WO2021233673A1 - Elektrische maschine mit wickelkopfkühlung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) aufweisend einen Stator (2) mit einer Statorachse (100), wobei der Stator (2) einen Statorkörper (12) mit Statornuten (13) aufweist, wobei in den Statornuten (13) elektrische Leiter (14) einer elektrischen Wicklung angeordnet sind, wobei die elektrische Wicklung an den Stirnseiten des Statorkörpers (12) jeweils einen Wickelkopf (15) bildet, wobei an zumindest einem der beiden Wickelköpfe (15) eine Wickelkopfkühleinrichtung (4) ausgebildet ist, die zur Kühlung des Wickelkopfes (15) einen Kühlkanal (9) umfasst, der sich in Umfangsrichtung bezüglich der Statorachse (100) entlang des Wickelkopfes (15) erstreckt und in einem Kühlgehäuse ausgebildet ist, das ein mit dem Wickelkopf (15) thermisch gekoppeltes Innengehäuse (7) und ein Außengehäuse (6) aufweist, wobei der Fluidkanal (9) zwischen dem Außengehäuse (6) und dem Innengehäuse (7) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (7) dünnwandig ausgebildet ist und durch elastische Vorspannung oder thermische Umformung derart an dem Wickelkopf (15) anliegt, dass sich die Konturen der elektrischen Leiter (14) des Wickelkopfes (15) an dem Innengehäuse (7) abzeichnen.

Description

Beschreibung

Titel

Elektrische Maschine mit Wickelkopfkühlung

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine weist insbesondere eine Wickelkopfkühlung auf. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen elektrischen Maschine.

Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt. Diese weisen in der Regel eine Statormantelkühlung auf. Zusätzlich ist aus der DE 10044 938 A1 eine Möglichkeit bekannt, auch Wckelköpfe von elektrischen Maschinen zu kühlen.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist eine optimierte Kühlung und einen einfachen Aufbau auf. Die optimierte Kühlung resultiert insbesondere aus einer Wckelkopfkühlung, wobei die Wckelkopfkühlung insbesondere derart ausgestaltet ist, dass ein Innengehäuse eines Kühlelements dünnwandig ausgebildet ist und dadurch bevorzugt einen geringen Wärmedurchlasswiderstand aufweist. Besagtes Innengehäuse wird vorteilhafterweise individuell an die Wicklungen des Wickelkopfs angeformt, so dass Toleranzen in der Form des Wickelkopfs unerheblich sind, da durch das individuelle Anformen ein Anliegen des Innengehäuses am Wckelkopf stets sichergestellt ist. Durch eine Abstützwirkung des Wckelkopfs kann das Innengehäuse sehr dünnwandig ausgebildet sein, da Druckkräfte, insbesondere durch ein Kühlfluid, durch den Wckelkopf aufgenommen werden können. Insbesondere wird auf diese Weise ein Luftspalt zwischen Kühlkörper und Wickelkopf vermieden, so dass aufgrund dieses fehlenden thermischen Isolators eine verbesserte Wärmeabfuhr ermöglicht ist. Die elektrische Maschine weist einen Stator mit einer Statorachse auf. Die Statorachse ist insbesondere eine Symmetrieachse und/oder Mittelachse des Stators. Der Stator wiederum weist einen Statorkörper mit Statornuten auf. In den Statornuten sind elektrische Leiter einer elektrischen Wicklung angeordnet. Bei der Wicklung handelt es sich besonders vorteilhaft um eine Steckwicklung aus einzelnen Leiterelementen. Die elektrischen Leiter der elektrischen Wicklung bilden an den Stirnseiten des Statorkörpers jeweils einen Wickelkopf.

An zumindest einem der beiden Wickelköpfe ist eine Wickelkopfkühleinrichtung ausgebildet. Die Wickelkopfkühleinrichtung dient zur Kühlung des Wickelkopfs und umfasst dazu einen Kühlkanal, der sich in Umfangsrichtung bezüglich der Statorachse entlang des Wickelkopfs erstreckt. Der Kühlkanal ist in einem Kühlgehäuse ausgebildet, wobei das Kühlgehäuse ein Innengehäuse und ein Außengehäuse aufweist. Das Innengehäuse ist mit dem Wickelkopf thermisch gekoppelt. Der Fluidkanal ist zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse gebildet. Somit kann ein Kühlfluid in dem Fluidkanal strömen, wobei aufgrund der thermischen Kopplung zwischen Innengehäuse und Wickelkopf eine Wärmeabfuhr von dem Wickelkopf ermöglicht ist. Somit ist eine Wickelkopfkühlung durch das in dem Fluidkanal strömende Kühlfluid ermöglicht. Wie beschrieben ist das Innenwandgehäuse dünnwandig ausgebildet, wodurch sich ein geringer Wärmedurchgangswiderstand einstellt.

