WO2021004693A1 - Elektrische maschine mit gekühlten stromschienen - Google Patents

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WO2021004693A1
WO2021004693A1 PCT/EP2020/064997 EP2020064997W WO2021004693A1 WO 2021004693 A1 WO2021004693 A1 WO 2021004693A1 EP 2020064997 W EP2020064997 W EP 2020064997W WO 2021004693 A1 WO2021004693 A1 WO 2021004693A1
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cooling
electrical machine
stator
busbar
housing
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PCT/EP2020/064997
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Konstantin Lindenthal
Uwe Knappenberger
Sebastian Hoffmann
Andreas Herzberger
Claus-Christian Oetting
Thomas Bublat
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine.
  • the electrical machine has in particular cooled busbars.
  • Usual electrical machines include a rotor and a stator, the stator having a stator winding in which a magnetic field can be generated in order to drive the rotor.
  • To energize the stator winding there are busbars that heat up during operation due to their electrical resistance. This heat is given off, for example, via heat conducting pads.
  • part of a housing of the electrical machine or the entire housing of the electrical machine is often made of a metallic material, said heat conducting pads taking the heat from the
  • the electrical machine according to the invention enables busbars to be cooled efficiently. Optimized cooling is possible in particular if a housing of the electrical machine is not made from a metallic material and / or from a material that is poorly thermally conductive.
  • the optimized cooling is achieved in that busbars have cooling lugs which dissipate heat directly to a cooling channel, a cooling medium being able to flow in the cooling channel. In this way it can be achieved that a safe and reliable cooling of the busbars takes place.
  • the electrical machine according to the invention has a rotor and a stator.
  • the rotor and stator are at least partially arranged in a machine housing. At least the stator has a stator winding.
  • the rotor can be designed in any way and is set up in particular to interact with the stator. The stator can thus drive the rotor.
  • the electrical machine also has a cooling jacket for cooling the stator.
  • First cooling channels for guiding a cooling medium run through the cooling jacket.
  • the first cooling channels preferably run parallel, in particular in the axial direction with respect to the stator axis.
  • the cooling medium can be a thermally conductive fluid, for example water.
  • the machine housing includes an end shield.
  • the end shield is connected to the cooling jacket.
  • a rotor shaft of the rotor is mounted on the end shield.
  • the end shield has second cooling channels.
  • the first cooling channels and the second cooling channels are coupled in particular for fluid communication, with each second cooling channel fluidly connecting two first, preferably adjacent, cooling channels.
  • the electrical machine can be cooled through the first cooling channels and the second cooling channels, in particular the stator can be cooled through the cooling channels.
  • the first cooling channels and the second cooling channels form a continuous coolant path through the electrical machine.
  • the coolant path is preferably designed in a meandering or serpentine shape.
  • At least one busbar runs on the end shield.
  • the busbar is electrically connected to a stator winding of the stator. This makes it possible, in particular, to energize the stator winding via the busbar.
  • the busbar has a holding section and at least one cooling tab extending from the main section.
  • the cooling vane is arranged in the machine housing in such a way that it engages in a housing recess in the end shield.
  • the housing recess is formed directly adjacent to one of the second cooling channels.
  • busbar results in a large surface area for heat dissipation from the busbar to the cooling medium.
  • the busbar can be effectively cooled via this area.
  • the cross section of the busbar can be reduced. The costs of the electrical machine can thus be reduced compared with electrical machines from the prior art.
  • a reduction in the cross section of the busbar enables a weight saving.
  • the effective cooling of the busbar enables higher electrical currents to flow with the same cross-section of the busbar.
  • heat-conducting pads are not necessary, as a result of which the assembly effort and thus also the assembly costs are reduced.
  • the advantage of effective cooling is achieved in particular in that an existing cooling circuit of the electrical machine is used. This serves to cool the electrical machine, in particular the stator, particularly preferably a winding head of the stator, and is therefore already present in the electrical machine.
  • the cooling jacket is advantageously part of the stator or part of the machine housing.
  • the cooling jacket in one
  • the cooling jacket encloses the stator at least in some areas, in particular completely.
  • the cooling jacket surrounds the stator in particular in the circumferential direction around an axis of rotation of the electrical machine.
  • the stator is advantageously held by the cooling jacket. It is preferably provided that the busbar has two cooling tabs.
  • Each cooling vane is arranged in its own housing recess in the end shield.
  • One of the second cooling channels runs between the two housing recesses, which means that the two
  • Housing recesses are formed on both sides of one of the second cooling channels.
  • the heat-conducting material can in particular be a heat-conducting adhesive. This leads to a further improved heat transfer between the busbar and
  • Cooling medium that flows within the second cooling channels.
  • An electrical insulation material is introduced into the bearing shield.
  • it is an electrically insulating adhesive.
