WO2021104551A1 - Cooling-optimised laminated core for a stator of an electrical machine - Google Patents

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WO2021104551A1
WO2021104551A1 PCT/DE2020/000247 DE2020000247W WO2021104551A1 WO 2021104551 A1 WO2021104551 A1 WO 2021104551A1 DE 2020000247 W DE2020000247 W DE 2020000247W WO 2021104551 A1 WO2021104551 A1 WO 2021104551A1
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Hans Hermann Rottmerhusen
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Hans Hermann Rottmerhusen
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Definitions

  • the invention relates to a cooling-optimized laminated core for a stator of an electrical machine, according to the main claim 1 and the independent claims 2 and 3.
  • FIGS. 1 and 2 show in FIGS. 1 and 2 a stator 5 which is formed with rectangular and triangular or trapezoidal stator teeth 2, 3 alternating in the circumferential direction, the rectangular stator teeth 2 each being equipped with a coil 6 of winding strands and the trapezoidal stator teeth 3 are unequipped.
  • the laminated core 1 of the stator is arranged in a housing 8, the housing 8 having cooling channels 10.
  • Cooling the laminated core of the stator via a housing of an electrical machine is not sufficient for a rotor equipped with permanent magnets, since no heat-transferring means are provided for the coils on the stator, and thus a high level of heat can be generated on the equipped stator teeth and a high level of heat on the There is an air gap to the rotor equipped with permanent magnets, which means that when there is a high continuous load on the electrical machine, the efficiency can be greatly reduced by weakening the field on the rotor due to excessive heat generation from the permanent magnets on the rotor.
  • No. 7 884 520 B2 describes a brushless electric motor in which stator teeth 61 and unequipped stator teeth 12 are arranged on the stator, the equipped stator teeth 61 being formed from separate laminated cores.
  • US 2005/0258706 A1 shows an electrical machine 10 with a segmented stator 14 which is integrated in a housing 12, and the segments of the stator each contain a stator segment yoke 20 and a stator tooth 22, with every second stator tooth having a coil 24 of winding strands A. , B, C is equipped and every second stator tooth is empty.
  • Stator teeth with a respective cooling channel are known.
  • Fig. 1 shows a stand in which teeth 4 are arranged on the outer circumference, whereby grooves 5 are formed.
  • the stand is arranged in a housing 7.
  • the housing 7 seals the grooves 5 so that the grooves 5 form channels.
  • cooling channels 12 are provided in the stator teeth 3. Since coils of winding strands each loop around a stator tooth, cooling via the cooling channels 12 is afflicted with problems, and the efficiency of the electric motor is also impaired by field weakening at the stator teeth 3.
  • noses 14 are provided between the stator teeth 3, each of which has a cooling channel 12.
  • these lugs 14 do not form any unequipped stator teeth and thus no auxiliary poles.
  • WO 2018/157242 A1 describes a stator arrangement with heat recovery for an electrical machine.
  • a coil 22 is arranged on each of the stator teeth 14.
  • Spool receiving slots are located between the stator teeth 14 18. These reel receiving slots each contain a triangular space-filling projection 20.
  • the triangular space-filling projections 202 can each include a triangular cavity 204, whereby a cooling fluid can flow, FIG. 5.
  • DE 10 2014 223 205 A1 describes a stator for an electric motor in which a coil of winding strands wraps around a stator tooth. Grooves of the stator are usually lined with an insulating material, here with an insulating paper 230. A thermally conductive intermediate layer 414, 412 is arranged on the insulating paper 230 in the area 326, 322 of a respective stator tooth, so that an improved dissipation of heat from the coils to the equipped Stand teeth is guaranteed so that the coils are protected from overheating.
  • Such a measure causes a high level of heating of the stator teeth, which creates a high level of heating at the air gap to the rotor equipped with permanent magnets, which weakens magnetic fields on the rotor and thereby reduces the efficiency of the electric motor.
  • a composite material 10 which comprises a paper 7, a fleece 9 and a resin 8, is arranged between the winding 4 and the pole shoe lamination packet 11.
  • This composite material 10 serves to dissipate heat generation from the coils on the respective pole shoe stacks 11 to form the pole shoe stacks.
  • a high level of heat is generated at the air gap.
  • a form-fitting connection of the tube group 28 to the stator and a form-fitting connection of the heat conducting plates 30 to the end windings 36 of the coils 16 is difficult to implement.
  • a heat-dissipating medium is arranged in order to conduct heat from the coils on the stator to the coil carriers, and thus to the equipped stator teeth, which results in a very high level of heating of the equipped stator teeth, causing a high temperature at the air gap in this area is present, which can impair a field of the permanent magnets on the rotor and at a high air temperature of around 40 ° and with a high continuous load on an electrical machine of an electric vehicle, the efficiency of the electrical machine is significantly impaired by a field weakening.
  • the invention is based on the idea of reducing heat generation from the coils on the stator directly, and of providing a stator for an electrical machine, with which heat from the coils is dissipated and not conducted to the coil carrier, and with which a high degree of efficiency during a Operation is achieved with a high continuous load applied to the electrical machine, and with which a high degree of efficiency is achieved with a high speed spread in order to be able to use such an electrical machine in an electric vehicle.
  • a cooling-optimized laminated core of a stator of an electrical machine with an arrangement of equipped stator teeth and unequipped stator teeth generates heat from coils on the stator, on the one hand, directly via a respective heat-conducting strip and via a respective unequipped stator tooth to the conclusion of the stator and to the housing of the electrical Machine guided, and the housing is cooled by coolant, which significantly reduces heat development at the air gap to the rotor
  • the unequipped stator teeth each contain a cooling channel, through which coolant can flow, which means that the coils on the stator can be cooled directly via an even more effective heat-dissipating medium between the coils and the unequipped stator teeth is achieved, and thereby a high degree of efficiency is achieved with a high continuous load applied to the electrical machine and a high efficiency rad is achieved at a high speed spread.
  • a stator of an electrical machine designed in this way is widely used and is used, among other things, in electric vehicles, with such a stator being able to be integrated into any current technology.
  • 1 to 4 are schematic representations of the laminated core of the stator of an electrical machine in an axial plan view.
  • FIG. 1 shows, in an axial plan view, a representation of the cooling-optimized laminated core of a stator of an electrical machine with a rotor equipped with a permanent magnet, the rotor not being shown.
  • a stator and a rotor of the electrical machine are designed and matched to one another in such a way that the stator 1 contains equipped stator teeth 2 and unequipped stator teeth 3 (auxiliary poles), and the rotor contains permanent magnets and rotor teeth, the equipped stator teeth being wrapped around by a coil 4 of winding phases.
  • the unequipped stator teeth 3 (auxiliary poles) have a width at the air gap which is kept smaller than a width of the equipped stator teeth and is kept wider than half the width of the equipped stator teeth 2 at the air gap.
  • the auxiliary poles 3 are required to effectively cool the coils 4 on the stator and to achieve a high degree of efficiency with a high speed spread in an electrical machine.
  • the equipped stator teeth preferably form separate laminated cores, and before the stator teeth 2 are inserted into the laminated core of the stator by means of a toothing, a coil 4 is previously arranged on a respective stator tooth 2.
  • a flexible heat-conducting tape 5 is placed around a respective coil 4, and the equipped stator teeth are arranged on the stator with a clamping force.
  • the full width of the coil 4 is directly connected to a respective coil and to a respective unequipped stator tooth 3.
  • the heat-conducting band also serves as an insulation means for the coils to the unequipped stator teeth and is designed in such a way that it has a height in one direction is easily deformable, and expands again after being compressed, the heat-conducting band 5 being stable in one width.
  • the laminated core of the stator 1 is positively connected to a housing 9 of the electrical machine, thus the coils 4 on the stator can be cooled directly via the housing of the electrical machine via a respective heat conducting band 5 and a respective unequipped stator tooth 3, and heat can be generated on the
  • the air gap to the rotor equipped with permanent magnets can be significantly reduced by means of a dissipation according to the invention of heat generation from the coils 4 on the stator via a heat-conducting strip 5 to the unequipped stator teeth 3 and to the back of the stator and to the housing 9 of the electrical machine.
  • the unequipped stator teeth 3 are kept larger in volume at the back of the stator than the equipped stator teeth 2 and at the air gap are kept smaller in a width than the equipped stator teeth 2, thus a heat build-up from the coils 4 is conducted to the unequipped stator teeth, and this results in the equipped stator teeth from one excessive heating relieved, whereby a heat development at the air gap to the rotor equipped with permanent magnets is significantly reduced.
  • the unequipped stator teeth of FIG. 1 can also each be designed with a cooling channel 6 according to FIG. 2.
  • the equipped stator teeth 2 and the unequipped stator teeth 3 of FIG. 1 can also be designed as individual elements, corresponding to FIG. 2, with no cooling channels being arranged in the unequipped stator teeth, corresponding to FIG. 1.
  • Fig. 2 shows a design with cooling channels.
