WO2023066648A1 - Stator für eine elektrische maschine eines kraftfahrzeugs sowie elektrische maschine - Google Patents

Stator für eine elektrische maschine eines kraftfahrzeugs sowie elektrische maschine Download PDF

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WO2023066648A1
WO2023066648A1 PCT/EP2022/077512 EP2022077512W WO2023066648A1 WO 2023066648 A1 WO2023066648 A1 WO 2023066648A1 EP 2022077512 W EP2022077512 W EP 2022077512W WO 2023066648 A1 WO2023066648 A1 WO 2023066648A1
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WO
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stator
cooling
cooling fluid
laminated core
ring
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/077512
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Eidenboeck
Andreas Wagner
Wilfried Barth
Peter Davison
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium

Definitions

  • the invention relates to a stator for an electric machine of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to an electric machine for a motor vehicle.
  • DE 102016 118 815 A1 discloses a known cooling arrangement for an electrical machine which has a stator which coaxially surrounds a rotor.
  • the cooling arrangement has an injection-molded part which is injection-molded onto the stator and in which a cooling channel for transporting a coolant is formed.
  • JP 6184531 B2 An electrical machine is known from JP 6184531 B2. Furthermore, US 2016/0167499 A1 discloses a drive train for a vehicle. In addition, DE 102016 000 985 A1 discloses a method for producing an electrical machine.
  • the object of the present invention is to create a stator for an electric machine of a motor vehicle and an electric machine for a motor vehicle, so that a particularly advantageous cooling of the stator can be implemented.
  • a first aspect of the invention relates to a stator for an electric machine of a motor vehicle.
  • the motor vehicle which is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, has the electric machine in its fully manufactured state and can be driven electrically, in particular purely electrically, by means of the electric machine.
  • the electrical machine is preferably designed as a high-voltage component whose electrical voltage, in particular electrical operating or nominal voltage, is preferably greater than 50 volts, in particular greater than 60 volts, and is very preferably several hundred volts.
  • the electric machine In its fully manufactured state, the electric machine has the stator and preferably a rotor, which can be driven by means of the stator and thereby being rotatable about a machine axis of rotation relative to the stator. It is particularly conceivable that the rotor is arranged coaxially to the stator.
  • stator is fixed in a housing of the electrical machine and is therefore immovable relative to the housing, with the housing being formed separately from the stator.
  • the stator has a laminated core which is formed, for example, from a plurality of individual laminates which are formed separately from one another and are connected to one another.
  • the individual sheets are also referred to as sheet metal segments, which are arranged one on top of the other in the axial direction of the stator, for example.
  • the axial direction of the stator coincides with the machine axis of rotation and thus with the axial direction of the rotor.
  • the radial direction of the stator coincides with the radial direction of the rotor and is perpendicular to the axial direction and thus perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • At least one cooling channel through which a cooling fluid can flow for cooling the stator runs in the laminated core.
  • the cooling fluid is preferably a liquid, in particular an electrically non-conductive liquid such as an oil.
  • the cooling fluid may be associated with the stator.
  • the feature that the stator can be cooled by means of the cooling fluid means in particular that the cooling fluid is a fluid which can be used as the cooling fluid for cooling the stator, especially when the cooling fluid has a lower temperature than at least one Having part of the stator. Heat can then be transferred from the part of the stator to the cooling fluid flowing through the stator. It is conceivable that the fluid, and therefore the cooling fluid, can be used to heat at least the part of the stator mentioned, in particular when the cooling fluid has a higher temperature than the part. Then heat can be transferred from the cooling fluid to the part.
  • the cooling fluid can thus be used as a tempering fluid for tempering, ie for cooling and heating, the stator.
  • the stator also has at least one winding which is formed separately from the laminated core and is held on the laminated core. As a result, the winding is carried by the laminated core.
  • the winding has at least one end winding.
  • the end winding is a partial area of the winding, the partial area, ie the winding, protruding from the laminated core in the axial direction or protruding beyond the laminated core in the axial direction of the stator.
  • the winding has windings or is formed by windings, with the winding overhang being formed by the windings in such a way that the windings have their respective reversal or turning points in the winding overhang, which is also referred to as the winding overhang.
  • the winding first longitudinal regions which can extend in particular in an elongate or linear manner in a first direction of extension and in particular parallel to one another.