  • the adhesive can particularly advantageously be both electrically insulating and thermally conductive. If the adhesive is electrically insulating, housing parts made of metal can be used, for example, which enable optimal heat conduction, while at the same time the risk of a short circuit via the busbar is minimized. Alternatively or in addition to the adhesive, it can be
  • Insulation material can also be protective varnish and / or an insert.
  • the main area of the busbar is advantageously formed in one piece with the cooling lug of the busbar.
  • the busbar is particularly advantageously manufactured as a stamped and bent part. In this way, the busbar can be produced simply and inexpensively, and in this way the
  • the main area and cooling vane are separate elements.
  • the cooling flag and the main area are via a joining process connected with each other. It is particularly advantageous to be a
  • Busbar can be used. Due to the separate design of the cooling flag and main area and the subsequent joining of the two
  • busbars Components, a design of the busbars can be implemented easily and inexpensively in any way. There is thus increased flexibility in the layout and design of the busbar.
  • the main area and the cooling vane can also be coupled by a force-fit connection.
  • the non-positive connection can be achieved in particular by a press connection.
  • the main area and cooling vane are connected in a form-fitting manner. This can be implemented particularly advantageously via a rivet connection. All of these different types of connection allow a simple and inexpensive connection of the main area and cooling flag, with heat transfer being made possible between the main area and cooling flag. This ensures that the cooling vane
  • Main area and the entire busbar can cool.
  • the stator winding is particularly advantageously a three-phase winding.
  • the cooling jacket and / or the bearing plate are preferably made of a metallic material.
  • the cooling jacket and end shield can also be made from a plastic. If metallic materials are used, thermal conductivity is improved. The formation of the elements from plastic, in turn, enables flexible design and inexpensive manufacture.
  • the cooling jacket is advantageously designed as a hollow cylinder.
  • the first cooling channel is arranged along a central axis of the hollow cylindrical shape, the end shield closing the cooling jacket at one end face.
  • an S-shaped course of the cooling medium through the cooling jacket and the end shield can be achieved in this way.
  • Each cooling vane is particularly preferably designed in such a way that it extends parallel to a central axis of the rotor.
  • Figure 1 is a schematic illustration of an electrical machine according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic detailed view of the electrical machine according to the embodiment of the invention
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a bearing plate of the
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of at least a partial area of the electrical machine
  • Figure 5 is a schematic detailed view of a portion of a
  • Figure 1 shows schematically an electrical machine 1 according to a
  • the electrical machine 1 has a Rotor 2 and a stator 3.
  • the rotor 2 comprises a rotor shaft 8 which can be rotated about a central axis 100.
  • the rotor 2 can be driven via the stator 3. It is provided that the stator 3 can be cooled through cooling channels 6, 9.
  • the cooling channels 6, 9 are arranged in a machine housing 4 of the electrical machine 1.
  • the machine housing 4 comprises a cooling jacket 5 and at least one bearing plate 7 for mounting the rotor shaft 8, two bearing plates being shown in FIG.
  • the cooling jacket 5 can also be part of the stator 3.
  • the cooling jacket 5 is designed in the shape of a hollow cylinder and additionally has a plurality of first cooling channels 6, each of which extends parallel to one
  • Fluid can flow within the first cooling channels, in particular in order to cool a stator winding 14 (see FIG. 4).
  • the end shields 7 also have cooling channels, the following second ones
  • Cooling channels 9 are called.
  • the second cooling channels 9 each connect two, for example adjacent, first cooling channels 6 to one another, so that the second cooling channels 9 with the first cooling channels 6 create a coolant path through the electrical machine 1, which is for example meandering or
  • a flow deflector is formed in each of the second cooling channels 9, for example.
  • the rotor shaft 8 is mounted on the end shields 7 via bearings 15. Each end shield 7 is attached to an end face of the hollow cylindrical cooling jacket 5.
  • FIG. 2 shows schematically a course of three busbars 10.
  • Bus bars 10 are electrically connected to the stator winding 14 (see FIG. 4). Thus, by energizing the busbars 10 a
  • the stator winding 14 is energized.
  • the busbars 10 are arranged in particular on the bearing plate 7.
  • FIG. 3 shows a schematic detailed view of the end shield 7. It is shown that the end shield 7 on both sides of the second cooling channels 9
  • Cooling channels 9 and the arrangement of the cooling lugs 12 on both sides of the second cooling channels 9 can create a large area over which one
  • Heat transfer from the busbar 10 to the cooling medium is made possible within the second cooling channel.
  • the bus bar 10 can be cooled effectively. This enables either higher currents to be carried than without such cooling or, alternatively, the design of the busbars 10 with smaller cross-sections.
  • End shield 7 is attached a heat conducting material.
  • it can be a thermally conductive adhesive.
  • FIG. 4 schematically shows a section through at least part of the electrical machine 1.