Durch elastische Vorspannung oder thermische Umformung liegt das Innengehäuse derart an dem Wickelkopf an, dass sich die Konturen der elektrischen Leiter des Wickelkopfs an dem Innengehäuse abzeichnen. Somit ist zum einen erreicht, dass das Innengehäuse dünnwandig ausgebildet ist. Durch das Abbilden der Konturen der elektrischen Leiter an dem Innengehäuse ist eine effektive Kühlung dieser elektrischen Leiter ermöglicht. Insbesondere ist eine zu kühlende Oberfläche der elektrischen Leitermaximiert. Das Innengehäuse ist somit individuell an den Wickelkopf angeformt. Das Anformen erfolgt bevorzugt durch thermische Verformung, insbesondere durch Blasformung. Besonders vorteilhaft handelt es sich bei dem Innengehäuse um eine Folie. Das gesamte Kühlgehäuse ist vorteilhafterweise aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff gefertigt, wobei Innengehäuse und Außengehäuse separate Komponenten sein können, die insbesondere aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein können. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Das Innengehäuse ist bevorzugt aus einem Elastomer oder einem Thermoplast hergestellt. Somit ist das Innengehäuse vorteilhafterweise aus einem Kunststoff gefertigt. Durch das Ausbilden des Innengehäuses aus Elastomer oder Thermoplast ist bevorzugt erreicht, dass das Innenwandgehäuse individuell an den Wickelkopf angeformt werden kann. Somit liegt das Innengehäuse bevorzugt derart an dem Wickelkopf an, dass die Konturen der elektrischen Leiter an dem Innengehäuse erkennbar sind. Dies führt zu besagter optimaler thermischer Kopplung und damit zu optimaler Kühlung des Wickelkopfs.

Das Innengehäuse ist besonders vorteilhaft eine thermoplastische Folie. Somit ist eine geringe Dicke des Innengehäuses erreicht. Durch die thermoplastische Eigenschaft ist wiederum bevorzugt erreicht, dass die Folie direkt an den Wickelkopf angelegt werden kann. Dadurch ist ermöglicht, dass sich die elektrischen Leiter des Wickelkopfs an dem Innengehäuse abzeichnen. Durch den Wickelkopf, d.h., durch die elektrischen Leiter des Wickelkopfs, ist somit eine Stützwirkung für die Folien vorhanden, so dass an dieser Stelle kein Fluiddruck durch die Folie ausgehalten werden muss. Die Folie muss lediglich Fluiddruck an Zwischenräumen zwischen den elektrischen Leitern halten können.

Das Außengehäuse ist bevorzugt Teil eines Lagerschilds. Alternativ kann das Außengehäuse auch ein gegenüber dem Lagerschild separates Bauteil sein. Besonders bevorzugt sind Innengehäuse und Außengehäuse einteilig ausgebildet, d.h., diese sind nicht zerstörungsfrei trennbar. Dabei können Innengehäuse und Außengehäuse auch separate Komponenten sein, die untrennbar, insbesondere stoffschlüssig, verbunden sind. Untrennbar verbunden bedeutet wiederum, dass ein zerstörungsfreies Trennen nicht ermöglicht ist. In einerweiteren Ausgestaltung können Innengehäuse und Außengehäuse auch vollständig separate Elemente sein.

Das Innengehäuse ist vorteilhafterweise mit einem ersten Fügeabschnitt und einem zweiten Fügeabschnitt ausgebildet. Der erste Fügeabschnitt liegt an einer Außenwandung des Außengehäuses an. Der zweite Fügeabschnitt liegt an einer Innenwandung des Außengehäuses an. Dabei ist vorgesehen, dass die jeweiligen Fügeabschnitte mit den jeweiligen Wandungen in flüssigkeitsdichter Weise verbunden sind. Besonders bevorzugt ist hier eine stoffschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung vorhanden. Insbesondere ist eine Einspannung des Innengehäuses direkt am Statorkörper, der insbesondere ein Blechpaket ist, nicht notwendig. Auf diese Weise ist bevorzugt keine Dichtung zwischen Innengehäuse und Außengehäuse notwendig. Vielmehr ist durch die Verbindung der jeweiligen Fügeabschnitte des Innengehäuses mit dem Außengehäuse bereits eine Fluiddichtheit gewährleistet, so dass der Fluidkanal fluiddicht zwischen Innengehäuse und Außengehäuse ausgebildet ist. Das Außengehäuse kann besonders vorteilhaft einen Kühlkanalzulauf sowie einen Kühlkanalablauf aufweisen, um Fluid dem besagten Fluidkanal einzugeben oder aus diesen auszugeben.