  • Each unequipped stator tooth 3 'contains a circular cooling channel 6 through which coolant can flow.
  • the tubes 7 are bent into a U-shape and each inserted into two cooling channels, with the two open ends engaging in an end shield, and one open end engaging an inlet channel integrated in the end shield and the other open end engaging an outlet channel integrated in the end shield , and from the outside of the end shield there is a connection for the inlet channel and a connection for the outlet channel.
  • tubes 7 of the cooling channels 6 can be connected in series in the electric motor and have an inlet and an outlet for coolant, the inlet and the outlet being led out of the motor housing.
  • the individual tubes 7 are connected on one side to a coolant inlet device and on the other side to a coolant outlet device, this embodiment ensuring uniform cooling of the laminated core of the stator.
  • the tubes 7 can also consist of another material such as copper, or the tubes are designed as heat-conducting flexible hoses, the hoses having a stable, flexible inner core and a flexible outer skin. zen, whereby the flexible outer skin can be compressed and expands again.
  • the stator T is preferably formed from individual elements 8, 8 'of stator teeth 2', 3 ', one element 8 each carrying a coil 4 and representing an equipped stator tooth, and the other adjacent element 8' each containing a circular cooling channel 6 and represents an unequipped stator tooth.
  • a flexible heat conducting tape 5 is placed around a respective coil 4 of the stator teeth 2 'for a positive connection to the coils to the unequipped stator teeth.
  • One mode of operation of the heat-conducting tape is the same as that described above in FIG. 1.
  • a heat-dissipating medium can also be arranged in a form-fitting manner for the heat-conducting tape between the coils and the unequipped stator teeth, which is preferably arranged in a liquid form between the coils and the unequipped stator teeth and then hardens.
  • the heat-dissipating medium is arranged on a respective wire layer while the coils are being applied to a respective stator tooth.
  • a heat development of the coils 4 is reduced directly on the unequipped stator teeth 3 ', whereby the cooling channels 6 can be operated with minus degrees, and thus a lower temperature is present at the air gap to the rotor than the ambient temperature on the electrical machine.
  • the elements 8,8 ’ are arranged in a housing 9 of the electrical machine, the elements 8,8’ for a stand are combined to form a circle and arranged in the housing 9 with a clamping force.
  • a stand can also consist of a uniform laminated core.
  • Fig. 3 shows such a stator 10.
  • the coils on the stator are separated from one another by a respective unequipped stator tooth, and the coils 4 are automatically wound onto the stator teeth 11 in the case of stator teeth with pole horns, or in the case of larger machines, as shown in FIG. the coils are prefabricated and pushed onto the stator teeth, the stator teeth 11 being designed without pole horns, and after the arrangement of the coils onto the stator teeth a pole shoe can be pushed onto the stator teeth, as a result of which the equipped stator teeth 11 are kept narrower in width, so that more space is available for a respective coil 4, or a coil fuse is inserted.
  • a heat-conducting tape 5 is placed in each case by machine.
  • the heat-conducting tape is designed in such a way that it is pressed together in one direction of the height, and after being introduced around the coils, the heat-conducting tape expands again in this direction after a certain time, and thus the heat-conducting tape lies directly on the coils 4 and 4 with a positive fit On the unequipped stator teeth 12.
  • a heat-dissipating medium can alternatively be arranged according to the invention as described in FIG. 2, and the medium is in each case form-fitting with a respective coil 4 and with a respective unequipped stator tooth directly connected, the heat-dissipating medium also serving as an insulating means for the unequipped stator teeth 12.
  • a heat development of the coils on equipped stator teeth is thus conducted via a heat-dissipating medium to the unequipped stator teeth, whereby at least half of the heat development of the coils is conducted to the unequipped stator teeth and a heat development on the equipped stator teeth is halved, and thus heat development on the stator is evenly distributed, whereby cooling of the stator via a housing of the electrical machine is more efficient, and as a result heat development at the air gap is significantly reduced, and thus the rotor equipped with permanent magnets is exposed to a significantly lower thermal load.
  • the unequipped stator teeth 12 can also be provided with a cooling channel 6.
  • the stator 4 shows a layout where the unequipped stator teeth 12 ′ each have a cooling channel 6.
  • the stator 10 ' consists of a uniform laminated core, and the equipped stator teeth 11' can be designed with polo horns or be designed without pole horns, according to the layout of FIG. 3.
  • the coils 4 are arranged on the stator as described in FIG. 3.
  • the heat conducting tape 5 'or a heat dissipating medium is arranged as described above.
  • the cooling channels of the unequipped stator teeth are designed according to FIG. 2 and are operated accordingly.
  • the cooling channels 6 can also be operated at minus degrees, which results in a very high degree of efficiency with a very high overload capacity with such an electrical machine, and a high degree of efficiency with a high speed spread is achieved through a corresponding design of the stator and a rotor .

Abstract

The invention relates to a cooling-optimised laminated core for a stator (1') of an electrical machine, the stator comprising stator teeth (2') having coils (4), each coil (4) being wound around a respective stator tooth, and non-wound stator teeth (3') (auxiliary poles), wherein: each non-wound stator tooth contains a cooling channel (6); each cooling channel is provided with a pipe (7); a flexible heat-transfer medium strip (5) is laid around each coil (4) for interlocking connection to the coils and to the non-wound stator teeth, or a heat-transfer medium is provided between each coil and non-wound stator tooth pair; and heat accumulation in the coils (4) is dissipated to the non-wound stator teeth.

Description

Kühlungsoptimiertes Blechpaket für einen Ständer einer elektrischen Maschine Cooling-optimized laminated core for a stator of an electrical machine
Die Erfindung bezieht sich auf ein kühlungsoptimiertes Blechpaket für einen Ständer einer elektrischen Maschine, gemäß dem Hauptanspruch 1 und den nebengeordneten Patentansprüchen 2 und 3. The invention relates to a cooling-optimized laminated core for a stator of an electrical machine, according to the main claim 1 and the independent claims 2 and 3.
Eine Kühlung über ein Gehäuse einer elektrischen Maschine ist hinreichend bekannt, DE 101 41 393 A1, DE 10 2009 047 215 A1 und DE 10 2013 222 697 A1 beschrei ben eine solche Lösung. Cooling via a housing of an electrical machine is well known, DE 101 41 393 A1, DE 10 2009 047 215 A1 and DE 10 2013 222 697 A1 describe such a solution.
Bei einer Kühlung am Rückschluss eines Ständers über ein Gehäuse einer elektrischen Maschine besteht am Luftspalt zum Läufer immer noch eine hohe Wärmeentwicklung zum mit Permanentmagneten bestückten Läufer, wodurch ein Wirkungsgrad während eines Motorbetriebes beachtlich beeinträchtigt werden kann. When cooling at the yoke of a stator via a housing of an electrical machine, there is still a high level of heat generated at the air gap to the rotor compared to the rotor equipped with permanent magnets, which can considerably impair the efficiency during motor operation.
DE 103 52 814 A1 zeigt in Fig. 1 und 2 einen Ständer 5, der mit rechteckige und dreieckige- bzw. trapezförmige gestaltete Ständerzähne 2,3 abwechselnd in Umfangrichtung ausgebildet ist, wobei die rechteckförmigen Ständerzähne 2 mit jeweils einer Spule 6 von Wicklungssträngen bestückt sind und die trapezförmigen Ständerzähne 3 unbestückt sind. Das Blechpaket 1 des Ständers ist in einem Gehäuse 8 angeordnet, wobei das Gehäuse 8 Kühlkanäle 10 aufweist. DE 103 52 814 A1 shows in FIGS. 1 and 2 a stator 5 which is formed with rectangular and triangular or trapezoidal stator teeth 2, 3 alternating in the circumferential direction, the rectangular stator teeth 2 each being equipped with a coil 6 of winding strands and the trapezoidal stator teeth 3 are unequipped. The laminated core 1 of the stator is arranged in a housing 8, the housing 8 having cooling channels 10.
Eine Kühlung des Blechpaketes des Ständers über ein Gehäuse einer elektrischen Maschine ist für einen mit Permanentmagneten bestückten Läufer nicht ausreichend, da keine wärmeübertragende Mittel für die Spulen am Ständer vorgesehen sind, und somit eine hohe Wärmeentwicklung an den bestückten Ständerzähnen erfolgen kann und eine hohe Wärmeentwicklung am Luftspalt zum mit Permanentmagneten bestückten Läufer vorhanden ist, wodurch bei einer hohen anliegenden Dauerlast an der elektrischen Maschine, durch eine zu hohe Wärmeentwicklung zu den Permanentmagneten am Läufer, ein Wirkungsgrad durch Feldschwächung am Läufer stark reduziert werden kann. Cooling the laminated core of the stator via a housing of an electrical machine is not sufficient for a rotor equipped with permanent magnets, since no heat-transferring means are provided for the coils on the stator, and thus a high level of heat can be generated on the equipped stator teeth and a high level of heat on the There is an air gap to the rotor equipped with permanent magnets, which means that when there is a high continuous load on the electrical machine, the efficiency can be greatly reduced by weakening the field on the rotor due to excessive heat generation from the permanent magnets on the rotor.