  • the coupling of one of the first cooling channels 6 to one of the second cooling channels 9 is shown in FIG.
  • the cooling jacket 5 extends around the stator 3.
  • the stator 3 in turn has the stator winding 14, which is electrically contacted by the busbars 10.
  • it is a three-phase stator winding 14, so that each of the busbars 10 is provided for energizing one phase of the stator winding 14.
  • Cooling medium that flows through the first cooling channel 6 and the second cooling channel 9 also automatically reaches that area of the second
  • Cooling channel 9 which is framed by cooling lugs 12.
  • the cooling medium could also flow into the corresponding second cooling channel 9 are guided past the remaining cooling flag 12. In any case, heat can be transferred between the cooling vane 12 and the cooling medium, so that the busbar 10 is cooled.
  • the cooling jacket 5 and the bearing plate 7 can consist of a metallic
  • a metallic material in particular enables better conductivity, with due to the
  • the busbar 10 along one of the second cooling channels 9 enables optimal heat dissipation by means of the coolant.
  • the end shield is made of a metallic material, it is provided that an electrical insulation material is present between the end shield 7 and the busbar 10. In particular, it can be an electrically insulating adhesive and / or a protective lacquer and / or an insert.
  • FIG. 5 schematically shows a partial view of the busbar 10.
  • This has a main section 11 and two cooling lugs 12 connected to it.
  • the cooling tabs 12 and the main section 11 can be designed in one piece, in which case the busbar 10 is advantageously a stamped and bent part, as shown in particular in FIG. Alternatively, the
  • Cooling lugs 12 are separate elements that are connected to the main area 11 by means of a joining process.
  • a method can in particular be a mechanical method such as riveting and / or press-fit connection; alternatively, a thermal method such as soldering and / or
  • the busbars 10 can thus be manufactured and assembled easily and inexpensively. At the same time, the busbars 10 allow safe and reliable heat dissipation via the cooling medium that is passed through the first
  • Cooling channels 6 and the second cooling channels 9 flows.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) aufweisend einen Rotor (2) und einen Stator (3), die zumindest teilweise in einem Maschinengehäuse (4) angeordnet sind, sowie einen Kühlmantel (5) zum Kühlen des Stators (3), durch den mehrere zueinander parallele, insbesondere in axialer Richtung bezüglich der Statorachse verlaufende, erste Kühlkanäle (6) zum Führen eines Kühlmediums verlaufen, wobei das Maschinengehäuse (4) zumindest ein mit dem Kühlmantel (5) verbundenes Lagerschild (7) zur Lagerung einer Rotorwelle (8) des Rotors (2) aufweist, wobei an dem Lagerschild (7) mehrere zweite Kühlkanäle (9) ausgebildet sind, die jeweils zwei, insbesondere benachbarte, erste Kühlkanäle (6) miteinander strömungsverbinden, wobei die zweiten Kühlkanäle (9) mit den ersten Kühlkanälen (6) einen Kühlmittelpfad durch die elektrische Maschine (1) hersteilen, der insbesondere mäanderförmig oder serpentinenförmig ausgebildet ist, und wobei an dem Lagerschild (7) mindestens eine Stromschiene (10) verläuft, die mit einer Statorwicklung (14) des Stators (3) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (10) einen Hauptabschnitt (11) und mindestens eine sich von dem Hauptabschnitt (11) erstreckende Kühlfahne (12) aufweist, wobei die Kühlfahne (12) in eine Gehäuseausnehmung (13) des Lagerschilds (7) eingreift, die unmittelbar benachbart zu einem der zweiten Kühlkanäle (9) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrische Maschine mit gekühlten Stromschienen
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine weist insbesondere gekühlte Stromschienen auf.
Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt, beispielsweise aus der EP 1 401 089 A1. Übliche elektrische Maschinen umfassen einen Rotor und einen Stator, wobei der Stator eine Statorwicklung aufweist, in der ein Magnetfeld generierbar ist, um den Rotor anzutreiben. Zur Bestromung der Statorwicklung sind Stromschienen vorhanden, die sich im Betrieb aufgrund ihres elektrischen Widerstands erhitzen. Diese Hitze wird bspw. über Wärmeleitpads abgegeben. So ist oftmals ein Teil eines Gehäuses der elektrischen Maschine oder das gesamte Gehäuse der elektrischen Maschine aus einem metallischen Werkstoff gefertigt, wobei besagte Wärmeleitpads die Wärme von der
Stromschiene zu besagtem metallischen Gehäuse abführen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ermöglicht eine effiziente Kühlung von Stromschienen. Dabei ist insbesondere dann eine optimierte Kühlung möglich, wenn ein Gehäuse der elektrischen Maschine nicht aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem thermisch schlecht leitenden Material gefertigt ist. Die optimierte Kühlung wird dadurch erreicht, dass Stromschienen Kühlfahnen aufweisen, die Wärme unmittelbar zu einem Kühlkanal abführen, wobei in dem Kühlkanal ein Kühlmedium strömen kann. Auf diese Weise ist erreichbar, dass eine sichere und zuverlässige Entwärmung der Stromschienen erfolgt. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen Rotor und einen Stator auf. Rotor und Stator sind zumindest teilweise in einem Maschinengehäuse angeordnet. Zumindest der Stator weist eine Statorwicklung auf. Der Rotor kann beliebig ausgebildet sein und ist insbesondere eingerichtet, mit dem Stator zusammenzuwirken. Somit kann der Stator den Rotor antreiben.