Der Statorkörper weist bevorzugt Statorzähne und ein die Statorzähne miteinander verbindendes ringförmiges Statorjoch auf. Das Außengehäuse ist insbesondere ringförmig ausgebildet und weist im Querschnitt eine U-Form auf. Die einzelnen Schenkel der U-Form können gleich lang oder unterschiedlich lang ausgebildet sein. Das Innengehäuse liegt mit dem ersten Fügeabschnitt bevorzugt am Statorjoch des Statorkörpers und am Außengehäuse an. Insbesondere ist das Innengehäuse am ersten Fügeabschnitt zwischen dem Außengehäuse und dem Statorjoch des Statorkörpers eingespannt. Diese Einspannung ermöglicht insbesondere die besagte fluiddichte Verbindung, so dass der Fluidkanal fluiddicht zwischen Innengehäuse und Außengehäuse gebildet ist. Durch das Einspannen ist insbesondere ermöglicht, dass Innengehäuse und Außengehäuse separate Bauteile sind. Besonders vorteilhaft liegt das Innengehäuse mit dem ersten Fügeabschnitt am Statorjoch des Statorkörpers und an der Außenwandung des Außengehäuses an. Besonders vorteilhaft erfolgt die Einspannung zwischen der Außenwandung des Außengehäuses und dem Statorjoch des Statorkörpers. Des Weiteren ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass die U-Form des Querschnitts des Außengehäuses derart erreicht wird, dass einer der Schenkel der U-Form die Außenwandung bildet, während der andere Schenkel der U-Form die Innenwandung des Außengehäuses bildet.

Der zweite Fügeabschnitt des Innengehäuses ist bevorzugt mit einer separaten Ringscheibe an die Innenwandung des Außengehäuses gedrückt. Somit erfolgt auch hier bevorzugt ein Einspannen des Innengehäuses zwischen dem Außengehäuse und der Ringscheibe. Die Ringscheibe stützt sich besonders vorteilhaft am Statorgehäuse, insbesondere am Statorjoch oder an den Statorzähnen, ab. Somit ist auch am zweiten Fügeabschnitt einerseits eine feste mechanische Verbindung zwischen Innengehäuse und Außengehäuse, andererseits Fluiddichtigkeit zum Herstellen des fluiddichten Fluidkanals erreicht.

Das Innengehäuse ist bevorzugt derart ausgebildet, dass dieses ein Kappenformbereich aufweist. Der Kappenformbereich ist bevorzugt durch Tiefziehen gebildet. Bei dem Innengehäuse handelt es sich somit insbesondere um eine tiefgezogene Folie. Der Kappenformbereich ist auf den Wickelkopf aufgesetzt und an den Wickelkopf angelegt. Besonders vorteilhaft lässt sich der Kappenformbereich durch Blasformung an den Wickelkopf anlegen. Eng an den Wickelkopf sind die Konturen der elektrischen Leiter der Wicklung des Wickelkopfs am Innengehäuse erkennbar und zeichnen sich am Innengehäuse ab. Somit ist insbesondere eine Herstellung der elektrischen Maschine vereinfacht. Außerdem ist eine sichere und zuverlässige Kühlung des Wickelkopfs erreicht.

Eine Wandstärke des Innengehäuses ist bevorzugt geringer als eine Wandstärke des Außengehäuses. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Innengehäuse eine erste Wandstärke aufweist. Bevorzugt weist das gesamte Innengehäuse eine konstante erste Wandstärke auf. Die erste Wandstärke ist geringer als eine zweite Wandstärke des Außengehäuses. Bei der zweiten Wandstärke handelt es sich bevorzugt um eine geringste Wandstärke des Außengehäuses. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass auch das Außengehäuse eine konstante Wandstärke aufweist. Durch die geringere erste Wandstärke des Innengehäuses verglichen mit der zweiten Wandstärke des Außengehäuses ist erreicht, dass das Innengehäuse derart an den Wickelkopf angelegt werden kann, dass sich die Konturen der elektrischen Leiter des Wickelkopfs am Innengehäuse abzeichnen. Insbesondere im Falle einer Blasumformung ist somit sichergestellt, dass lediglich das Innengehäuse verformt wird, nicht aber das Außengehäuse.

Der Wickelkopf weist in einer bevorzugten Ausgestaltung mehrere Wicklungsreihen auf. Das Innengehäuse ist derart an jede Wicklungsreihe angelegt, dass sich die Konturen der elektrischen Leiter jeder einzelnen Wicklungsreihe an dem Innengehäuse abzeichnen. Somit ist das Innengehäuse individuell an jede Wicklungsreihe angeformt. Insbesondere herrscht somit ein direkter Kontakt des Innengehäuses zu jeder Wicklungsreihe separat. Dadurch ist wiederum erreicht, dass eine optimale Kühlung des Wickelkopfs erfolgt.