US 7 884 520 B2 beschreibt einen bürstenlosen Elektromotor, bei dem am Ständer bestückte Ständerzähne 61 und unbestückte Ständerzähne 12 angeordnet sind, wobei die bestückten Ständerzähne 61 aus separaten Blechpaketen gebildet sind. US 2005/0258706 A1 zeigt eine elektrische Maschine 10 mit einem segmentierten Ständer 14, der in einem Gehäuse 12 integriert ist, und die Segmente des Ständers beinhalten jeweils ein Ständersegmentrückschluss 20 und einen Ständerzahn 22, wobei jeder zweite Ständerzahn mit einer Spule 24 von Wicklungssträngen A,B,C bestückt ist und jeder zweite Ständerzahn unbestückt ist. No. 7 884 520 B2 describes a brushless electric motor in which stator teeth 61 and unequipped stator teeth 12 are arranged on the stator, the equipped stator teeth 61 being formed from separate laminated cores. US 2005/0258706 A1 shows an electrical machine 10 with a segmented stator 14 which is integrated in a housing 12, and the segments of the stator each contain a stator segment yoke 20 and a stator tooth 22, with every second stator tooth having a coil 24 of winding strands A. , B, C is equipped and every second stator tooth is empty.
Ständerzähne mit einem jeweiligen Kühlungskanal sind bekannt. Stator teeth with a respective cooling channel are known.
DE 19851 439 A1 beschreibt einen Reluktanzmotor mit einer Kühlung des Ständers. Fig. 1 zeigt einen Ständer, bei dem am äußeren Umfang Zähne 4 angeordnet sind wodurch Nuten 5 gebildet sind. Der Ständer ist in einem Gehäuse 7 angeordnet. Das Gehäuse 7 dichtet die Nuten 5 ab, so dass die Nuten 5 Kanäle bilden. DE 19851 439 A1 describes a reluctance motor with cooling of the stator. Fig. 1 shows a stand in which teeth 4 are arranged on the outer circumference, whereby grooves 5 are formed. The stand is arranged in a housing 7. The housing 7 seals the grooves 5 so that the grooves 5 form channels.
Bei einem Elektromotor mit einem Permanentmagneten bestückten Läufer besteht am Luftspalt zum Läufer immer noch eine hohe Wärmeentwicklung, wodurch ein Wirkungsgrad des Elektromotors reduziert wird durch Feldschwächung der Permanentmagnete. In the case of an electric motor equipped with a permanent magnet, a high amount of heat is still generated at the air gap to the rotor, which reduces the efficiency of the electric motor by weakening the field of the permanent magnets.
Bei der Fig. 2 sind Kühlungskanäle 12 in den Ständerzähnen 3 vorgesehen. Da Spulen von Wicklungssträngen jeweils einen Ständerzahn umschlingen, ist eine Kühlung über die Kühlungskanäle 12 mit Problemen behaftet, wobei außerdem noch ein Wirkungsgrad des Elektromotors beeinträchtigt wird durch Feldschwächung an den Ständerzähnen 3. In FIG. 2, cooling channels 12 are provided in the stator teeth 3. Since coils of winding strands each loop around a stator tooth, cooling via the cooling channels 12 is afflicted with problems, and the efficiency of the electric motor is also impaired by field weakening at the stator teeth 3.
Des weiteren sind Nasen 14 zwischen den Ständerzähnen 3 vorgesehen, die jeweils einen Kühlungskanal 12 aufweisen. Bei einer solche Anordnung ist ein formschlüssiger Anschluss an die Spulen der Wicklungsstränge nicht vorhanden, und außerdem bilden diese Nasen 14 keine unbestückten Ständerzähne und somit keine Hilfspole. Des weiteren wird vorgeschlagen ein Rohr 13 in einer Dreiecksform zwischen den Ständerzähnen 3 anzuordnen, auch bei dieser Lösung ist ein formschlüssiger Anschluss an die Spulen der Wicklungsstränge nicht vorhanden. Furthermore, noses 14 are provided between the stator teeth 3, each of which has a cooling channel 12. In such an arrangement there is no form-fitting connection to the coils of the winding phases, and in addition these lugs 14 do not form any unequipped stator teeth and thus no auxiliary poles. Furthermore, it is proposed to arrange a tube 13 in a triangular shape between the stator teeth 3; in this solution, too, there is no positive connection to the coils of the winding phases.
WO 2018/157242 A1 beschreibt eine Ständeranordnung mit Wärmerückgewinnung für eine elektrische Maschine. An den Ständerzähnen 14 ist jeweils eine Spule 22 angeordnet. Zwischen den Ständerzähnen 14 befinden sich Spulenaufnahmeschlitze 18. Diese Spulenaufnahmeschlitze beinhalten jeweils einen dreieckigen raumfüllenden Vorsprung 20. WO 2018/157242 A1 describes a stator arrangement with heat recovery for an electrical machine. A coil 22 is arranged on each of the stator teeth 14. Spool receiving slots are located between the stator teeth 14 18. These reel receiving slots each contain a triangular space-filling projection 20.
Die dreieckigen Raumfüllungsprojektionen 202 können jeweils einen dreieckigen Hohlraum 204 beinhalten, wodurch ein Kühlfluid fließen kann, Fig. 5. The triangular space-filling projections 202 can each include a triangular cavity 204, whereby a cooling fluid can flow, FIG. 5.
Auch hier sind keine wärmeübertragende Mittel für die Spulen am Ständer vorgesehen, und somit ist eine hohe Wärmeentwicklung an den Ständerzähnen zum Luftspalt vorhanden. Here, too, no heat-transferring means are provided for the coils on the stator, and thus a high level of heat is generated on the stator teeth to the air gap.
DE 10 2014 223 205 A1 beschreibt einen Ständer für einen Elektromotor, bei dem eine Spule von Wicklungssträngen jeweils einen Ständerzahn umschlingt. Nuten des Ständers sind üblicherweise mit einem Isoliermaterial ausgekleidet, hier mit einem Isolierpapier 230. Auf das Isolierpapier 230 ist jeweils im Bereich 326, 322 eines jeweiligen Ständerzahns eine thermisch leitende Zwischenschicht 414, 412 angeordnet, damit eine verbesserte Ableitung einer Wärmeentwicklung der Spulen zu den bestückten Ständerzähnen gewährleistet ist damit die Spulen vor einer Überhitzung geschützt sind. DE 10 2014 223 205 A1 describes a stator for an electric motor in which a coil of winding strands wraps around a stator tooth. Grooves of the stator are usually lined with an insulating material, here with an insulating paper 230. A thermally conductive intermediate layer 414, 412 is arranged on the insulating paper 230 in the area 326, 322 of a respective stator tooth, so that an improved dissipation of heat from the coils to the equipped Stand teeth is guaranteed so that the coils are protected from overheating.
Durch eine solche Maßnahme wird eine hohe Erwärmung der Ständerzähne verursacht, wodurch eine hohe Erwärmung am Luftspalt zu dem mit Permanentmagneten bestückten Läufer entsteht, womit Magnetfelder am Läufer geschwächt werden, und hierdurch ein Wirkungsgrad des Elektromotors reduziert wird. Such a measure causes a high level of heating of the stator teeth, which creates a high level of heating at the air gap to the rotor equipped with permanent magnets, which weakens magnetic fields on the rotor and thereby reduces the efficiency of the electric motor.
DE 10 2011 006 680 A1 beschreibt eine Blechpaketanordnung eines elektrischen Generators. Zwischen der Wicklung 4 und dem Polschuhblechpaket 11 ist ein Verbundwerkstoff 10 angeordnet, welches ein Papier 7, ein Vlies 9 und ein Harz 8 aufweist. Dieser Verbundwerkstoff 10 dient zur Ableitung einer Wärmeentwicklung der Spulen auf die jeweiligen Polschuhblechpakete 11 zu den Polschuhblechpaketen. Auch hier wird eine hohe Wärmeentwicklung am Luftspalt verursacht. DE 10 2011 006 680 A1 describes a laminated core arrangement of an electrical generator. A composite material 10, which comprises a paper 7, a fleece 9 and a resin 8, is arranged between the winding 4 and the pole shoe lamination packet 11. This composite material 10 serves to dissipate heat generation from the coils on the respective pole shoe stacks 11 to form the pole shoe stacks. Here, too, a high level of heat is generated at the air gap.