Die elektrische Maschine weist außerdem einen Kühlmantel zum Kühlen des Stators auf. Durch den Kühlmantel verlaufen erste Kühlkanäle zum Führen eines Kühlmediums. Die ersten Kühlkanäle verlaufen bevorzugt parallel, insbesondere in axialer Richtung bezüglich der Statorachse. Bei dem Kühlmedium kann es sich um ein thermisch leitfähiges Fluid handeln, bspw. um Wasser.
Das Maschinengehäuse umfasst ein Lagerschild. Das Lagerschild ist mit dem Kühlmantel verbunden. Vorteilhafterweise können mehrere Lagerschilder vorhanden sein, die mit dem Kühlmantel verbunden sind. An dem Lagerschild ist eine Rotorwelle des Rotors gelagert. Außerdem weist Lagerschild zweite Kühlkanäle auf. Die ersten Kühlkanäle und die zweiten Kühlkanäle sind insbesondere zur Fluidkommunikation gekoppelt, wobei jeder zweite Kühlkanal zwei erste, bevorzugt benachbarte, Kühlkanäle strömungsverbindet. Durch die ersten Kühlkanäle und zweiten Kühlkanäle ist die elektrische Maschine entwärmbar, insbesondere lässt sich der Stator durch die Kühlkanäle kühlen. Insbesondere bilden die ersten Kühlkanäle und die zweiten Kühlkanäle einen durchgängigen Kühlmittelpfad durch die elektrische Maschine. Dieser
Kühlmittelpfad ist bevorzugt mäanderförmig oder serpentinenförmig ausgebildet.
An dem Lagerschild verläuft mindestens eine Stromschiene. Die Stromschiene ist mit einer Statorwicklung des Stators elektrisch verbunden. Somit ist insbesondere ermöglicht, über die Stromschiene die Statorwicklung zu bestromen.
Es ist vorgesehen, dass die Stromschiene einen Halteabschnitt und mindestens eine sich von dem Hauptabschnitt erstreckende Kühlfahne aufweist. Die
Kühlfahne ist derart in dem Maschinengehäuse angeordnet, dass diese in eine Gehäuseausnehmung des Lagerschilds eingreift. Die Gehäuseausnehmung ist unmittelbar benachbart zu einem der zweiten Kühlkanäle ausgebildet. Somit ist eine Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmedium, das in den zweiten Kühlkanal strömt, und der Stromschiene, insbesondere der Kühlfahne der Stromschiene, ermöglich. Dadurch kann die Kühlfahne die Stromschiene entwärmen, indem die Wärme der Stromschiene durch das Kühlmedium abtransportiert wird.
Durch eine derartige Anordnung und Ausbildung der Stromschiene ist erreicht, dass eine große Oberfläche zur Wärmeableitung von der Stromschiene zum Kühlmedium vorhanden ist. Über diese Fläche kann die Stromschiene effektiv gekühlt werden. Dadurch kann bei gleicher elektrischer Belastung, das heißt bei gleichem Strom, der Querschnitt der Stromschiene verkleinert werden. Somit können Kosten der elektrischen Maschine verglichen mit elektrischen Maschinen aus dem Stand der Technik reduziert werden. Außerdem ermöglicht eine Verringerung des Querschnitts der Stromschiene eine Gewichtsersparnis.
Alternativ ermöglicht die effektive Kühlung der Stromschiene, dass höhere elektrische Ströme bei gleichem Querschnitt der Stromschiene fließen können. Außerdem sind Wärmeleitpads wie im Stand der Technik nicht notwendig, wodurch der Montageaufwand und damit auch die Montagekosten reduziert werden. Der Vorteil der effektiven Kühlung wird insbesondere dadurch erreicht, dass auf einen bereits vorhandenen Kühlkreislauf der elektrischen Maschine zurückgegriffen wird. Dieser dient zum Kühlen der elektrischen Maschine, insbesondere des Stators, besonders bevorzugt eines Wickelkopfs des Stators, und ist somit bereits in der elektrischen Maschine vorhanden. Alternativ besteht die Möglichkeit, einen separaten Kühlkreislauf, unabhängig des zuvor genannten Kreislaufes, für die Stromschienenkühlung auszubilden. Es ist daher nicht notwendig, besondere Maßnahmen zur Wärmeableitung zu treffen. Insbesondere lassen sich dadurch kostenintensive Hybridstrukturen, wie insbesondere Metall in Kunststoff, vermeiden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Vorteilhafterweise ist der Kühlmantel ein Teilbereich des Stators oder ein Teil des Maschinengehäuses. Insbesondere kann der Kühlmantel in einem
Statorblechpaket ausgebildet sein. Wenn der Kühlmantel ein Teil des
Maschinengehäuses ist, so umschließt der Kühlmantel den Stator zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig. Der Kühlmantel umschließt den Stator insbesondere in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse der elektrischen Maschine. Der Stator wird vorteilhafterweise von dem Kühlmantel gehalten. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stromschiene zwei Kühlfahnen aufweist.