Der Wickelkopf weist bevorzugt eine Imprägnierung auf. Durch die Imprägnierung sind Zwischenräume zwischen den einzelnen elektrischen Leitern des Wickelkopfs aufgefüllt. Auf diese Weise ist vermieden, dass Luft zwischen den elektrischen Leitern eingeschlossen ist. Die Imprägnierung ist vorteilhafterweise wärmeleitend ausgebildet und weist einen geringen Wärmeleitwiderstand auf.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine. Insbesondere betrifft das Verfahren die Herstellung einer elektrischen Maschine wie zuvor beschrieben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Zunächst erfolgt das Aufbringen einer Wickelkopfkühleinrichtung auf einen Wickelkopf eines Stators, wobei die Wickelkopfkühleinrichtung zur Kühlung des Wickelkopfs vorgesehen ist. Dazu weist die Wickelkopfkühleinrichtung einen Kühlkanal auf, der sich in Umfangsrichtung bezüglich einer Statorachse des Stators entlang des Wickelkopfs erstreckt. Der Kühlkanal ist außerdem in einem Kühlgehäuse ausgebildet, das ein Innengehäuse und ein Außengehäuse aufweist. Das Innengehäuse ist mit dem Wickelkopf thermisch koppelbar. Der Fluidkanal ist zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse gebildet. Zum thermischen Koppeln des Innengehäuses mit dem Wickelkopf erfolgt ein Umformen des Innengehäuses nach dem Aufbringen der Wickelkopfkühleinrichtung auf den Wickelkopf. Das Umformen ist insbesondere ein Blasumformen mit Druck oder Vakuum. Das Innengehäuse wird durch das Umformen an den Wickelkopf angelegt. Insbesondere erfolgt das Anlegen derart, dass sich die Konturen der elektrischen Leiter des Wickelkopfs an dem Innengehäuse abzeichnen. Somit ist das Innengehäuse eng an die elektrischen Leiter des Wicklungskopfs angelegt. Dies ermöglicht eine optimale Kühlung des Wickelkopfs durch Fluid, das durch den Fluidkanal strömt, da insbesondere ein Wärmeübergangswiderstand zwischen Innengehäuse und Wickelkopf minimiert ist. Durch dünnwandiges Ausbilden des Innengehäuses ist sowohl der Umformschritt vereinfacht als auch ein Wärmedurchgangswiderstand minimiert, so dass eine optimale Kühlung erfolgen kann. Vorteilhafterweise ist die Wandstärke des Innengehäuses geringer, insbesondere deutlich geringer, als die Wandstärke des Außengehäuses, so dass beim Umformen nur das Innengehäuse verformt wird. In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Außengehäuse durch eine Zusatzeinheit gekühlt werden, wobei alternativ oder zusätzlich das Innengehäuse durch Bestromen der elektrischen Leiter erwärmt werden kann. Dies fördert das Umformen lediglich des Innengehäuses und somit ein sicheres und zuverlässiges Anlegen des Innengehäuses an den Wickelkopf. Durch die individuelle Anformung des Innengehäuses an den Wickelkopf sind Toleranzen in der Form des Wicklungskopfs irrelevant, da durch das individuelle Anformen stets ein direkter Kontakt und ein enges Anliegen zwischen Wickelkopf und Innengehäuse erreicht ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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 Abbildung einer Wickelkopfkühleinrichtung der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 3 eine schematische Abbildung eines Innengehäuses der Wickelkopfkühleinrichtung der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 4 eine schematische Ansicht eines Schnitts durch die elektrische Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung der elektrischen Maschine zu einem ersten Zeitpunkt eines Herstellverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 6 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine zu einem zweiten Zeitpunkt des Herstellverfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Figur 7 eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer elektrischen Maschine gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 2 auf, wobei sich der Stator 2 um eine Statorachse 100 erstreckt. Die Statorachse 100 ist gleichzeitig auch eine Mittelachse der elektrischen Maschine 1 und damit bevorzugt auch eine Mittelachse eines Rotors 3 der elektrischen Maschine 1. Der Stator 2 dient zum Antreiben des Rotors 3, wobei der Rotor 3 auf einer Welle 3a angeordnet ist. Die Welle 3a ist gegenüber einem Gehäuse 5 der elektrischen Maschine drehbar gelagert, wobei der Stator 2 fest an dem Gehäuse 5 der elektrischen Maschine 1 befestigt ist. Somit kann der Stator 2 den Rotor 3 antreiben, was zu einer Rotation der Welle 3a relativ zum Gehäuse 5 führt.

Der Stator 2 weist an seinen Stirnenden Wicklungsköpfe 15 auf. In dem Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 1 werden diese Wickelköpfe 15 gekühlt. Dazu befinden sich Wickelkopfkühleinrichtungen 4 an den Wickelköpfen 15. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind beide stirnseitigen Wickelköpfe 15 durch jeweils eine Wickelkopfkühleinrichtung 4 gekühlt. Ebenso ist möglich, lediglich eine Wickelkopfkühleinrichtung 4 an einer Stirnseite des Stators 2 vorzusehen.