DE 10 2012 224 375 A1 beschreibt ein Verfahren zum Wickeln einer Erregerspule für eine elektrische Maschine. Eine erzeugte Abwärme der Erregerspule wird über das zwischen dem Wicklungsstrang und der Erregerspule angeordnete wärmeleitfähige Medium direkt und effizient zum Wicklungsträger abgeführt. Durch das wärmeleitfähige Medium wird eine Absenkung des thermischen Widerstandes zwischen Wiek- lung und Wicklungsträger erzielt, die es erlaubt, die Leistungsdichte in der elektrischen Maschine weiter zu erhöhen. DE 10 2012 224 375 A1 describes a method for winding an excitation coil for an electrical machine. Any waste heat generated by the excitation coil is dissipated directly and efficiently to the winding carrier via the thermally conductive medium arranged between the winding phase and the excitation coil. The thermally conductive medium reduces the thermal resistance between Wiek- Development and winding carrier achieved, which allows the power density in the electrical machine to be increased further.
Auch hier wird eine Wärmeentwicklung der Spulen auf den Ständerzähnen zum Ständerzahn geleitet, wodurch eine hohe Wärmeentwicklung am Luftspalt verursacht wird. Here, too, heat generated by the coils on the stator teeth is conducted to the stator tooth, which causes a high level of heat build-up at the air gap.
DE 10 2012 023 320 A1 beschreibt einen Ständer 12 für eine elektrische Maschine, und der Ständer 12 wird mit Kühlmittel gekühlt. Am Außenumfang des Ständers sind mittig hinter jedem Ständerzahn Nuten 20 vorhanden, und in diese Nuten 20 wird jeweils ein Kühlmittelrohr einer Rohrbaugruppe 28 angeordnet. Fig. 2 zeigt eine sol che Rohrbaugruppe 28, wobei die Wickelköpfe 36 der Spulen 16 von Wicklungssträngen über Wärmeleitplatten 30, die mit der Rohrbaugruppe 28 verbunden sind, gekühlt werden. DE 10 2012 023 320 A1 describes a stator 12 for an electrical machine, and the stator 12 is cooled with coolant. On the outer circumference of the stator, grooves 20 are provided centrally behind each stator tooth, and a coolant pipe of a pipe assembly 28 is arranged in each of these grooves 20. 2 shows such a tube assembly 28, the end windings 36 of the coils 16 being cooled by winding strands via heat-conducting plates 30 which are connected to the tube assembly 28.
Einen formschlüssigen Anschluss der Rohrgruppe 28 am Ständer und ein form- schlüssiger Anschluss der Wärmeleitplatten 30 an die Wickelköpfe 36 der Spulen 16 ist schwer durchführbar. Außerdem ist hin zum Luftspalt und zum mit Permanentmagneten bestückten Läufer immer noch eine hohe Wärmeentwicklung vorhanden. A form-fitting connection of the tube group 28 to the stator and a form-fitting connection of the heat conducting plates 30 to the end windings 36 of the coils 16 is difficult to implement. In addition, there is still a high level of heat development towards the air gap and the rotor equipped with permanent magnets.
DE 10 2017 214 427 A1 beschreibt einen Ständer 12 für eine elektrische Maschine, wobei im Rückschluss des Ständers Kühlungskanäle 24 vorhanden sind. In diese Kühlungskanäle 24 ist jeweils ein Leitungselement 26 angeordnet, das jeweils einen ersten Kühlkanal 28 darstellt, wobei die Endkappen 20 (Lagerschilde) jeweils einen zweiten Kühlkanal 34 aufweisen, die jeweils mit dem ersten Kühlkanal verbunden ist. Auch hier ist noch eine hohe Wärmeentwicklung am Luftspalt vorhanden. DE 10 2017 214 427 A1 describes a stator 12 for an electrical machine, with cooling channels 24 being present in the back of the stator. A line element 26 is arranged in each of these cooling channels 24, each representing a first cooling channel 28, the end caps 20 (end shields) each having a second cooling channel 34 which is each connected to the first cooling channel. Here, too, there is still a lot of heat generated at the air gap.
DE 10 2013 105 553 A1 beschreibt ein elektrisches Maschinenmodul, bei dem im Rückschluss des Ständers Ständerkanäle 30 angeordnet sind, in diese Ständerkanäle 30 ist jeweils ein Kühlmittelelement 64 integriert. Endkappen 16,18 (Lagerschilde) stehen mit den Kühlmittelelementen 64 in Verbindung, wobei einer der Endkappen ein Einlassanschluss 92 und ein Auslassanschluss 94 für Kühlmittel aufweist. DE 10 2013 105 553 A1 describes an electrical machine module in which stator ducts 30 are arranged in the back of the stator, and a coolant element 64 is integrated into each of these stator ducts 30. End caps 16, 18 (end shields) are connected to the coolant elements 64, one of the end caps having an inlet connection 92 and an outlet connection 94 for coolant.
Auch hier besteht noch eine hohe Wärmeentwicklung zum Luftspalt des Elektromotors, und somit zum mit Permanentmagneten bestückten Läufer, wodurch ein Wirkungsgrad des Elektromotors beachtlich beeinträchtigt werden kann. Bei dem Stand der Technik wird ein wärmeableitendes Medium angeordnet, um eine Wärme der Spulen am Ständer zu den Spulenträgern zu leiten, und somit zu den bestückten Ständerzähnen, hierdurch erfolgt eine sehr hohe Erwärmung der bestückten Ständerzähne, wodurch am Luftspalt in diesem Bereich eine hohe Temperatur vorhanden ist, die ein Feld der Permanentmagnete am Läufer beinträchtigen kann und bei einer hohen Lufttemperatur um die 40° und bei einer hohen Dauerlast an einer elektrischen Maschine eines Elektrofahrzeugs, wird ein Wirkungsgrad der elektrischen Maschine, durch eine Feldschwächung, erheblich beeinträchtigt. Here, too, there is still a high level of heat development to the air gap of the electric motor, and thus to the rotor equipped with permanent magnets, which can considerably impair the efficiency of the electric motor. In the prior art, a heat-dissipating medium is arranged in order to conduct heat from the coils on the stator to the coil carriers, and thus to the equipped stator teeth, which results in a very high level of heating of the equipped stator teeth, causing a high temperature at the air gap in this area is present, which can impair a field of the permanent magnets on the rotor and at a high air temperature of around 40 ° and with a high continuous load on an electrical machine of an electric vehicle, the efficiency of the electrical machine is significantly impaired by a field weakening.
Für eine elektrische Maschine mit einem Permanentmagneten bestückten Läufer, der im Besonderen bei einem Elektrofahrzeug zum Einsatz kommt, ist es besonders wichtig eine hohe Wärmeentwicklung der Spulen am Ständer so gering wie möglich zu halten, wobei unmittelbar nebeneinander liegende Spulen am Ständer zu vermeiden sind, und eine volle Wärmeableitung der Spulen zu den Spulenträgern zu verhindern ist. Um einen hohen Wirkungsgrad während eines Betriebes einer elektrischen Maschine bei einer hohen anliegenden Dauerlast an die elektrische Maschine aufrecht zu halten. For an electrical machine with a rotor equipped with a permanent magnet, which is used in particular in an electric vehicle, it is particularly important to keep a high level of heat generated by the coils on the stator as low as possible, avoiding coils lying next to one another on the stator, and a full heat dissipation of the coils to the coil carriers is to be prevented. In order to maintain a high degree of efficiency during operation of an electrical machine with a high continuous load applied to the electrical machine.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Wärmeentwicklung der Spulen am Ständer unmittelbar zu reduzieren, und einen Ständer für eine elektrische Maschine bereit zu stellen, womit eine Wärme der Spulen abgeleitet wird, und nicht zum Spulenträger geleitet wird, und womit ein hoher Wirkungsgrad während eines Betriebes bei einer hohen anliegenden Dauerlast an die elektrische Maschine erreicht wird, und womit ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erreicht wird, um eine solche elektrische Maschine bei einem Elektrofahrzeug einsetzen zu können. Hier setzt die Erfindung ein, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für einen Ständer einer elektrischen Maschine zu schaffen, womit eine Wärme der Spulen am Ständer von einer jeweiligen Spule abgeleitet wird und die Spulen am Ständer unmittelbar und effektiv gekühlt werden können bei einer elektrischen Maschine mit einem Permanentmagneten bestückten Läufer, um einen hohen Wirkungsgrad bei einer hohen anliegenden Dauerlast an der elektrischen Maschine aufrecht zu erhalten und um einen hohen Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung zu erzielen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs 1 und den nebengeordneten Patentansprüchen 2 und 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen. The invention is based on the idea of reducing heat generation from the coils on the stator directly, and of providing a stator for an electrical machine, with which heat from the coils is dissipated and not conducted to the coil carrier, and with which a high degree of efficiency during a Operation is achieved with a high continuous load applied to the electrical machine, and with which a high degree of efficiency is achieved with a high speed spread in order to be able to use such an electrical machine in an electric vehicle. This is where the invention comes in, and it is based on the object of creating a solution for a stator of an electrical machine, with which heat from the coils on the stator is dissipated from a respective coil and the coils on the stator can be cooled directly and effectively an electrical machine equipped with a permanent magnet rotor in order to maintain a high level of efficiency with a high continuous load applied to the electrical machine and to achieve a high level of efficiency with a high speed spread. This object is achieved by the features of main claim 1 and the independent claims 2 and 3. Advantageous embodiments of the invention can be found in the remaining claims and the description.