Dabei ist jede Kühlfahne in jeweils einer eigenen Gehäuseausnehmung des Lagerschilds angeordnet. Zwischen den beiden Gehäuseausnehmungen verläuft einer der zweiten Kühlkanäle, was bedeutet, dass die beiden
Gehäuseausnehmungen beidseitig eines der zweiten Kühlkanäle ausgebildet sind. Durch das beiderseitige Anordnen der Kühlfahne von dem Kühlkanal lässt sich diejenige Fläche, von der Wärme ausgehend von der Stromschiene auf das Kühlmedium übertragen werden kann, vergrößern. Dadurch ist eine verbesserte Kühlleistung gegeben. Besonders vorteilhaft erstrecken sich die beiden
Kühlfahnen parallel zueinander.
Vorteilhafterweise ist zwischen der Kühlfahne und dem Lagerschild ein
Wärmeleitmaterial angebracht. Bei dem Wärmeleitmaterial kann es sich insbesondere um einen wärmeleitenden Klebstoff handeln. Dies führt zu einer weiter verbesserten Wärmeübertragung zwischen Stromschiene und
Kühlmedium, das innerhalb der zweiten Kühlkanäle strömt.
Ebenso ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass zwischen Kühlfahne und
Lagerschild ein elektrisches Isolationsmaterial eingebracht ist. Insbesondere handelt es sich um einen elektrisch isolierenden Klebstoff. Besonders vorteilhaft kann der Klebstoff sowohl elektrisch isolierend als auch wärmeleitend sein. Ist der Klebestoff elektrisch isolierend, so kann bspw. auf Gehäuseteile aus Metall zurückgegriffen werden, die eine optimale Wärmeleitung ermöglichen, während gleichzeitig die Gefahr eines Kurzschlusses über die Stromschiene minimiert ist. Alternativ oder zusätzlich zu dem Klebestoff kann es sich bei dem
Isolationsmaterial auch um Schutzlack und/oder einen Einleger handeln.
Vorteilhafterweise ist der Hauptbereich der Stromschiene mit der Kühlfahne der Stromschiene einstückig ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist die Stromschiene als Stanzbiegeteil gefertigt. Auf diese Weise lässt sich die Stromschiene einfach und kostengünstig hersteilen, wobei sich auf diese Art außerdem die
verschiedenen Bereiche, das heißt der Hauptbereich und die Kühlfahne einfach und aufwandsarm ausbilden lassen.
In einer alternativen Ausgestaltung sind Hauptbereich und Kühlfahne separate Elemente. Über ein Fügeverfahren sind die in Kühlfahne und der Hauptbereich miteinander verbunden. Besonders vorteilhaft handelt es sich um ein
Fügeverfahren, dass eine optimale Wärmeübertragung zwischen Kühlfahne und Hauptbereich sicherstellt. Auf diese Weise ist erreicht, dass die in Kühlfahne zuverlässig für eine Entwärmung des Hauptbereichs und der gesamten
Stromschiene eingesetzt werden kann. Durch die separate Ausbildung von Kühlfahne und Hauptbereich und das anschließende Fügen der beiden
Komponenten ist ein Design der Stromschienen in beliebiger Art und Weise einfach und kostengünstig umsetzbar. Somit besteht eine vergrößerte Flexibilität bei der Auslegung und beim Design der Stromschiene.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Hauptbereich und die Kühlfahne
stoffschlüssig verbunden sind. Dies wird insbesondere durch ein Verschweißen und/oder Verlöten realisiert. Ebenso kann der Hauptbereich und die Kühlfahne durch eine kraftschlüssige Verbindung gekoppelt sein. Die kraftschlüssige Verbindung lässt sich insbesondere durch eine Pressverbindung erreichen. Schließlich ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass Hauptbereich und Kühlfahne formschlüssig verbunden sind. Dies lässt sich besonders vorteilhaft über eine Nietverbindung realisieren. All diese verschiedenen Verbindungsarten ermöglichen eine einfache und kostengünstige Verbindung von Hauptbereich und Kühlfahne, wobei eine Wärmeübertragung zwischen Hauptbereich und Kühlfahne ermöglicht ist. Dadurch ist erreicht, dass die Kühlfahne den
Hauptbereich und die gesamte Stromschiene entwärmen kann.
