle (18, 19) radial benachbart zueinander angeordnet sind und mit dem Fluidring (11) verbundene Enden (26, 27) der Hinflussabschnitte (15) und der Rückflussabschnitte (16) zum Verbinden mit dem jeweiligen Fluidringkanal (18, 19) radial und/oder entlang der Umfangsrichtung (U) versetzt zueinander ausgebildet sind.
4. Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der zumindest eine Zuflussanschluss (12) und der zumindest eine
Abflussanschluss (13) radial gegenüberliegen und dazu entlang der
Umfangsrichtung (U) um in etwa 180° versetzt zueinander angeordnet sind.
5. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Strömungsrichtung (S) ausgehend von dem Zuflussanschluss (12) entlang der Umfangsrichtung (U) in Richtung des Abflussanschlusses (13) der erste
Strömungsquerschnitt (Q1 (U)) und der zweite Strömungsquerschnitt (Q2(U)) sich gegenläufig verändernd ausgebildet sind, sodass ein Gesamtströmungsquerschnitt (Q) des Fluidrings (11) entlang der Umfangsrichtung (U) konstant ist.
6. Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Fluidring (11) eine Vielzahl von einen Fluidringinnenraum umschließenden Außenwänden (20, 21 , 22, 23) und einen in Umfangsrichtung (U) umlaufenden Trennsteg (28) aufweist, welcher in dem Fluidringinnenraum angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, einen Gesamtströmungsquerschnitt (Q) des Fluidrings (11) umfangswinkelabhängig auf den ersten Strömungsquerschnitt (Q1 (U)) und den zweiten Strömungsquerschnitt (Q2(U)) aufzuteilen.
7. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Außenwände als zwei konzentrisch angeordnete zylinderförmige Seitenwände (20, 21), als ein ringförmiger Boden (23) mit Verbindungsanschlüssen (24, 25) für die Kühlkanäle (14) und als ein dem ringförmigen Boden (23) axial
gegenüberliegender ringförmiger Deckel (22) mit den Kühlfluidanschlüssen (12, 13) ausgebildet sind.
8. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Trennsteg (28) dazu ausgelegt ist, den Gesamtströmungsquerschnitt (Q) umfangswinkelabhängig in radialer Richtung (R) und axialer Richtung zu unterteilen.
9. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Trennsteg (28) dazu ausgelegt ist,
- in einer ersten Fluidringhälfte (35) zum Reduzieren des ersten
Strömungsquerschnitts (Q1 (U)) in Strömungsrichtung (S) einen axialen Anteil des zweiten Strömungsquerschnitts (Q2(U)) an dem Gesamtströmungsquerschnitt (Q) von einem Minimalwert im Bereich des Zuflussanschlusses (12) bis zu einem Maximalwert im Bereich von Übergängen (37) zwischen der ersten Fluidringhälfte (35) und einer zweiten Fluidringhälfte (36) zu erhöhen und damit einen radialen Anteil des ersten Strömungsquerschnitts (Q1(U)) am Gesamtströmungsquerschnitt (Q) zu reduzieren, und
- in der zweiten Fluidringhälfte (36) zum Erhöhen des zweiten
Strömungsquerschnitts (Q2(U)) in Strömungsrichtung (S) einen axialen Anteil des ersten Strömungsquerschnitts (Q1 (U)) am Gesamtströmungsquerschnitt (Q) von dem Maximalwert im Bereich der Übergänge (37) bis zu dem Minimalwert im Bereich des Abflussanschlusses (13)zu reduzieren und damit einen radialen Anteil des zweiten Strömungsquerschnitts (Q2(U)) am Gesamtströmungsquerschnitt (Q) zu erhöhen,
- wobei die Strömungsquerschnitte (Q1 (U), Q2(U)) im Bereich der Übergänge (37) die gleichen axialen und radialen Anteile am Gesamtströmungsquerschnitt (Q) aufweisen und damit im Wesentlichen gleich groß sind.
10. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Trennsteg (28) mit einer umfangswinkelabhängigen Höhe (H(U)) ausgebildet ist und zum radialen Unterteilen eine sich axial erstreckende Trennwand (29) sowie zum axialen Unterteilen einen von der Trennwand (28) radial abstehenden Kragen (32) mit zwei Kragenabschnitten (33, 34) aufweist, wobei ein erster innerhalb der ersten Fluidringhälfte (35) verlaufender Kragenabschnitt (33) radial in eine erste Richtung ragt und dabei einen axialen Anteil des zweiten Strömungsquerschnitts (Q2(U)) einstellt, und ein zweiter innerhalb der zweiten Fluidringhälfte (36) verlaufender Kragenabschnitt (34) radial in eine zur ersten Richtung
entgegengesetzte zweite Richtung ragt und dabei einen axialen Anteil des ersten Strömungsquerschnitts (Q1 (U)) einstellt.
11. Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest der Fluidring (11) aus einem Kunststoff oder aus einem Blech ausgebildet ist.
12. Elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Stator (1), einen Rotor und eine Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stator (1) ein hohlzylinderförmiges Blechpaket (2) und Wicklungen aufweist, , wobei der Fluidring (11) an einer ersten Stirnseite (7) des Blechpakets (2) angeordnet ist und die Kühlkanäle (14) axial entlang des Blechpakets (2)
angeordnet sind.
13. Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine nach Anspruch 12.
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