Erfindungsgemäß wird durch ein kühlungsoptimiertes Blechpaket eines Ständers einer elektrischen Maschine mit einer Anordnung bestückter Ständerzähne und unbe- stückter Ständerzähne eine Wärmeentwicklung von Spulen am Ständer einerseits unmittelbar über ein jeweiliges Wärmeleitmittelband und über einen jeweiligen unbe- stückten Ständerzahn zum Rückschluss des Ständers und zum Gehäuse der elektrischen Maschine geleitet, und das Gehäuse wird durch Kühlmittel gekühlt, wodurch eine Wärmeentwicklung am Luftspalt zum Läufer deutlich reduziert ist, und andererseits beinhalten erfindungsgemäß die unbestückten Ständerzähne jeweils einen Kühlungskanal, wodurch Kühlmittel fließen kann, womit eine noch effektivere unmittelbare Kühlung der Spulen am Ständer über ein wärmeableitendes Medium zwischen den Spulen und den unbestückten Ständerzähnen erzielt wird, und hierdurch einen hohen Wirkungsgrad bei einer hohen anliegenden Dauerlast an der elektrischen Maschine erzielt wird und einen hohen Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erzielt wird. According to the invention, a cooling-optimized laminated core of a stator of an electrical machine with an arrangement of equipped stator teeth and unequipped stator teeth generates heat from coils on the stator, on the one hand, directly via a respective heat-conducting strip and via a respective unequipped stator tooth to the conclusion of the stator and to the housing of the electrical Machine guided, and the housing is cooled by coolant, which significantly reduces heat development at the air gap to the rotor, and on the other hand, according to the invention, the unequipped stator teeth each contain a cooling channel, through which coolant can flow, which means that the coils on the stator can be cooled directly via an even more effective heat-dissipating medium between the coils and the unequipped stator teeth is achieved, and thereby a high degree of efficiency is achieved with a high continuous load applied to the electrical machine and a high efficiency rad is achieved at a high speed spread.
Ein derartig ausgebildeter Ständer einer elektrischen Maschine findet breite Anwendung und kommt unter anderem bei Elektrofahrzeugen zur Anwendung, wobei ein solcher Ständer sich in eine jede aktuelle Technologie integrieren lässt. A stator of an electrical machine designed in this way is widely used and is used, among other things, in electric vehicles, with such a stator being able to be integrated into any current technology.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Dabei zeigt: It shows:
Fig. 1 bis 4 in axialer Draufsicht schematische Darstellungen vom Blechpaket des Ständers einer elektrischen Maschine. 1 to 4 are schematic representations of the laminated core of the stator of an electrical machine in an axial plan view.
Fig. 1 zeigt in axialer Draufsicht eine Darstellung vom kühlungsoptimierten Blechpaket eines Ständers einer elektrischen Maschine mit einem Permanentmagneten bestückten Läufer, wobei der Läufer nicht dargestellt ist. 1 shows, in an axial plan view, a representation of the cooling-optimized laminated core of a stator of an electrical machine with a rotor equipped with a permanent magnet, the rotor not being shown.
Ein Ständer und ein Läufer der elektrischen Maschine sind derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt, dass der Ständer 1 bestückte Ständerzähne 2 und unbe- stückte Ständerzähne 3 (Hilfspole) beinhaltet, und der Läufer Permanentmagnete und Läuferzähne aufweist, wobei die bestückten Ständerzähne jeweils von einer Spule 4 von Wicklungssträngen umschlungen sind. Die unbestückten Ständerzähne 3 (Hilfspole) besitzen am Luftspalt eine Breite, die geringer gehalten ist wie eine Breite der bestückten Ständerzähne und breiter gehalten ist wie eine halbe Breite der bestückten Ständerzähne 2 am Luftspalt. Die Hilfspole 3 sind erforderlich, um die Spulen 4 am Ständer effektiv zu kühlen und um einen hohen Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung bei einer elektrischen Maschine zu erzielen. A stator and a rotor of the electrical machine are designed and matched to one another in such a way that the stator 1 contains equipped stator teeth 2 and unequipped stator teeth 3 (auxiliary poles), and the rotor contains permanent magnets and rotor teeth, the equipped stator teeth being wrapped around by a coil 4 of winding phases. The unequipped stator teeth 3 (auxiliary poles) have a width at the air gap which is kept smaller than a width of the equipped stator teeth and is kept wider than half the width of the equipped stator teeth 2 at the air gap. The auxiliary poles 3 are required to effectively cool the coils 4 on the stator and to achieve a high degree of efficiency with a high speed spread in an electrical machine.
Die bestückten Ständerzähne bilden vorzugsweise separate Blechpakete, und bevor die Ständerzähne 2 mittels einer Verzahnung in das Blechpaket des Ständers eingesetzt werden, wird zuvor jeweils eine Spule 4 auf einen jeweiligen Ständerzahn 2 angeordnet. Für einen formschlüssigen Anschluss der Spulen 4 an die unbestückten Ständerzähne 3 wird erfindungsgemäß ein flexibles Wärmeleitmittelband 5 um eine jeweilige Spule 4 gelegt, und die bestückten Ständerzähne werden mit einer Spannkraft am Ständer angeordnet. Das Wärmeleitmittelband 5 liegt unmittelbar mit einer vollen Breite der Spulen 4 formschlüssig an einer jeweiligen Spule und an einem jeweiligen unbestückten Ständerzahn 3. Das Wärmeleitmittelband dient gleichzeitig als Isolationsmittel für die Spulen zu den unbestückten Ständerzähnen und ist derart gestaltet, dass es in einer Richtung einer Höhe leicht verformbar ist, und sich nach einem Zusammendrücken wieder ausdehnt, wobei das Wärmeleitmittelband 5 in einer Breite stabil ist. The equipped stator teeth preferably form separate laminated cores, and before the stator teeth 2 are inserted into the laminated core of the stator by means of a toothing, a coil 4 is previously arranged on a respective stator tooth 2. For a positive connection of the coils 4 to the unequipped stator teeth 3, according to the invention, a flexible heat-conducting tape 5 is placed around a respective coil 4, and the equipped stator teeth are arranged on the stator with a clamping force. The full width of the coil 4 is directly connected to a respective coil and to a respective unequipped stator tooth 3. The heat-conducting band also serves as an insulation means for the coils to the unequipped stator teeth and is designed in such a way that it has a height in one direction is easily deformable, and expands again after being compressed, the heat-conducting band 5 being stable in one width.
Das Blechpaket des Ständers 1 ist mit einem Gehäuse 9 der elektrischen Maschine formschlüssig verbunden, somit kann über ein jeweiliges Wärmeleitmittelband 5 und über einen jeweiligen unbestückten Ständerzahn 3, die Spulen 4 am Ständer unmittelbar über das Gehäuse der elektrischen Maschine gekühlt werden, und eine Wärmeentwicklung am Luftspalt zum mit Permanentmagneten bestückten Läufer kann hierdurch deutlich reduziert werden, durch eine erfindungsgemäße Ableitung einer Wärmeentwicklung der Spulen 4 am Ständer über ein Wärmeleitmittelband 5 zu den unbestückten Ständerzähnen 3 und zum Rückschluss des Ständers und zum Gehäuse 9 der elektrischen Maschine. Die unbestückten Ständerzähne 3 sind am Rückschluss des Ständers volumenmäßig größer gehalten wie die bestückten Ständerzähne 2 und am Luftspalt in einer Breite kleiner gehalten wie die bestückten Ständerzähne 2, somit wird eine Wärmeentwicklung der Spulen 4 zu den unbestückten Ständerzähnen geleitet, und hierdurch sind die bestückten Ständerzähne von einer zu hohen Erwärmung entlastet, wodurch eine Wärmeentwicklung am Luftspalt zum mit Permanentmagneten bestückten Läufer deutlich reduziert ist. The laminated core of the stator 1 is positively connected to a housing 9 of the electrical machine, thus the coils 4 on the stator can be cooled directly via the housing of the electrical machine via a respective heat conducting band 5 and a respective unequipped stator tooth 3, and heat can be generated on the The air gap to the rotor equipped with permanent magnets can be significantly reduced by means of a dissipation according to the invention of heat generation from the coils 4 on the stator via a heat-conducting strip 5 to the unequipped stator teeth 3 and to the back of the stator and to the housing 9 of the electrical machine. The unequipped stator teeth 3 are kept larger in volume at the back of the stator than the equipped stator teeth 2 and at the air gap are kept smaller in a width than the equipped stator teeth 2, thus a heat build-up from the coils 4 is conducted to the unequipped stator teeth, and this results in the equipped stator teeth from one excessive heating relieved, whereby a heat development at the air gap to the rotor equipped with permanent magnets is significantly reduced.