  • a respective, second length range of the winding is assigned to the respective, first length range.
  • the respective first length range and the respective second length range assigned to the respective first length range is assigned a transition range, which, for example, viewed from the first length range to the assigned, second length range, directly adjoins the first length range and directly precedes the second length range .
  • the end winding is formed by the transition areas.
  • the respective second length area assigned to the respective first length area extends in particular linearly or thread-like in a second direction of extension, which in particular runs obliquely or parallel to the first direction of extension and can be opposite to the first direction of extent, for example.
  • the transition area is thus loop-shaped, so to speak, or forms a loop.
  • At least one is at least partially, in particular at least predominantly and thus at least more than half or completely, adjoining the laminated core in the axial direction of the stator and separately provided by the laminated core ring, which preferably extends completely, ie completely closed, in the circumferential direction of the stator running around the axial direction of the stator and thus around the axis of rotation of the machine.
  • the ring directly touches an axial end face of the laminated core.
  • the ring has at least one guide channel which is fluidically connected to the cooling channel and can therefore be flown through by the cooling fluid from the cooling channel.
  • the cooling fluid can thus be supplied from the cooling channel to the guide channel.
  • the guide channel it is conceivable for the guide channel to be an annular channel, ie ring-shaped, with the guide channel preferably running around the stator in a completely closed ring-shaped manner in the circumferential direction.
  • the guide channel has at least one outlet opening directed towards the end winding, via which the cooling fluid flowing through the guide channel can be discharged from the ring and thereby sprayed against the end winding.
  • the guide channel opens out via the outlet opening to an area surrounding the stator per se, that is to say viewed on its own.
  • the cooling fluid flowing through the outlet opening flows out of the guide channel against the winding overhang, that is to say is sprayed against the winding overhang or onto the winding overhang.
  • the cooling fluid flowing through the outlet opening flows along a flow direction through the outlet opening and thus out of the guide channel, the flow direction of the cooling fluid flowing through the outlet opening intersecting the end winding.
  • the flow direction of the cooling fluid flowing through the outlet opening coincides with a passage direction of the outlet opening, with the cooling fluid flowing through the outlet opening along the passage direction and thus being able to flow out of the guide channel via the outlet opening.
  • the invention makes it possible to advantageously cool the laminated core itself by means of the cooling fluid flowing through the cooling channel. It has proven to be particularly advantageous if the cooling channel is at least partially delimited directly by the laminated core. This means that the cooling fluid flowing through the cooling channel touches the laminated core directly, as a result of which a particularly advantageous heat exchange can be realized between the cooling fluid flowing through the cooling channel and the laminated core. In addition, the winding overhang can be cooled particularly well by means of the invention.
  • the cooling duct extends in a meandering manner through the laminated core and through the ring, as a result of which the cooling duct has a meandering shape which is arranged partially in the laminated core and partially in the ring. Due to the meander shape, at least one targeted flow deflection of the cooling fluid flowing through the cooling channel and thus the meander shape can be realized, as a result of which the stator and in particular the laminated core can be cooled particularly well.
  • the cooling duct extends in a meandering manner through the laminated core and through the ring such that a first length region of at least one meander loop of the meander shape turns into a first flow direction running parallel to the axial direction of the stator and a second length region of the meander loop adjoining the first length region in a second flow direction running parallel to the axial direction of the stator and opposite to the first flow direction, through which cooling fluid can flow.
  • the cooling fluid flows through the meandering shape on its way through the cooling channel and thus through the meandering shape in such a way that the cooling fluid first passes through the first longitudinal region of the Meander loop flows through and thereby flows in the first direction of flow.
  • the cooling fluid then flows through the second longitudinal region of the meander loop and in the second direction of flow.
  • the cooling fluid is thus deflected, in particular precisely, once, for example by 180 degrees.
  • the meander loop having the longitudinal regions has a meander head which is arranged in the ring and fluidly connects the longitudinal regions of the meander loop to one another, which so to speak, a head of the meander loop is like the winding head is a head of the winding.
  • the cooling fluid flows through the meander loop, the cooling fluid first flows through the first longitudinal section of the meander loop, then through the meander head and then through the second longitudinal section of the meander loop, so that the cooling fluid coming from or from the first longitudinal section of the meander loop is deflected by means of the meander head and is guided towards the second longitudinal area of the meander loop and is directed into the second longitudinal area of the meander loop.