Die Statorwicklung ist besonders vorteilhaft eine dreiphasige Wicklung. Somit sind drei Stromschienen vorhanden, von denen jeweils eine mit einer Phase der Statorwicklung elektrisch verbunden ist. Alle diese Stromschienen sind ausgebildet wie zuvor beschrieben, das heißt alle diese Stromschienen weisen einen Hauptbereich und zumindest eine Kühlfahne auf. Somit lassen sich die Stromschienen optimal entwärmen.
Der Kühlmantel und/oder das Lagerschild sind bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Alternativ oder zusätzlich können Kühlmantel und Lagerschild auch aus einem Kunststoff gefertigt sein. Werden metallische Werkstoffe verendet, so ist eine Wärmeleitfähigkeit verbessert. Die Ausbildung der Elemente aus Kunststoff wiederrum ermöglicht eine flexible Ausgestaltung sowie eine kostengünstige Fertigung. Bei der Ausbildung des Lagerschildes aus Kunststoff ist es alternativ zur Montagelösung der Stromschiene in das Lagerschild auch möglich, die Stromschiene mit Kühlfahne in das Lagerschild einzuspritzen.
Der Kühlmantel ist vorteilhafterweise hohlzylinderförmig ausgebildet. Der erste Kühlkanal ist entlang einer Mittelachse der Hohlzylinderform angeordnet, wobei das Lagerschild den Kühlmantel an einer Stirnfläche verschließt. Insbesondere kann auf diese Weise ein S-förmiger Verlauf des Kühlmediums durch den Kühlmantel und das Lagerschild erreichen.
Besonders bevorzugt ist jede Kühlfahne derart ausgebildet, dass sich diese parallel zu einer Mittelachse des Rotors erstreckt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Abbildung einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Detailansicht der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines Lagerschilds des
Maschinengehäuses der elektrischen Maschine,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht zumindest eines Teilbereichs der elektrischen Maschine, und
Figur 5 eine schematische Detailansicht eines Teilbereichs einer
Stromschiene der elektrischen Maschine gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsform der Erfindung
Figur 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 2 sowie einen Stator 3 auf. Der Rotor 2 umfasst eine Rotorwelle 8, die um eine Mittelachse 100 rotierbar ist.
Über dem Stator 3 ist der Rotor 2 antreibbar. Dabei ist vorgesehen, dass der Stator 3 durch Kühlkanäle 6, 9 entwärmbar ist. Die Kühlkanäle 6, 9 sind in einem Maschinengehäuse 4 der elektrischen Maschine 1 angeordnet.
So umfasst das Maschinengehäuse 4 einen Kühlmantel 5 sowie zumindest ein Lagerschild 7 zur Lagerung der Rotorwelle 8, wobei in Figur 1 zwei Lagerschilde dargestellt sind. Alternativ kann der Kühlmantel 5 auch Teil des Stators 3 sein.
Der Kühlmantel 5 ist hohlzylinderförmig ausgebildet und weist zusätzlich eine Vielzahl von ersten Kühlkanälen 6 auf, die sich jeweils parallel zu einer
Mittelachse der Hohlzylinderform erstrecken. Innerhalb der ersten Kühlkanäle kann Fluid strömen, insbesondere um eine Statorwicklung 14 (vergleiche Figur 4) zu kühlen.
Auch die Lagerschilde 7 weisen Kühlkanäle auf, die nachfolgend zweite
Kühlkanäle 9 genannt werden. Die zweiten Kühlkanäle 9 verbinden jeweils zwei, beispielsweise benachbarte, erste Kühlkanäle 6 miteinander, sodass die zweiten Kühlkanäle 9 mit den ersten Kühlkanälen 6 einen Kühlmittelpfad durch die elektrische Maschine 1 hersteilen, der beispielsweise mäander- oder
serpentinenförmig ausgebildet ist. Dazu ist in den zweiten Kühlkanälen 9 beispielsweise jeweils eine Strömungsumlenkung ausgebildet.
Die Rotorwelle 8 ist über Lager 15 an den Lagerschilden 7 gelagert. Jedes Lagerschild 7 ist an einer Stirnseite des hohlzylinderförmigen Kühlmantels 5 angebracht.
Figur 2 zeigt schematisch einen Verlauf dreier Stromschienen 10. Diese
Stromschienen 10 sind elektrisch mit der Statorwicklung 14 (vergleiche Figur 4) verbunden. Somit kann durch Bestromen der Stromschienen 10 eine
Bestromung der Statorwicklung 14 erfolgen. Die Stromschienen 10 sind insbesondere an dem Lagerschild 7 angeordnet.