Die unbestückten Ständerzähne der Fig. 1 können auch jeweils mit einem Kühlungskanal 6 entsprechend der Fig. 2 ausgebildet sein. The unequipped stator teeth of FIG. 1 can also each be designed with a cooling channel 6 according to FIG. 2.
Die bestückten Ständerzähne 2 und die unbestückten Ständerzähne 3 der Fig. 1 können auch als Einzelelemente ausgebildet sein, entsprechend der Fig. 2, wobei keine Kühlungskanäle in den unbestückten Ständerzähnen angeordnet sind, entsprechend der Fig. 1. The equipped stator teeth 2 and the unequipped stator teeth 3 of FIG. 1 can also be designed as individual elements, corresponding to FIG. 2, with no cooling channels being arranged in the unequipped stator teeth, corresponding to FIG. 1.
Fig. 2 zeigt eine Auslegung mit Kühlungskanälen. Fig. 2 shows a design with cooling channels.
Ein jeweiliger unbestückter Ständerzahn 3’ beinhaltet jeweils einen kreisrunden Kühlungskanal 6, wodurch Kühlmittel durchfließen kann. Each unequipped stator tooth 3 'contains a circular cooling channel 6 through which coolant can flow.
Vorzugsweise befindet sich in den Kühlungskanälen 6 jeweils ein Rohr 7, das aus Kupfer bestehen kann. Auf einer einen Seite des Elektromotors können diese Rohre 7 durch ein Lagerschild des Elektromotors geführt sein, und auf einer anderen Seite des Elektromotors, wo die Spulen 4 der Wicklungsstränge verdrahtet sind, können die Rohre 7 seitlich aus dem Motorengehäuse geführt sein. A tube 7, which can be made of copper, is preferably located in each of the cooling channels 6. On one side of the electric motor, these tubes 7 can be guided through a bearing plate of the electric motor, and on another side of the electric motor, where the coils 4 of the winding phases are wired, the tubes 7 can be guided laterally out of the motor housing.
Oder die Rohre 7 werden U-förmig gebogen und jeweils in zwei Kühlungskanäle eingeführt, wobei die zwei offenen Enden in ein Lagerschild greifen, und das eine offene Ende in ein im Lagerschild integrierten Einlasskanal greift und das andere offene Ende in ein im Lagerschild integrierten Auslasskanal greift, und von außen am Lagerschild ein Anschluss für den Einlasskanal, und ein Anschluss für den Auslasskanal vorhanden ist. Or the tubes 7 are bent into a U-shape and each inserted into two cooling channels, with the two open ends engaging in an end shield, and one open end engaging an inlet channel integrated in the end shield and the other open end engaging an outlet channel integrated in the end shield , and from the outside of the end shield there is a connection for the inlet channel and a connection for the outlet channel.
Oder die Rohre 7 der Kühlungskanäle 6 können im Elektromotor in Reihe geschaltet sein, und einen Eingang und einen Ausgang für Kühlmittel aufweisen, wobei der Eingang und der Ausgang aus dem Motorgehäuse geführt sind. Or the tubes 7 of the cooling channels 6 can be connected in series in the electric motor and have an inlet and an outlet for coolant, the inlet and the outlet being led out of the motor housing.
Oder die einzelnen Rohre 7 sind mit einer einen Seite an eine Kühlmitteleinlassein richtung angeschlossen und mit einer anderen Seite an eine Kühlmittelauslasseinrichtung angeschlossen, wobei diese Ausführung eine gleichmäßige Kühlung des Blechpaketes des Ständers gewährleistet. Or the individual tubes 7 are connected on one side to a coolant inlet device and on the other side to a coolant outlet device, this embodiment ensuring uniform cooling of the laminated core of the stator.
Die Rohre 7 können auch aus einem anderen Material wie Kupfer bestehen, oder die Rohre sind als wärmeleitende flexible Schläuche ausgebildet, wobei die Schläuche einen stabilen biegsamen Innenkern aufweisen und eine flexible Außenhaut besit- zen, wobei die flexible Außenhaut sich zusammendrücken lässt und sich wieder ausdehnt. The tubes 7 can also consist of another material such as copper, or the tubes are designed as heat-conducting flexible hoses, the hoses having a stable, flexible inner core and a flexible outer skin. zen, whereby the flexible outer skin can be compressed and expands again.
Der Ständer T ist vorzugsweise aus Einzelelementen 8,8’ von Ständerzähnen 2’, 3’ gebildet, wobei das eine Element 8 jeweils eine Spule 4 trägt und einen bestückten Ständerzahn darstellt, und das andere daneben liegende Element 8’ beinhaltet jeweils einen kreisrunden Kühlungskanal 6 und stellt einen unbestückten Ständerzahn dar. The stator T is preferably formed from individual elements 8, 8 'of stator teeth 2', 3 ', one element 8 each carrying a coil 4 and representing an equipped stator tooth, and the other adjacent element 8' each containing a circular cooling channel 6 and represents an unequipped stator tooth.
Auch hier ist jeweils für einen formschlüssigen Anschluss an den Spulen zu den unbestückten Ständerzähnen erfindungsgemäß ein flexibles Wärmeleitmittelband 5 um eine jeweilige Spule 4 der Ständerzähne 2’ gelegt. Eine Wirkungsweise des Wärmeleitmittelbandes ist die gleiche wie zuvor in der Fig. 1 beschrieben. Here, too, according to the invention, a flexible heat conducting tape 5 is placed around a respective coil 4 of the stator teeth 2 'for a positive connection to the coils to the unequipped stator teeth. One mode of operation of the heat-conducting tape is the same as that described above in FIG. 1.
Alternativ kann auch für das Wärmeleitmittelband zwischen den Spulen und den unbestückten Ständerzähnen formschlüssig ein wärmeableitendes Medium angeordnet sein, das vorzugsweise in einer flüssigen Form zwischen den Spulen und den unbestückten Ständerzähnen angeordnet wird und danach aushärtet. Damit eine Wärmeentwicklung der Spulen am Ständer noch wirksamer zu den unbestückten Ständerzähnen geleitet wird, erfolgt während einer Aufbringung der Spulen auf einen jeweiligen Ständerzahn bei einer jeweiligen Drahtschicht eine Anordnung des wärmeablei- tenden Mediums. Alternatively, a heat-dissipating medium can also be arranged in a form-fitting manner for the heat-conducting tape between the coils and the unequipped stator teeth, which is preferably arranged in a liquid form between the coils and the unequipped stator teeth and then hardens. In order that the generation of heat from the coils on the stator is conducted even more effectively to the unequipped stator teeth, the heat-dissipating medium is arranged on a respective wire layer while the coils are being applied to a respective stator tooth.
Eine Wärmeentwicklung der Spulen 4 wird unmittelbar an den unbestückten Ständerzähnen 3’ reduziert, wobei die Kühlungskanäle 6 mit Minusgraden betrieben werden können, und somit am Luftspalt zum Läufer eine niedrigere Temperatur vorhanden ist wie eine Umgebungstemperatur an der elektrischen Maschine. A heat development of the coils 4 is reduced directly on the unequipped stator teeth 3 ', whereby the cooling channels 6 can be operated with minus degrees, and thus a lower temperature is present at the air gap to the rotor than the ambient temperature on the electrical machine.
Bei einer Anordnung der Elemente 8,8’ in einem Gehäuse 9 der elektrischen Maschine, werden die Elemente 8,8’ für einen Ständer, zu einem Kreis zusammen ge fügt und mit einer Spannkraft im Gehäuse 9 angeordnet. If the elements 8,8 ’are arranged in a housing 9 of the electrical machine, the elements 8,8’ for a stand are combined to form a circle and arranged in the housing 9 with a clamping force.
Ein Ständer kann auch aus einem einheitlichen Blechpaket bestehen. A stand can also consist of a uniform laminated core.