  • the meander head is directly connected to the first length area of the meander loop and directly precedes the second length area of the meander loop, so that between the meander head and the first length area of the meander loop and between the meander head and the second length area of the meander loop no other further length range of the meander loop runs.
  • the meander head which deflects the cooling fluid coming from the first length of the meander loop to the second length of the meander loop, is arranged in the ring, the cooling fluid is deflected from the first length of the meander loop to the second length of the meander loop in the ring.
  • a particularly good flow deflection of the cooling fluid can be implemented, so that particularly effective and efficient cooling can be achieved.
  • the cooling fluid can be deflected from the first flow direction into the second flow direction by means of the meander head.
  • a further embodiment is characterized in that the ring has at least one supply channel through which the cooling fluid can flow, via which the cooling channel can be supplied with the cooling fluid.
  • the cooling channel and the guide channel through-flowing cooling fluid is thus arranged the supply channel upstream of the cooling channel, which is arranged upstream of the guide channel.
  • the supply duct is a central supply duct, via which a plurality of cooling ducts running in the laminated core can be supplied with the cooling fluid in a simple and effective manner. As a result, particularly good cooling can be achieved.
  • the ring is formed from a plastic material, ie as a plastic ring.
  • the guide channel has several further outlet openings directed towards the winding overhang, via which the cooling fluid flowing through the guide channel can be discharged from the ring and sprayed against the winding overhang.
  • the previous and following statements regarding the first outlet opening can also be applied to the other outlet openings and vice versa.
  • the outlet openings are mentioned below, unless otherwise stated, this means both the first outlet opening and the further outlet openings.
  • outlet openings are spaced apart from one another in the circumferential direction of the stator running around the axial direction of the stator and thus of the laminated core.
  • the end winding can be sprayed with the cooling fluid at a number of points, in particular simultaneously, as a result of which particularly good cooling can be achieved.
  • the outlet openings are distributed uniformly in the circumferential direction of the laminated core. This means, in particular, that the outlet openings are spaced equally apart from one another in pairs in the circumferential direction of the laminated core and thus of the stator.
  • At least one longitudinal region of the cooling channel is completely surrounded by the laminated core in the circumferential direction of the cooling channel, in particular is directly delimited by the laminated core. This allows a particularly advantageous heat exchange between the cooling fluid and be guaranteed with the laminated core, so that particularly good cooling can be achieved.
  • a second aspect of the invention relates to an electric machine for a motor vehicle, with at least one stator according to the invention.
  • Advantages and advantageous configurations of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.
  • FIG. 1 shows a schematic and developed view of a stator for an electric machine of a motor vehicle
  • FIG. 2 shows a detail of a schematic and sectional front view of the stator
  • FIG. 3 shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of the stator
  • FIG. 4 shows a detail of a further schematic longitudinal sectional view of the stator.
  • stator 1 shows a stator 1 for an electric machine of a motor vehicle in a schematic developed view.
  • the motor vehicle which is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, has the electric machine, by means of which the motor vehicle can be driven, in particular purely electrically.
  • the electrical machine has the stator 1 and a rotor 2, which can be seen in sections in FIGS .
  • the stator 1 is shown in Fig. 1 developed. 1, the stator 1 or FIG. 1 is wound around the machine axis of rotation 3, in particular in the manner of a right circular cylinder.
  • the stator 1 whose axial direction coincides with the machine axis of rotation 3, has a laminated core 4, which is made up of individual laminations, for example.
  • the individual sheets are also referred to as stator laminations.
  • cooling channels 5 run in the laminated core 4 and, as illustrated by arrows 6, a cooling fluid can flow through them.
  • the arrows 6 thus illustrate the cooling fluid flowing through the cooling channels 5, and therefore a respective flow of the cooling fluid through the respective cooling channel 5.
  • the cooling fluid is preferably a liquid cooling fluid, therefore a cooling liquid.
  • the cooling fluid is an electrically non-conductive cooling fluid.
  • the cooling fluid is an oil.
  • the cooling fluid is preferably an electrically non-conductive cooling fluid
  • the cooling fluid is preferably a non-conductor whose electrical conductivity is less than 10' 8 S ⁇ cm -1 .
  • the laminated core 4 and thus the stator 1 can be cooled by means of the cooling fluid, in particular by heat transfer from the laminated core 4 to the cooling fluid.