Figur 3 zeigt eine schematische Detailansicht des Lagerschilds 7. Es ist gezeigt, dass das Lagerschild 7 beidseitig der zweiten Kühlkanäle 9
Gehäuseausnehmungen 13 aufweist. In diese Gehäuseausnehmungen 13 greifen Kühlfahnen 12, die sich von einem Hauptbereich 11 der Stromschienen 10 erstrecken, ein. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Stromschiene als Stanzbiegeteil gefertigt ist. Somit lassen sich die
Kühlfahnen 12 einfach und aufwandsarm hersteilen. Gleichzeitig ist eine optimale Wärmeübertragung zwischen Hauptabschnitt 11 und Kühlfahne 12 ermöglicht.
Durch die Gehäuseausnehmungen unmittelbar an einem der zweiten
Kühlkanäle 9 und das Anordnen der Kühlfahnen 12 beidseitig der zweiten Kühlkanäle 9 lässt sich eine große Fläche schaffen, über die eine
Wärmeübertragung von der Stromschiene 10 auf das Kühlmedium innerhalb des zweiten Kühlkanals ermöglicht ist. Dadurch kann die Stromschiene 10 effektiv gekühlt werden. Dies ermöglicht entweder das Führen höherer Ströme als ohne eine solche Kühlung oder alternativ das Ausgestalten der Stromschienen 10 mit geringeren Querschnitten. Durch die Gehäuseausnehmungen 13 ist eine
Montage der Stromschienen 10 einfach und aufwandsarm ermöglicht.
Zur Verbesserung der Wärmeübertragung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass in den Gehäuseausnehmungen 13 zwischen Kühlfahne 12 und
Lagerschild 7 ein Wärmeleitmaterial angebracht ist. Es kann sich dabei insbesondere um einen wärmeleitenden Klebstoff handeln. Somit lässt sich wärmeoptimiert von den Stromschienen 10 insbesondere von den Kühlfahnen 12 der Stromschienen 10, über das Lagerschild 7 zu dem Kühlmedium innerhalb der zweiten Kühlkanäle 9 abführen.
Figur 4 zeigt schematisch einen Schnitt durch zumindest einen Teil der elektrischen Maschine 1. In Figur 4 ist insbesondere das Koppeln von einem der ersten Kühlkanäle 6 mit einem der zweiten Kühlkanäle 9 dargestellt. Außerdem ist dargestellt, dass sich der Kühlmantel 5 um den Stator 3 erstreckt. Der Stator 3 wiederum weist die Statorwicklung 14 auf, die durch die Stromschienen 10 elektrisch kontaktiert ist. Insbesondere handelt es sich um eine dreiphasige Statorwicklung 14, sodass jede der Stromschienen 10 zum Bestromen einer Phase der Statorwicklung 14 vorgesehen ist.
Kühlmedium, dass durch den ersten Kühlkanal 6 und den zweiten Kühlkanal 9 strömt gelangt automatisch auch zu demjenigen Bereich des zweiten
Kühlkanals 9, der von den Kühlfahnen 12 eingerahmt ist. Alternativ könnte bei noch Vorhandensein lediglich einer Kühlfahne 12 auch das Kühlmedium in den entsprechenden zweiten Kühlkanal 9 an der verbliebenen Kühlfahne 12 vorbeigeführt werden. In jedem Fall kann eine Wärmeübertragung zwischen Kühlfahne 12 und Kühlmedium erfolgen, sodass die Stromschiene 10 entwärmt wird.
Der Kühlmantel 5 und das Lagerschild 7 können aus einem metallischen
Werkstoff und/oder aus Kunststoff gefertigt sein. Ein metallischer Werkstoff ermöglicht insbesondere eine bessere Leitfähigkeit, wobei aufgrund der
Anordnung der Stromschiene 10 entlang eines der zweiten Kühlkanäle 9 eine optimale Wärmeabfuhr mittels des Kühlmittels ermöglicht. Ist das Lagerschild aus einem metallischen Werkstoff gefertigt, so ist vorgesehen, dass zwischen dem Lagerschild 7 und der Stromschien 10 ein elektrisches Isolationsmaterial vorhanden ist. Insbesondere kann es sich dabei um einen elektrisch isolierenden Klebstoff und/oder einen Schutzlack und/oder einen Einleger handeln.