Fig. 3 zeigt einen solchen Ständer 10. Die Spulen am Ständer sind durch einen jeweiligen unbestückten Ständerzahn voneinander getrennt, und die Spulen 4 werden bei Ständerzähnen mit Polhörnern maschinell auf die Ständerzähne 11 aufgespult, oder bei größeren Maschinen, wie in Fig. 3 dargestellt, werden die Spulen vorgefertigt und auf die Ständerzähne geschoben, wobei die Ständerzähne 11 ohne Polhörner ausgebildet sind, und nach der Anordnung der Spulen auf die Ständerzähne kann ein Polschuh auf die Ständerzähne geschoben werden, wodurch die bestückten Ständerzähne 11 in einer Breite schmaler gehalten sind, womit für eine jeweilige Spule 4 mehr Raum zur Verfügung steht, oder es wird eine Spulensicherung eingeschoben. Um die Spulen 4 der bestückten Ständerzähne 11 wird maschinell jeweils ein Wärmeleitmittelband 5’ gelegt. Das Wärmeleitmittelband ist derart ausgebildet, dass es in einer Richtung der Höhe zusammen gepresst ist, und nach dem Einbringen um die Spulen dehnt sich das Wärmeleitmittelband nach einer bestimmten Zeit in dieser Richtung wieder aus, und somit liegt das Wärmeleitmittelband unmittelbar formschlüssig an den Spulen 4 und an den unbestückten Ständerzähnen 12. Zwischen den Spulen 4 und den unbestückten Ständerzähnen kann alternativ erfindungsgemäß auch jeweils ein wärmeableitendes Medium entsprechend wie nach der Fig. 2 beschrieben angeordnet sein, und das Medium ist jeweils formschlüssig mit einer jeweiligen Spule 4 und mit einem jeweiligen unbestückten Ständerzahn unmittelbar verbunden, wobei das wärmeableitende Medium gleichzeitig als Isolationsmittel zu den unbestückten Ständerzähnen 12 dient. Fig. 3 shows such a stator 10. The coils on the stator are separated from one another by a respective unequipped stator tooth, and the coils 4 are automatically wound onto the stator teeth 11 in the case of stator teeth with pole horns, or in the case of larger machines, as shown in FIG. the coils are prefabricated and pushed onto the stator teeth, the stator teeth 11 being designed without pole horns, and after the arrangement of the coils onto the stator teeth a pole shoe can be pushed onto the stator teeth, as a result of which the equipped stator teeth 11 are kept narrower in width, so that more space is available for a respective coil 4, or a coil fuse is inserted. Around the coils 4 of the equipped stator teeth 11, a heat-conducting tape 5 'is placed in each case by machine. The heat-conducting tape is designed in such a way that it is pressed together in one direction of the height, and after being introduced around the coils, the heat-conducting tape expands again in this direction after a certain time, and thus the heat-conducting tape lies directly on the coils 4 and 4 with a positive fit On the unequipped stator teeth 12. Between the coils 4 and the unequipped stator teeth, a heat-dissipating medium can alternatively be arranged according to the invention as described in FIG. 2, and the medium is in each case form-fitting with a respective coil 4 and with a respective unequipped stator tooth directly connected, the heat-dissipating medium also serving as an insulating means for the unequipped stator teeth 12.
Eine Wärmeentwicklung der Spulen an bestückten Ständerzähnen wird somit über ein wärmeableitendes Medium zu den unbestückten Ständerzähnen geleitet, wobei mindestens eine Hälfte der Wärmeentwicklung der Spulen zu den unbestückten Ständerzähnen geleitet wird und eine Wärmeentwicklung an den bestückten Ständerzähnen hierdurch halbiert ist, und somit eine Wärmeentwicklung am Ständer gleichmäßig verteilt ist, wodurch eine Kühlung des Ständers über ein Gehäuse der elektrischen Maschine effizienter ist, und hierdurch eine Wärmeentwicklung am Luftspalt deutlich reduziert ist, und somit der mit Permanentmagneten bestückten Läufer eine wesentliche geringere Wärmebelastung ausgesetzt ist. Die unbestückten Ständerzähne 12 können auch mit einem Kühlungskanal 6 versehen sein. A heat development of the coils on equipped stator teeth is thus conducted via a heat-dissipating medium to the unequipped stator teeth, whereby at least half of the heat development of the coils is conducted to the unequipped stator teeth and a heat development on the equipped stator teeth is halved, and thus heat development on the stator is evenly distributed, whereby cooling of the stator via a housing of the electrical machine is more efficient, and as a result heat development at the air gap is significantly reduced, and thus the rotor equipped with permanent magnets is exposed to a significantly lower thermal load. The unequipped stator teeth 12 can also be provided with a cooling channel 6.
Fig. 4 zeigt eine Auslegung, wo die unbestückten Ständerzähne 12’ jeweils einen Kühlungskanal 6 aufweisen. Der Ständer 10’ besteht aus einem einheitlichen Blechpaket, und die bestückten Ständerzähne 11’ können mit Polohörnern ausgebildet sein oder ohne Polhörner ausgebildet sein, entsprechend der Auslegung der Fig. 3. Die Spulen 4 werden wie nach der Fig. 3 beschrieben am Ständer angeordnet. Das Wärmeleitmittelband 5’ oder ein wärmeableitendes Medium wird wie zuvor beschrieben angeordnet. Die Kühlungskanäle der unbestückten Ständerzähne sind entsprechend der Fig. 2 ausgebildet und werden entsprechend so betrieben. Die Kühlungskanäle 6 können auch mit Minusgraden betrieben werden, womit ein sehr hoher Wirkungsgrad bei einer sehr hohen Überlastbarkeit mit einer derartigen elektrischen Maschine erzielt wird, und durch eine entsprechende Ausbildung des Ständers und eines Läufers, ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlsprei- zung erreicht wird. 4 shows a layout where the unequipped stator teeth 12 ′ each have a cooling channel 6. The stator 10 'consists of a uniform laminated core, and the equipped stator teeth 11' can be designed with polo horns or be designed without pole horns, according to the layout of FIG. 3. The coils 4 are arranged on the stator as described in FIG. 3. The heat conducting tape 5 'or a heat dissipating medium is arranged as described above. The cooling channels of the unequipped stator teeth are designed according to FIG. 2 and are operated accordingly. The cooling channels 6 can also be operated at minus degrees, which results in a very high degree of efficiency with a very high overload capacity with such an electrical machine, and a high degree of efficiency with a high speed spread is achieved through a corresponding design of the stator and a rotor .

Claims

Patentansprüche Claims
1. Kühlungsoptimiertes Blechpaket für einen Ständer (1,1’; 10, 10’) einer elektrischen Maschine, mit Ständerzähnen (2, 2’; 11,11’) mit Spulen (4), wobei die Spulen (4) jeweils einen Ständerzahn umschlingen, und mit unbestückten Ständerzähnen (3,3’; 12, 12’) (Hilfspole), wobei 1. Cooling-optimized laminated core for a stator (1,1 '; 10, 10') of an electrical machine, with stator teeth (2, 2 '; 11,11') with coils (4), the coils (4) each having a stator tooth loop around, and with unequipped stator teeth (3,3 '; 12, 12') (auxiliary poles), where
• ein wärmeableitendes Medium formschlüssig zwischen den Spulen (4) und den unbestückten Ständerzähnen angeordnet ist, wobei das wärmeableitende Medium unmittelbar an den Spulen und an den unbestückten Ständerzähnen anliegt, wobei • a heat-dissipating medium is arranged in a form-fitting manner between the coils (4) and the unequipped stator teeth, the heat-dissipating medium being in direct contact with the coils and the unequipped stator teeth, with
• das wärmeableitende Medium in einer flüssigen Form zwischen den Spulen und den unbestückten Ständerzähnen angeordnet wird und danach aushärtet, wobei das wärmeableitende Medium in einer plastischen Form ausgebildet ist, wobei• the heat-dissipating medium is arranged in a liquid form between the coils and the unequipped stator teeth and then hardens, wherein the heat-dissipating medium is formed in a plastic form, wherein
• das wärmeableitende Medium als Isolationsmittel der Spulen zu den unbestückten Ständerzähnen ausgelegt ist, wobei • The heat-dissipating medium is designed as an insulation means of the coils to the unequipped stator teeth, whereby
• bei einer jeweiligen Drahtschicht der Spulen eine Anordnung des wärmeableiten- den Mediums durchgeführt ist, wobei • an arrangement of the heat-dissipating medium is carried out in a respective wire layer of the coils, wherein
• eine Wärmeentwicklung der Spulen (4) an den bestückten Ständerzähnen über das wärmeableitende Medium zu den unbestückten Ständerzähnen abgeleitet wird. • The heat generated by the coils (4) on the equipped stator teeth is diverted to the unequipped stator teeth via the heat-dissipating medium.
2. Kühlungsoptimiertes Blechpaket für einen Ständer (1 ,1’;10,10’) einer elektrischen Maschine, mit Ständerzähnen (2, 2’; 11,11’) mit Spulen (4), wobei die Spulen (4) jeweils einen Ständerzahn umschlingen, und mit unbestückten Ständerzähnen (3,3’; 12, 12’) (Hilfspole), wobei 2. Cooling-optimized laminated core for a stator (1, 1 '; 10, 10') of an electrical machine, with stator teeth (2, 2 '; 11, 11') with coils (4), the coils (4) each having a stator tooth loop around, and with unequipped stator teeth (3,3 '; 12, 12') (auxiliary poles), where
• um die Spulen (4) jeweils ein flexibles Wärmeleitmittelband (5) angeordnet ist, wobei • a flexible heat conducting tape (5) is arranged around the coils (4), wherein
• das Wärmeleitmittelband mit einer vollen Breite der Spulen (4) jeweils formschlüssig unmittelbar an die Spulen (4) und an die unbestückten Ständerzähne anliegt, wobei • the heat conducting tape with a full width of the coils (4) in each case directly rests positively on the coils (4) and on the unequipped stator teeth, wherein
• das Wärmeleitmittelband als Isolationsmittel zu den unbestückten Ständerzähnen ausgelegt ist, wobei • das Wärmeleitmittelband derart ausgebildet ist, dass es in einer Richtung der Höhe leicht verformbar ist, und sich nach einem Zusammendrücken wieder ausdehnt, wobei in einer Breite das Wärmeleitmittelband stabil ist, wobei • The heat conducting tape is designed as an insulating means to the unequipped stator teeth, wherein • the heat-conducting band is designed such that it is easily deformable in a height direction and expands again after being compressed, the heat-conducting band being stable in one width, with
• eine Wärmeentwicklung der Spulen (4) an den bestückten Ständerzähnen über das Wärmeleitmittelband (5) zu den unbestückten Ständerzähnen und zum Rückschluss des Ständers und zum Gehäuse der elektrischen Maschine abgeleitet wird. • a heat build-up of the coils (4) on the equipped stator teeth is diverted via the heat conducting tape (5) to the unequipped stator teeth and to the return circuit of the stator and to the housing of the electrical machine.