  • the stator 1 has at least one winding 7 whose end winding is denoted by 8 .
  • the winding 7 is formed by at least one conductor formed from a metallic material, for example, through which an electric current can flow.
  • the winding 7 is formed separately from the laminated core 4 and held on the laminated core 4 and thus carried by the laminated core 4 .
  • a respective ring 9 or 10 (Fig. 1) is attached to the laminated core 4 in the axial direction of the stator 1 and thus the laminated core 4 on both sides, so that the laminated core 4 in the axial direction Direction of the stator 1 between the rings 9 and 10 is arranged.
  • the rings 9 and 10 are formed separately from the laminated core 4 and preferably also separately from one another.
  • the ring 9 is arranged on a first axial end face 11 of the laminated core 4
  • the ring 10 is arranged on a second axial end face 17 of the laminated core 4 .
  • the axial end face 17 faces away from the axial end face 11 in the axial direction of the stator 1 and thus of the laminated core 4 and vice versa.
  • the ring 9 rests directly on the end face 11 .
  • the ring 10 rests directly on the end face 17 .
  • the ring 9 adjoins the laminated core 4 at least partially, in particular completely, in the axial direction of the laminated core 4 and thus of the stator 1 .
  • the ring 10 adjoins the laminated core 4 at least partially, in particular completely, in the axial direction of the stator 1 and thus of the laminated core 4 .
  • the respective ring 9 or 10 has a guide channel 12 through which the cooling fluid can flow.
  • the guide channels 12 of the rings 9 and 10 are fluidically connected to the cooling channels 5 .
  • the guide channels 12 are arranged downstream of the cooling channels 5 in the flow direction of the cooling fluid flowing through the cooling channels 5 and the guide channels 12 .
  • the cooling fluid thus flows on its way through the cooling channels 5 and the guide channels 12, as illustrated by arrows 13 in FIG.
  • the cooling fluid then flows through the guide channels 12 .
  • the respective guide channel 12 is a ring channel, and therefore ring-shaped.
  • the respective ring 9 or 10 extends completely closed around the circumferential direction of the stator 1 running around the axial direction of the stator 1 . Provision is also made here for the respective guide channel 12 to run around in a completely closed manner in the circumferential direction of the stator 1 .
  • the respective guide channel 12 has a plurality of outlet openings 15 (Fig. 4) formed in the respective ring 9 or 10, via which the respective guide channel 12 is connected to an area 16 surrounding the respective ring 9 or 10 in itself opens.
  • the fluid flowing through the respective guide channel 12 can flow through the respective outlet opening 15 , so that the cooling fluid can flow out of the respective guide channel 12 via the respective outlet opening 15 and thus flow to the environment 16 .
  • the respective outlet opening 15 is directed towards the winding head 8, so that the cooling fluid flowing through the guide channel 12 and the respective outlet opening 15 and thereby flowing to the surroundings 16 and thus flowing out of the guide channel 12 against the winding head 8 is injected.
  • the end winding 8 of the winding 7 shown in FIGS. 3 and 4 is arranged on or at the end face 11 .
  • the end winding 8 can be supplied with the cooling fluid from the guide channel 12 of the ring 9 via the outlet openings 15 of the ring 9 .
  • the winding 7 On or on the end face 17 of the laminated core 4 facing away from the end face 11, the winding 7 has, for example, a second end winding, which cannot be seen in the figures, towards which the outlet openings 15 of the guide channel 12 of the ring 10 are directed.
  • the second end winding can be supplied with the cooling fluid via the outlet openings 15 of the guide channel 12 of the ring 10 .
  • the respective cooling channel 5 extends in a meandering manner through the laminated core 4 and the respective ring 9 or 10 , so that the respective cooling channel 5 has a meandering shape 20 .
  • the respective cooling duct 5 extends in a meandering manner through the laminated core 4 and through the respective 9 or 10 that a respective first length region L1 of a meander loop 21 of the respective meander shape 20 of the respective cooling duct 5 extends in a direction parallel to the axial direction of the stator 1, 1 by arrows 22, through which the cooling fluid can flow.
  • a respective second length region L2 of the respective meander loop 21 of the respective meander shape 20 of the respective cooling channel 5, which adjoins the respective first length region L1, is divided into a direction that runs parallel to the axial direction of the stator 1, opposite the first flow direction and is indicated by arrows in Fig. 1 23 illustrated second flow direction through which the cooling fluid can flow.