Figur 5 zeigt schematisch eine Teilansicht der Stromschiene 10. Diese weist einen Hauptabschnitt 11 sowie zwei daran anschließende Kühlfahnen 12 auf. Die Kühlfahnen 12 und der Hauptabschnitt 11 können einstückig ausgebildet sein, wobei in diesem Fall die Stromschiene 10 vorteilhafterweise ein Stanzbiegeteil ist, wie insbesondere in Figur 3 gezeigt. Alternativ kann es sich bei den
Kühlfahnen 12 um separate Elemente handeln, die mittels eines Fügeverfahrens an den Hauptbereich 11 angebunden sind. Ein solches Verfahren kann insbesondere ein mechanisches Verfahren wie Nieten und/oder Pressverbindung sein, alternativ kann über ein thermisches Verfahren wie Löten und/oder
Schweißen eine Verbindung zwischen Hauptabschnitt 11 und Kühlfahnen 12 hergestellt werden.
Die Stromschienen 10 sind somit einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar. Gleichzeitig ermöglichen die Stromschienen 10 eine sichere und zuverlässige Entwärmung über das Kühlmedium, das durch die ersten
Kühlkanäle 6 und die zweiten Kühlkanäle 9 strömt.

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Maschine (1) aufweisend einen Rotor (2) und einen Stator (3), die zumindest teilweise in einem Maschinengehäuse (4) angeordnet sind, sowie einen Kühlmantel (5) zum Kühlen des Stators (3), durch den mehrere zueinander parallele, insbesondere in axialer Richtung bezüglich der Statorachse verlaufende, erste Kühlkanäle (6) zum Führen eines
Kühlmediums verlaufen,
• wobei das Maschinengehäuse (4) zumindest ein mit dem Kühlmantel (5) verbundenes Lagerschild (7) zur Lagerung einer Rotorwelle (8) des Rotors (2) aufweist,
• wobei an dem Lagerschild (7) mehrere zweite Kühlkanäle (9)
ausgebildet sind, die jeweils zwei, insbesondere benachbarte, erste Kühlkanäle (6) miteinander strömungsverbinden,
• wobei die zweiten Kühlkanäle (9) mit den ersten Kühlkanälen (6) einen Kühlmittelpfad durch die elektrische Maschine (1) herzustellen, der insbesondere mäanderförmig oder serpentinenförmig ausgebildet ist, und
• wobei an dem Lagerschild (7) mindestens eine Stromschiene (10) verläuft, die mit einer Statorwicklung (14) des Stators (3) elektrisch verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromschiene (10) einen Hauptabschnitt (11) und mindestens eine sich von dem Hauptabschnitt (11) erstreckende Kühlfahne (12) aufweist, wobei die Kühlfahne (12) in eine Gehäuseausnehmung (13) des Lagerschilds (7) eingreift, die unmittelbar benachbart zu einem der zweiten Kühlkanäle (9) ausgebildet ist.
2. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (5) ein Teilbereich des Stators (3), insbesondere eines Statorblechpakets, oder ein Teil des Maschinengehäuses (4), der den Stator (3) zumindest bereichsweise umschließt, ist
3. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (10) zwei Kühlfahnen (12) aufweist, die in jeweils einer eigenen Gehäuseausnehmung (13) angeordnet sind, wobei die beiden Gehäuseausnehmungen (13) beidseitig eines der zweiten Kühlkanäle (9) ausgebildet sind.
4. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kühlfahne (12) und Lagerschild (7) ein Wärmeleitmaterial, insbesondere ein wärmeleitender Klebstoff, eingebracht ist.
5. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kühlfahne (12) und Lagerschild (7) ein elektrisches Isolationsmaterial, insbesondere ein elektrisch isolierender Klebstoff und/oder ein Schutzlack und/oder ein Einleger, eingebracht ist.
6. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbereich (11) der Stromschiene (10) mit der Kühlfahne (12) der Stromschiene (10) einstückig ausgebildet ist, wobei die Stromschiene (10) insbesondere als Stanzbiegeteil gefertigt ist.
7. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der Hauptbereich (11) der Stromschiene (10) und die Kühlfahne (12) der Stromschiene (10) separate Elemente sind, die durch ein Fügeverfahren miteinander verbunden sind.
8. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbereich (11) und die Kühlfahne (12) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet und/oder verschweißt, und/oder kraftschlüssig verbunden, insbesondere über eine Pressverbindung, und/oder formschlüssig, insbesondere über eine Nietverbindung, verbunden sind.
9. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (14) eine dreiphasige Wicklung ist, wobei drei Stromschienen (10) vorhanden sind, von denen jeweils eine mit einer Phase der Statorwicklung (14) elektrisch verbunden ist.
10. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (5) und/oder das
Lagerschild (7) aus einem metallischen Werkstoff und/oder einem
Kunststoff gefertigt sind.
11. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (5) hohlzylinderförmig ausgebildet ist, wobei die ersten Kühlkanäle (6) entlang einer Mittelachse der Hohlzylinderform angeordnet sind, und wobei das Lagerschild (7) den
Kühlmantel (5) an einer Stirnfläche verschließt.
12. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (10) mit Kühlfahne (12) in das Lagerschild (7) eingespritzt sind.
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