3. Kühlungsoptimiertes Blechpaket für einen Ständer (1,1’; 10, 10’) einer elektrischen Maschine, mit Ständerzähnen (2, 2’; 11,11’) mit Spulen (4), wobei die Spulen (4) jeweils einen Ständerzahn umschlingen, und mit unbestückten Ständerzähnen (3,3’; 12, 12’) (Hilfspole), wobei 3. Cooling-optimized laminated core for a stator (1,1 '; 10, 10') of an electrical machine, with stator teeth (2, 2 '; 11,11') with coils (4), the coils (4) each having a stator tooth loop around, and with unequipped stator teeth (3,3 '; 12, 12') (auxiliary poles), where
• unbestückte Ständerzähne jeweils einen Kühlungskanal (6) beinhalten, wobei• unequipped stator teeth each contain a cooling channel (6), whereby
• in den Kühlungskanälen jeweils ein Rohr (7) angeordnet ist, wobei • a tube (7) is arranged in each of the cooling channels, wherein
• die Rohre (7) U-förmig ausgebildet sind, wobei jeweils zwei offene Enden der U- förmigen Rohre (7) in ein Lagerschild des Elektromotors greifen, wobei • the tubes (7) are U-shaped, with two open ends of the U-shaped tubes (7) engaging in a bearing plate of the electric motor, with
• das eine offene Ende der U-förmigen Rohre jeweils in ein im Lagerschild integrierten Einlasskanal greift und das andere offene Ende der U-förmigen Rohre in ein im Lagerschild integrierten Auslasskanal greift, wobei • one open end of the U-shaped tubes engages in an inlet channel integrated in the end shield and the other open end of the U-shaped tubes engages in an outlet channel integrated in the end shield, wherein
• von außen am Lagerschild ein Anschluss für den Einlasskanal vorhanden ist und ein Anschluss für den Auslasskanal vorhanden ist, wobei • There is a connection for the inlet channel on the outside of the end shield and a connection for the outlet channel is available, with
• für einen formschlüssigen Anschluss an den Spulen und an den unbestückten Ständerzähnen ein flexibles Wärmeleitmittelband (5) um eine jeweilige Spule (4) gelegt ist oder jeweils ein wärmeableitendes Medium zwischen den Spulen und den unbestückten Ständerzähnen angeordnet ist, und eine Wärmeentwicklung der Spulen (4) zu den unbestückten Ständerzähnen abgeleitet wird. • for a positive connection to the coils and the unequipped stator teeth, a flexible heat conducting tape (5) is placed around a respective coil (4) or a heat-dissipating medium is arranged between the coils and the unequipped stator teeth, and the coils (4 ) is derived to the unequipped stator teeth.
4. Kühlungsoptimiertes Blechpaket nach Anspruch 1 bis 3, wobei die bestückten Ständerzähne (2) separate Blechpakete bilden, wobei das Blechpaket des Ständers (1) formschlüssig mit einem Gehäuse (9) der elektrischen Maschine verbunden ist, und das Blechpaket des Ständers über das Gehäuse gekühlt wird, oder der Ständer (1’) aus Einzelelementen (8;8’) von Ständerzähnen (2’,3’;11’,12’) gebildet ist, und die einen Elemente (8) jeweils eine Spule (4) von Wicklungssträngen tragen, und die anderen Elemente (8’) jeweils einen Kühlungskanal beinhalten. 4. Cooling-optimized laminated core according to claim 1 to 3, wherein the assembled stator teeth (2) form separate laminated cores, the laminated core of the stator (1) being positively connected to a housing (9) of the electrical machine, and the laminated core of the stator via the housing is cooled, or the stator (1 ') is formed from individual elements (8; 8') of stator teeth (2 ', 3'; 11 ', 12'), and the one element (8) each has a coil (4) of Carry winding strands, and the other elements (8 ') each contain a cooling channel.
5. Kühlungsoptimiertes Blechpaket nach einen der Ansprüche, wobei Rohre (7) der Kühlungskanäle (6) durch Lagerschilde der elektrischen Maschine geführt sind, oder die Rohre abgewinkelt sind und seitlich aus einem Gehäuse der elektrischen Maschine geführt sind, oder auf einer Seite der elektrischen Maschine die Rohre (7) durch ein Lagerschild geführt sind und auf einer anderen Seite seitlich aus dem Gehäuse der elektrischen Maschine geführt sind. 5. Cooling-optimized laminated core according to one of the claims, wherein tubes (7) of the cooling channels (6) are guided through end shields of the electrical machine, or the tubes are angled and are laterally guided out of a housing of the electrical machine, or on one side of the electrical machine the tubes (7) are guided through a bearing plate and are guided laterally out of the housing of the electrical machine on another side.
6. Kühlungsoptimiertes Blechpaket nach einen der Ansprüche, wobei ein jeweiliges Rohr (7) der Kühlungskanäle (6) in Reihe geschaltet sind und einen Eingang und einen Ausgang für Kühlmittel aufweisen, wobei der Eingang und der Ausgang aus dem Gehäuse geführt sind. 6. Cooling-optimized laminated core according to one of the claims, wherein a respective tube (7) of the cooling channels (6) are connected in series and have an inlet and an outlet for coolant, the inlet and the outlet being guided out of the housing.
7. Kühlungsoptimiertes Blechpaket nach einen der Ansprüche, wobei ein jeweiliges Rohr (7) der Kühlungskanäle (6) der unbestückten Ständerzähne (3’) mit jeweils einer Seite an eine Kühlmitteleinlasseinrichtung angeschlossen ist und mit einer jeweiligen anderen Seite an eine Kühlmittelauslasseinrichtung angeschlossen ist. 7. Cooling-optimized laminated core according to one of the claims, wherein a respective tube (7) of the cooling channels (6) of the unequipped stator teeth (3 ') is connected with one side each to a coolant inlet device and is connected with a respective other side to a coolant outlet device.
8. Kühlungsoptimiertes Blechpaket nach einen der Ansprüche, wobei die Rohre (7) aus einem anderen Metall wie Kupfer bestehen, oder die Rohre sind als wärmeleitende flexible Schläuche ausgebildet, wobei die Schläuche einen stabilen biegsamen Innenkern aufweisen und eine flexible Außenhaut besitzen, und die Außenhaut sich zusammendrücken lässt und sich wieder ausdehnt. 8. Cooling-optimized laminated core according to one of the claims, wherein the tubes (7) are made of another metal such as copper, or the tubes are designed as heat-conducting flexible hoses, the hoses having a stable, flexible inner core and a flexible outer skin, and the outer skin squeezes and expands again.
9. Kühlungsoptimiertes Blechpaket nach Anspruch 1 bis 8, wobei ein Wärmeleitmittelband (5,5’) derart ausgebildet ist, dass es in einer Richtung der Höhe zusammen gepresst ist und maschinell um die Spulen (4) der Wicklungsstränge gelegt wird, und danach das Wärmeleitmittelband sich in dieser Richtung wieder ausdehnt und jeweils formschlüssig an den Spulen und an den unbestückten Ständerzähnen liegt. 9. Cooling-optimized laminated core according to claim 1 to 8, wherein a heat-conducting band (5, 5 ') is designed such that it is pressed together in one direction of height and is placed around the coils (4) of the winding strands by machine, and then the heat-conducting band expands again in this direction and lies positively on the coils and on the unequipped stator teeth.
10. Kühlungsoptimiertes Blechpaket nach Anspruch 1 bis 9, wobei eine Wärmeentwicklung der Spulen (4) unmittelbar über das Wärmeleitmittelband oder über das wärmeableitende Medium an den unbestückten Ständerzähnen reduziert wird, und am Luftspalt zum Läufer eine niedrigere Temperatur vorhanden ist wie eine Umgebungstemperatur an der elektrischen Maschine. 10. Cooling-optimized laminated core according to claim 1 to 9, wherein a heat development of the coils (4) is reduced directly via the heat conducting tape or via the heat-dissipating medium on the unequipped stator teeth, and a lower temperature is present at the air gap to the rotor than an ambient temperature at the electrical Machine.
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