  • the meander loop 21 thus has the length ranges L1 and L2.
  • the respective meander loop 21 has a respective meander head 24, which is also referred to as a deflection space or deflection area.
  • the cooling fluid On its way through the meander shape 20, the cooling fluid first flows through the longitudinal area L1 and then out of the longitudinal area L1 and into the deflection space (meander head 24).
  • the deflection space By means of the deflection space (meander head 24), the cooling fluid is deflected from the longitudinal area L1, for example by at least essentially 180 degrees, and conducted to the longitudinal area L2 and introduced into the longitudinal area L2.
  • the longitudinal regions L1 and L2 of the meander shape 20 are fluidically connected to one another via the meander head 24, with the meander head 24 directly adjoining the longitudinal region L1 and directly preceding the longitudinal region L2.
  • An advantageous flow deflection of the cooling fluid flowing through the respective cooling channel 5 is realized by the meandering shape 20, so that a particularly effective and efficient cooling can be achieved.
  • the meander head denoted by 24 in FIG. the rings 9 and 10 are formed from a plastic and are therefore designed as plastic rings.
  • the meandering shape 20 causes targeted flow deflections of the cooling fluid flowing through the cooling channel 5, whereby a particularly advantageous heat exchange between the cooling fluid and the stator 1, in particular an advantageous heat transfer from the stator 1 to or to the cooling fluid, can be represented.
  • the, in particular all, outlet openings are 15 of the respective ring 9 or 10 in the circumferential direction of the stator 1 spaced from each other and arranged evenly distributed.
  • the supply channel 25 and/or the respective cooling channel 5 and/or the guide channel 12 are designed as a bore.
  • the cooling channels 5 can be supplied with the cooling fluid via the supply channel 25, in particular via at least one respective bore, in particular an oil bore. This is illustrated by arrows 29 in FIG.
  • the supply channel 25 is therefore arranged upstream of the cooling channels 5 , which are arranged upstream of the guide channels 12 .
  • the supply channel is a supply channel that is common to the cooling channels 5 and via which the or all of the cooling channels 5 can be supplied with the cooling fluid.
  • the electrical machine can have a housing 26 .
  • the stator 1 is formed separately from the case 26 and fixed to the case 26 .
  • the supply channel 25 runs in the housing 26.
  • an arrow 27 shows a coolant or a flow of a coolant, wherein the coolant can be, for example, another coolant fluid that is different from the coolant fluid, or the same coolant fluid.
  • the rotor 2 is cooled by the coolant.
  • the coolant is used to cool the rotor 2, the cooling of which is also referred to as rotor cooling.
  • the end winding 8 can also be supplied with the coolant, in order thereby to advantageously cool the end winding 8 .
  • the cooling fluid is fed from the preferably central supply channel 25 into the respective cooling channel 5, for example via at least one or more overflow channels, for example distributed over the circumference, i.e. distributed in the circumferential direction of the stator 1, in particular through the ring 9, the overflow channels being, for example, bores , In particular oil wells are formed.
  • the cooling fluid is introduced from the supply channel 25, in particular via the respective overflow channel, into an inlet space 28 of the cooling channel 5.
  • the cooling fluid can flow into the meander shape 20 from the entry space 28 and subsequently flow through the meander shape 20 .
  • the length regions L1 and L2 of the respective meander loops 21 of the meander shape 20 extend over the entire length of the laminated core 4 running in the axial direction of the stator 1, so that, for example, when only looking at the Laminated core 4, that is, when considering the laminated core 4 without the rings 9 and 10, the length regions L1 and L2 of the respective meander loop 21 open on both axial end faces 11 and 17 of the laminated core 4 to its surroundings.
  • the cooling fluid thus flows through the laminated core 4 over the entire length of the laminated core 4 running in the axial direction. In other words, the cooling fluid flows over the entire, in length of the laminated core 4 running in the axial direction of the stator 1.
  • the respective length region L1 or L2 runs in a straight line and parallel to the axial direction of the stator 1.
  • the outlet openings 15 are spray nozzles, in particular oil spray nozzles, by means of which the cooling fluid is sprayed against the end winding 8 .