Aufgrund der Kühlung des Wickelkopfs 15 durch die Wickelkopfkühleinrichtung 4 ermöglicht die elektrische Maschine eine hohe Leistungsdichte, da aufgrund der Kühlung, insbesondere im Fall, dass beide Wickelköpfe 15 gekühlt werden, hohe Ströme möglich sind. Außerdem ist durch die Kühlung eine Dauerleistung der elektrischen Maschine 1 verbessert. Ein Wirkungsgrad der elektrischen Maschine 1 ist ebenso verbessert, da durch die Kühlung ein elektrischer Widerstand der die Wickelköpfe 15 ausbildenden elektrischen Wicklung gesenkt ist.

Der Stator 2 kann zusätzlich eine Statormantelkühlung aufweisen. Die Kühlung der Wickelköpfe 15 durch die Wickelkopfkühleinrichtungen 4 ist verglichen mit einer Statormantelkühlung kostengünstiger möglich. Außerdem lässt sich die Wickelkopfkühleinrichtung 4 insbesondere vollständig aus Kunststoff hersteilen, wodurch ein Gewicht der elektrischen Maschine 1 minimiert ist. Schließlich ist die Montage einer Wickelkopfkühleinrichtung 4 einfach und aufwandsarm möglich, was insbesondere nachfolgend erläutert wird.

Figur 2 zeigt schematisch eine Detailansicht einer Wckelkopfkühleinheit 4 der elektrischen Maschine 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Wickelkopfkühleinrichtung 4 bildet zur Kühlung des Wckelkopfs 15 einen Kühlkanal 9 aus, der zwischen einem Innengehäuse 7 und einem Außengehäuse 6 vorgesehen ist. Die Wickelkopfkühleinrichtung 4 ist ringförmig ausgebildet, so dass sich der Kühlkanal 9 in Umfangsrichtung bezüglich der Statorachse 100 entlang des Wckelkopfs 15 erstreckt. Es ist vorgesehen, dass das Außengehäuse 6 im Wesentlichen eine U-Form aufweist. Dabei bildet einer der Schenkel der U-Form eine Außenwandung 21, während der andere Schenkel der U-Form eine Innenwandung 22 bildet. Die Innenwandung 22 ist dabei näher an der Statorachse 100 angeordnet als die Außenwandung 22. Eine Wandstärke des Außengehäuses 6 ist bevorzugt durchgängig konstant und entspricht einer zweiten Wandstärke Y. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Innengehäuse 7 eine erste Wandstärke X aufweist, die geringer ist als die zweite Wandstärke Y des Außengehäuses. Die Wandstärke des Innengehäuses 7 ist bevorzugt konstant und entspricht somit an jeder Stelle der ersten Wandstärke X. Außerdem ist vorgesehen, dass das Innengehäuse 7 einen Kappenformbereich 8 aufweist. In den Kappenformbereich 8 kann der Wickelkopf 15 eingreifen, wenn die Wickelkopfkühleinrichtung 4 auf den Statorkörper 12 aufgesetzt wird.

An einer ersten Fügestelle 16 ist das Innengehäuse 7 an der Außenwandung 21 des Außengehäuses 6 befestigt. An einer zweiten Fügestelle 17 ist das Innengehäuse 7 an der Innenwandung 22 des Außengehäuses 6 befestigt. Sowohl an der ersten Fügestelle 16 als auch an der zweiten Fügestelle 17 herrscht Fluiddichtigkeit, so dass aus dem Fluidkanal 9 kein Fluid austreten kann. Hierzu ist auch keinerlei Dichtung zwischen Innengehäuse 7 und Außengehäuse 6 notwendig. An den Fügestellen 16, 17 ist das Innengehäuse 7 besonders bevorzugt stoffschlüssig mit den entsprechenden Wandungen 21, 22 des Außengehäuses 6 verbunden.

Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht des Innengehäuses 7 der Wickelkopfkühleinrichtung 4 der elektrischen Maschine 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Innengehäuse 7 ist insbesondere durch eine dünnwandige Folie gebildet, die bevorzugt tiefgezogen ist. Durch den Kappenformbereich 8 lässt sich die Wickelkopfkühleinrichtung 4 einfach auf einen bestehenden Wickelkopf 15 aufsetzen.

Figur 4 zeigt den finalen Zustand der montierten Wickelkopfkühleinrichtung 4 in einer Schnittansicht durch die elektrische Maschine 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es ist gezeigt, dass der Stator 2 einen Statorkörper 12 aufweist, wobei in dem Statorkörper 12 Statornuten 13 ausgebildet sind. In den Statornuten 13 sind elektrische Leiter 14 einer elektrischen Wicklung angeordnet. Die elektrischen Leiter 14 der elektrischen Wicklung bilden an den Stirnseiten des Statorkörpers jeweils einen Wickelkopf 15 aus. Die Kühlung der Wickelköpfe 15 erfolgt dadurch, dass die Innengehäuse 7 der jeweiligen Wickelkopfkühleinrichtung 4 derart an den Wickelkopf 15 angelegt sind, dass sich die Konturen der elektrischen Leiter 14 des Wickelkopfs 15 an dem Innengehäuse 7 abzeichnen. Das Anlegen erfolgt insbesondere durch elastische Vorspannung oder thermische Umformung. Besonders bevorzugt erfolgt das Anlegen durch Blasformung des Innengehäuses 7 mittels Druck oder Vakuum.