  • the outlet opening 15 is designed as a nozzle whose flow cross section through which the cooling fluid can flow can taper, for example in the direction of the end winding 8 , ie towards the end winding 8 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Blechpaket (4), in welchem wenigstens ein von einem Kühlfluid zum Kühlen des Stators (1) durchströmbarer Kühlkanal (5) verläuft, und mit wenigstens einer an dem Blechpaket (4) gehaltenen und einen Wickelkopf (8) aufweisenden Wicklung (7). Vorgesehen ist wenigstens ein sich zumindest teilweise in axialer Richtung des Stators (1) an das Blechpaket (4) anschließender Ring (9), welcher wenigstens einen fluidisch mit dem Kühlkanal (5) verbundenen und dadurch mit dem Kühlfluid aus dem Kühlkanal (5) durchströmbaren Führungskanal (12) mit wenigstens einer auf den Wickelkopf (8) gerichteten Austrittsöffnung (15) aufweist, über welche das den Führungskanal (12) durchströmende Kühlfluid aus dem Ring (9) abführbar und gegen den Wickelkopf (8) zu spritzen ist.

Description

Stator für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs sowie elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug.
Der DE 102016 118 815 A1 ist eine Kühlanordnung für eine elektrische Maschine als bekannt zu entnehmen, die einen Stator aufweisen, der einen Rotor koaxial umgibt. Dabei weist die Kühlanordnung ein Spritzgussteil auf, das an den Stator angespritzt ist und in dem ein Kühlkanal zum Transport eines Kühlmittels ausgeformt ist. Aus der
JP 6184531 B2 ist eine elektrische Maschine bekannt. Des Weiteren offenbart die US 2016/0167499 A1 einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug. Außerdem offenbart die DE 102016 000 985 A1 ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stator für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs sowie eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass eine besonders vorteilhafte Kühlung des Stators realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine aufweist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Hierzu ist die elektrische Maschine vorzugsweise als eine Hochvolt-Komponente ausgebildet, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. In ihrem vollständig hergestellten Zustand weist die elektrische Maschine den Stator und vorzugsweise einen Rotor auf, welcher mittels des Stators antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass der Rotor koaxial zu dem Stator angeordnet ist.
Beispielsweise ist der Stator in einem Gehäuse der elektrischen Maschine festgelegt und somit relativ zu dem Gehäuse unbeweglich, wobei das Gehäuse separat von dem Stator ausgebildet ist.
Der Stator weist ein Blechpaket auf, welches beispielsweise aus mehreren, separat voneinander ausgebildeten und miteinander verbundenen Einzelblechen gebildet ist. Die Einzelbleche werden auch als Blechsegmente bezeichnet, die beispielsweise in axialer Richtung des Stators aufeinander angeordnet sind. Die axiale Richtung des Stators fällt mit der Maschinendrehachse und somit mit der axialen Richtung des Rotors zusammen. Die radiale Richtung des Stators fällt mit der radialen Richtung des Rotors zusammen und verläuft senkrecht zur axialen Richtung und somit senkrecht zur Maschinendrehachse. In dem Blechpaket verläuft wenigstens ein von einem Kühlfluid zum Kühlen des Stators durchströmbarer Kühlkanal. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kühlfluid um eine Flüssigkeit, insbesondere um eine elektrisch nicht-leitende Flüssigkeit wie beispielsweise ein Öl. Beispielsweise kann das Kühlfluid zu dem Stator gehören. Unter dem Merkmal, dass der Stator mittels des Kühlfluids gekühlt werden kann, ist insbesondere zu verstehen, dass das Kühlfluid ein Fluid ist, welches als das Kühlfluid zum Kühlen des Stators verwendet werden kann, insbesondere dann, wenn das Kühlfluid eine geringere Temperatur als zumindest ein Teil des Stators aufweist. Dann kann von dem Teil des Stators Wärme an das den Stator durchströmende Kühlfluid übergehen. Es ist denkbar, dass das Fluid, mithin das Kühlfluid, zum Erwärmen zumindest des genannten Teils des Stators verwendet werden kann, insbesondere dann, wenn das Kühlfluid eine höhere Temperatur als der Teil aufweist. Dann kann Wärme von dem Kühlfluid an den Teil übergehen. Somit ist das Kühlfluid als Temperierfluid zum Temperieren, das heißt zum Kühlen und Erwärmen, des Stators verwendbar.