Durch die dünnwandige Ausgestaltung des Innengehäuses 7 und durch die größere Ausgestaltung der zweiten Wandstärke Y bezüglich der ersten Wandstärke X erfolgt ein thermisches Umformen der Wickelkopfkühleinrichtung 4 nur an dem Innengehäuse 7, nicht aber an dem Außengehäuse 6. Dadurch ist erreichbar, dass das Innengehäuse 7 eng an die elektrischen Leiter 14 der Wicklung angelegt werden. Es zeichnen sich somit die Konturen der elektrischen Leiter 14 am Innengehäuse 7 ab. Dies führt zu einer maximalen Kühloberfläche, an der die elektrischen Leiter 14 gekühlt werden können. Außerdem bilden die elektrischen Leiter 14 eine Abstützung für das dünnwandige Innengehäuse 7, so dass Fluidkräfte, die auf das Innengehäuse 7 wirken, von den elektrischen Leitern 14 aufgenommen werden können.

Ein Kühlfluid kann in den Fluidkanal 9 durch einen Einlass/Auslass 10 gelangen und ebenso durch einen entsprechenden Einlass/Auslass 10 an einer anderen Stelle aus dem Fluidkanal 9 entnommen werden. Strömt Fluid durch den Fluidkanal 9, so erfolgt eine Kühlung des Wickelkopfs 15 der elektrischen Maschine 1. Mit Bezug auf Figur 2 wurde beschrieben, dass an der ersten Fügestelle 16 und an der zweiten Fügestelle 17 eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Innengehäuse 7 und Außengehäuse 6 vorhanden sein kann. In einer alternativen Ausgestaltung kann auch lediglich eine Einspannverbindung vorhanden sein, was mit Bezug auf Figur 4 erklärt wird. So ist vorgesehen, dass der Statorkörper 12 Statorzähne 19 und ein ringförmiges Statorjoch 18 aufweist, wobei das Statorjoch 18 die Statorzähne 19 verbindet. Das Außengehäuse 6 liegt mit der Außenwandung 21 im Bereich des Statorjochs 18. Das Innengehäuse 7 ist zwischen der Außenwandung 21 des Außengehäuses 6 und dem Statorjoch 18 des Statorkörpers 12 eingespannt. Somit ist eine einfache und zuverlässige Verbindung an der ersten Fügestelle 16 gegeben. Insbesondere erfolgt durch das Einspannen eine Fluiddichtigkeit des Fluidkanals 9.

An der zweiten Fügestelle 17 ist bevorzugt eine Ringscheibe 20 vorhanden.

Durch die Ringscheibe 20 ist das Innengehäuse 7 an die Innenwandung 22 des Außengehäuses 6 gedrückt. Die Ringscheibe 20 stützt sich vorteilhafterweise ebenfalls an dem Statorjoch 18 oder alternativ an den Statorzähnen 19 ab. Somit ist insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Innengehäuse 7 und Außengehäuse 6 nicht zwingend notwendig.

Das Innengehäuse 7 ist bevorzugt aus einem Elastomer oder einem Thermoplast hergestellt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Innengehäuse 7 um eine thermoplastische Folie. Somit ist erreicht, dass durch entsprechende Umformung und/oder elastische Vorspannung das Innengehäuse 7 eng an die elektrischen Leiter 14 angelegt werden kann, so dass sich die Kontur der elektrischen Leiter 14 am Innengehäuse 7 abzeichnet. Das Außengehäuse 6 ist bevorzugt Teil eines Lagerschilds 23 (vgl. Fig. 7) der elektrischen Maschine 1. Alternativ kann das Außengehäuse 6, wie in Figur 7 gezeigt, auch ein gegenüber dem Lagerschild 23 der elektrischen Maschine 1 separates Bauteil sein. Der Kappenformbereich 8 ist bevorzugt durch Tiefziehen der thermoplastischen Folie, die das Innengehäuse 7 bildet, hergestellt.

Um zu vermeiden, dass Luft zwischen den elektrischen Leitern 14 der Wicklung verbleibt, ist der Wickelkopf 15 bevorzugt imprägniert. Durch eine solche Imprägnierung sind insbesondere Zwischenräume zwischen den elektrischen Leitern 14 aufgefüllt, so dass keinerlei Luft zwischen den elektrischen Leitern 14 verbleibt. Die Imprägnierung weist insbesondere einen geringen Wärmeleitwiderstand auf, gleichzeitig weist die Imprägnierung bevorzugt elektrisch isolierende Eigenschaften auf. Insbesondere ist das Vorhandensein von Luft in dem Wickelkopf 15 vollständig vermieden, da einerseits eine Imprägnierung vorhanden ist, andererseits das Innengehäuse 7 eng an den elektrischen Leitern 14 des Wickelkopfs 15 anliegt. Durch das Vermeiden von Luftspalten ist somit eine optimale und zuverlässige Kühlung gewährleistet.

Die Figuren 5 und 6 zeigen schematisch einen Teilbereich einer elektrischen Maschine 1 zu unterschiedlichen Zeitpunkten eines Herstellverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Figur 5 ist gezeigt, wie eine Wickelkopfkühleinrichtung 4 auf einen Wickelkopf 15 der elektrischen Maschine 1 aufgebracht wird. Bei der elektrischen Maschine 1 handelt es sich insbesondere um die elektrische Maschine 1 gemäß dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, wobei mit dem in Figur 5 und Figur 6 gezeigten Verfahren die Wickelkopfkühleinrichtung 4 auf den Wickelkopf 15 des Stators 2 montiert wird. Daher zeigen die Bezugszeichen in den Figuren 5 und 6 dieselben Bauteile wie in den Figuren 1 bis 4 an.

In Figur 5 ist gezeigt, dass das Innengehäuse 7 den Kappenformbereich 8 aufweist. Somit kann die Wickelkopfkühleinrichtung 4 vollständig auf den Wickelkopf 15 aufgebracht werden. Insbesondere liegt das Innengehäuse 7 an dem Statorjoch 18 (vgl. Figur 4) und an der Ringscheibe 20 (vgl. Figur 4) an. Der Wickelkopf 15 befindet sich innerhalb des Kappenformbereichs 8.

Sobald die Wickelkopfkühleinrichtung 4 auf den Wickelkopf 15 aufgebracht ist, erfolgt ein Umformen des Innengehäuses 7. Das Umformen ist insbesondere ein thermisches Umformen, besonders bevorzugt ein Blasumformen. Das Blasumformen kann mittels Druck oder Vakuum erfolgen. Auf diese Weise lässt sich das Innengehäuse eng an den Wickelkopf 15 anlegen, was in Figur 6 gezeigt ist. Durch eine dünnwandige Ausgestaltung des Innengehäuses 7 und das enge Anlegen an den Wickelkopf 15 ist erreicht, dass das Innengehäuse 7 derart an den Wickelkopf 15 anliegt, dass sich die Konturen der elektrischen Leiter 14 des Wickelkopfs 15 an dem Innengehäuse 7 abzeichnen. Somit sind die zuvor beschriebenen Vorteile erreicht. Um sicherzustellen, dass lediglich das Innengehäuse 7 verformt wird, nicht jedoch das Außengehäuse 6, kann die Wicklung des Wickelkopfs 15, d.h., die elektrischen Leiter 14, bestromt werden, so dass eine Erwärmung der elektrischen Leiter 14 des Wckelkopfs 15 und damit auch des Innengehäuses 7 erfolgt. Gleichzeitig kann das Außengehäuse 6 durch eine Zusatzeinheit gekühlt werden. Somit lässt sich erreichen, dass lediglich das Innengehäuse 7 verformt wird.

Ein Umformen des Innengehäuses 7 kann auch erfolgen, indem vorgewärmte Luft in den Fluidkanal 9 gepresst wird, so dass ein vordefinierter Innendruck entsteht. Es erfolgt somit ein Erwärmen des Innengehäuses 7 sowie des Außengehäuses 6 durch besagte vorgewärmte Luft, wobei das Innengehäuse 7 aufgrund seiner geringeren Wandstärke schneller verformt wird als das Außengehäuse 6. Für die Blasumformung kann anstatt Luft auch ein anderes Medium verwendet werden. Das Einbringen der Luft oder des anderen Mediums in den Fluidkanal 9 erfolgt insbesondere durch einen Einlass/Auslass 10 der Wickelkopfkühleinrichtung 4, wobei die Wckelkopfkühleinrichtung 4 insbesondere zwei solcher Einlass/Auslass-Komponenten 10 aufweist, von denen eine zum Eingeben und die andere zum Ausgeben von Kühlfluid in bzw. aus dem Fluidkanal 9 vorgesehen ist.

Figur 7 zeigt eine alternative Ausgestaltung der elektrischen Maschine 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist vorgesehen, dass der Wickelkopf 15 zweireihig ausgebildet ist. Somit sind zwei Wcklungsreihen 11 vorhanden. An jede der Wicklungsreihen 11 ist das Innengehäuse 7 individuell angeformt, so dass sich die Konturen der elektrischen Leiter 14 der Wicklungsreihen 11 an dem Innengehäuse 7 allesamt abzeichnen. Somit ist eine zuverlässige Kühlung auch bei mehreren Wicklungsreihen 11 gewährleistet.

Außerdem zeigt Figur 7 ein Lagerschild 23, das an einem Mantelabschnitt 24 eines Gehäuses der elektrisch Maschine 1 angebracht ist. Das Außengehäuse 6 kann Teil des Lagerschilds 23 sein, oder wie gezeigt ein gegenüber dem Lagerschild 23 separates Bauteil.

Claims

Ansprüche

1. Elektrische Maschine (1) aufweisend einen Stator (2) mit einer Statorachse

(100), wobei der Stator (2) einen Statorkörper (12) mit Statornuten (13) aufweist, wobei in den Statornuten (13) elektrische Leiter (14) einer elektrischen Wicklung angeordnet sind, wobei die elektrischen Leiter (14) elektrische Wicklung an den Stirnseiten des Statorkörpers (12) jeweils einen Wickelkopf (15) bilden, wobei an zumindest einem der beiden Wickelköpfe (15) eine Wickelkopfkühleinrichtung (4) ausgebildet ist, die zur Kühlung des Wickelkopfes (15) einen Kühlkanal (9) umfasst, der sich in Umfangsrichtung bezüglich der Statorachse (100) entlang des Wickelkopfes (15) erstreckt und in einem Kühlgehäuse ausgebildet ist, das ein mit dem Wickelkopf (15) thermisch gekoppeltes Innengehäuse (7) und ein Außengehäuse (6) aufweist, wobei der Fluidkanal (9) zwischen dem Außengehäuse (6) und dem Innengehäuse (7) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (7) dünnwandig ausgebildet ist und durch elastische Vorspannung oder thermische Umformung derart an dem Wickelkopf (15) anliegt, dass sich die Konturen der elektrischen Leiter (14) des Wickelkopfes (15) an dem Innengehäuse (7) abzeichnen.

2. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (7) aus einem Elastomer oder einem Thermoplast hergestellt ist.

3. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (7) eine thermoplastische Folie ist. 4. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (6) ein Teil eines Lagerschilds (23) oder ein gegenüber dem Lagerschild (23) separates Bauteil ist.

5. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (7) mit einem ersten Fügeabschnitt (16) an einer Außenwandung (21) des Außengehäuses (6) und mit einem zweiten Fügeabschnitt (17) an einer Innenwandung (22) des Außengehäuses (6) anliegt und mit diesen Wandungen (21, 22) in flüssigkeitsdichter Weise verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig oder kraftschlüssig.

6. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkörper (12) Statorzähne (19) und ein die Statorzähne (19) miteinander verbindendes ringförmiges Statorjoch (18) aufweist, wobei das Außengehäuse (6) ringförmig und im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist, wobei das Innengehäuse (7) mit dem ersten Fügeabschnitt (16) am Statorjoch (18) des Statorkörpers (12) und am Außengehäuse (6) anliegt, insbesondere zwischen dem Außengehäuse (6) und dem Statorjoch (18) des Statorkörpers (12) eingespannt ist.

7. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fügeabschnitt (17) des Innengehäuses (7) mit einer separaten Ringscheibe (20) an die Innenwandung (22) des Außengehäuses (6) gedrückt ist.

8. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (7), insbesondere durch tiefziehen, einen Kappenformbereich (8) aufweist, der auf den Wickelkopf (15) aufgesetzt ist und, insbesondere durch Blasformung, an den Wickelkopf (15) angelegt ist.

9. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Wandstärke (X) des Innengehäuses (7) geringer ist als eine zweite Wandstärke (Y) des Außengehäuses (6). 10. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkopf (15) mehrere Wcklungsreihen (11) aufweist, wobei das Innengehäuse (7) derart an jeder Wcklungsreihe

(11) anliegt, dass sich die Konturen der elektrischen Leiter (14) jeder Wicklungsreihe (11) an dem Innengehäuse (7) abzeichnen.

11. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkopf (15) eine Imprägnierung aufweist, durch die insbesondere Zwischenräume zwischen einzelnen elektrischen Leitern (14) des Wicklungskopfes (15) aufgefüllt sind.

12. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend die Schritte: Aufbringen einer Wckelkopfkühleinrichtung (4) auf einen Wckelkopf (15) eines Stators (2), wobei die Wckelkopfkühleinrichtung (4) zur Kühlung des Wickelkopfes (15) einen Kühlkanal (9) umfasst, der sich in Umfangsrichtung bezüglich einer Statorachse (100) entlang des Wckelkopfes (15) erstreckt und in einem Kühlgehäuse ausgebildet ist, das ein mit dem Wckelkopf (15) thermisch koppelbares Innengehäuse (7) und ein Außengehäuse (6) aufweist, wobei der Fluidkanal (9) zwischen dem Außengehäuse (6) und dem Innengehäuse (7) gebildet ist, und

Anschließendes Umformen, insbesondere Blasumformen, des Innengehäuses (7), sodass das Innengehäuse (7) an dem Wckelkopf (15) derart anliegt, dass sich die Konturen der elektrischen Leiter (14) des Wickelkopfes (15) an dem Innengehäuse (7) abzeichnen.