Der Stator weist außerdem wenigstens eine Wicklung auf, die separat von dem Blechpaket ausgebildet und an dem Blechpaket gehalten ist. Hierdurch ist die Wicklung durch das Blechpaket getragen. Die Wicklung weist wenigstens einen Wickelkopf auf. Der Wickelkopf ist ein Teilbereich der Wicklung, wobei der Teilbereich, das heißt die Wicklung, in axialer Richtung von dem Blechpaket absteht beziehungsweise das Blechpaket in axialer Richtung des Stators überragt. Die Wicklung weist Windungen auf oder ist durch Windungen gebildet, wobei der Wickelkopf durch die Windungen gebildet ist, derart, dass die Windungen ihre jeweiligen Umkehr- beziehungsweise Wendepunkte in dem auch als Wicklungskopf bezeichneten Wickelkopf haben. Mit anderen Worten weist die Wicklung erste Längenbereiche auf, die sich insbesondere länglich oder linienförmig in eine erste Erstreckungsrichtung und dabei insbesondere parallel zueinander erstrecken können. Dem jeweiligen, ersten Längenbereich ist ein jeweiliger, zweiter Längenbereich der Wicklung zugeordnet. Außerdem ist dem jeweiligen, ersten Längenbereich und dem jeweiligen, dem jeweiligen ersten Längenbereich zugeordneten, zweiten Längenbereich ein Übergangsbereich zugeordnet, welcher sich beispielsweise von dem ersten Längenbereich hin zu dem zugeordneten, zweiten Längenbereich betrachtet direkt an den ersten Längenbereich anschließt und direkt dem zweiten Längenbereich vorweggeht. Dabei ist der Wickelkopf durch die Übergangsbereiche gebildet. Von dem jeweiligen, ersten Längenbereich über den jeweiligen Übergangsbereich hin zu dem jeweils zugeordneten, zweiten Längenbereich betrachtet erstreckt sich der jeweilige, dem jeweiligen ersten Längenbereich zugeordnete, zweite Längenbereich insbesondere linienförmig oder fadenförmig in eine zweite Erstreckungsrichtung, die insbesondere schräg oder parallel zur ersten Erstreckungsrichtung verläuft und beispielsweise der ersten Erstreckungsrichtung entgegengesetzt sein kann. Der Übergangsbereich ist somit sozusagen schlaufenförmig oder bildet eine Schlaufe.
Um nun eine besonders vorteilhafte Kühlung, insbesondere Temperierung, des Stators realisieren zu können, ist erfindungsgemäß wenigstens ein sich zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als der Hälfte oder aber vollständig, in axialer Richtung des Stators an das Blechpaket anschließender und separat von dem Blechpaket ausgebildeter Ring vorgesehen, welcher sich vorzugsweise in um die axiale Richtung des Stators und somit um die Maschinendrehachse verlaufender Umfangsrichtung des Stators vollständig, das heißt vollständig geschlossen erstreckt. Insbesondere ist es denkbar, dass der Ring eine axiale Stirnseite des Blechpakets direkt berührt.
Der Ring weist wenigstens einen fluidisch mit dem Kühlkanal verbundenen und dadurch mit dem Kühlfluid aus dem Kühlkanal durchströmbaren Führungskanal auf. Somit kann dem Führungskanal das Kühlfluid aus dem Kühlkanal zugeführt werden. Insbesondere ist es denkbar, dass der Führungskanal ein Ringkanal, mithin ringförmig, ist, wobei vorzugsweise der Führungskanal in Umfangsrichtung des Stators vollständig geschlossen ringförmig umläuft. Der Führungskanal weist wenigstens eine auf den Wickelkopf gerichtete Austrittsöffnung auf, über welche das den Führungskanal durchströmende Kühlfluid aus dem Ring abführbar und hierdurch gegen den Wickelkopf zu spritzen ist. Über die Austrittsöffnung mündet der Führungskanal an eine Umgebung des Stators an sich, das heißt für sich alleine betrachtet. Unter dem Merkmal, dass die Austrittsöffnung auf den Wickelkopf gerichtet ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das die Austrittsöffnung durchströmende Kühlfluid aus dem Führungskanal gegen den Wickelkopf strömt, das heißt gegen den Wickelkopf oder an den Wickelkopf gespritzt wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt strömt das die Austrittsöffnung durchströmende Kühlfluid entlang einer Strömungsrichtung durch die Austrittsöffnung hindurch und somit aus dem Führungskanal heraus, wobei die Strömungsrichtung des die Austrittsöffnung durchströmenden Kühlfluids den Wickelkopf schneidet. Die Strömungsrichtung des die Austrittsöffnung durchströmenden Kühlfluids fällt mit einer Durchgangsrichtung der Austrittsöffnung zusammen, wobei das Kühlfluid entlang der Durchgangsrichtung die Austrittsöffnung durchströmen und somit über die Austrittsöffnung aus dem Führungskanal herausströmen kann. Die Erfindung ermöglicht es, mittels des den Kühlkanal durchströmenden Kühlfluids das Blechpaket an sich vorteilhaft kühlen zu können. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Kühlkanal zumindest teilweise direkt durch das Blechpaket begrenzt ist. Dies bedeutet, dass das den Kühlkanal durchströmende Kühlfluid das Blechpaket direkt berührt, wodurch ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch zwischen dem den Kühlkanal durchströmenden Kühlfluid und dem Blechpaket realisiert werden kann. Außerdem kann mittels der Erfindung der Wickelkopf besonders gut gekühlt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Kühlkanal mäanderförmig durch das Blechpaket und durch den Ring hindurch, wodurch der Kühlkanal eine teilweise in dem Blechpaket und teilweise in dem Ring angeordnete Mäanderform aufweist. Durch die Mäanderform kann wenigstens eine gezielte Strömungsumlenkung des den Kühlkanal und somit die Mäanderform durchströmenden Kühlfluids realisiert werden, wodurch der Stator und dabei insbesondere das Blechpaket besonders gut gekühlt werden können.
Um insbesondere das Blechpaket besonders gut kühlen, insbesondere temperieren, zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass sich der Kühlkanal derart mäanderförmig durch das Blechpaket und durch den Ring hindurch erstreckt, dass ein erster Längenbereich wenigstens einer Mäanderschlinge der Mäanderform in eine parallel zur axialen Richtung des Stators verlaufende, erste Strömungsrichtung und ein sich an den ersten Längenbereich anschließender, zweiter Längenbereich der Mäanderschlinge in eine parallel zur axialen Richtung des Stators verlaufende und der ersten Strömungsrichtung entgegengesetzte, zweite Strömungsrichtung von dem Kühlfluid durchströmbar ist. Mit anderen Worten strömt das Kühlfluid auf seinem Weg durch den Kühlkanal und somit durch die Mäanderform derart durch die Mäanderform, dass das Kühlfluid zunächst durch den ersten Längenbereich der Mäanderschlinge hindurch strömt und dabei in die erste Strömungsrichtung strömt. Daraufhin strömt das Kühlfluid durch den zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge hindurch und dabei in die zweite Strömungsrichtung. Auf seinem Weg durch die Mäanderschlinge wird somit das Kühlfluid, insbesondere genau, einmal umgelenkt, und zwar beispielsweise um 180 Grad. Dadurch kann eine besonders effektive und effiziente Kühlung, insbesondere Temperierung, des Stators gewährleistet werden.
Um einen besonders vorteilhaften Wärmeaustausch zwischen dem den Kühlkanal durchströmenden Kühlfluid und dem Blechpaket realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die die Längenbereiche aufweisende Mäanderschlinge einen in dem Ring angeordneten und die Längenbereiche der Mäanderschlinge fluidisch miteinander verbindenden Mäanderkopf aufweist, welcher sozusagen ein Kopf der Mäanderschlinge ist wie der Wickelkopf ein Kopf der Wicklung ist. Strömt das Kühlfluid durch die Mäanderschlinge hindurch, so strömt das Kühlfluid zunächst durch den ersten Längenbereich der Mäanderschlinge, daraufhin durch den Mäanderkopf und daraufhin durch den zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge, sodass das von oder aus dem ersten Längenbereich der Mäanderschlinge kommende Kühlfluid mittels des Mäanderkopfes umgelenkt und dabei hin zu dem zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge gelenkt wird und in den zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge geleitet wird. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich der Mäanderkopf direkt an den ersten Längenbereich der Mäanderschlinge anschließt und dem zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge direkt vorweggeht, sodass zwischen dem Mäanderkopf und dem ersten Längenbereich der Mäanderschlinge und zwischen dem Mäanderkopf und dem zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge kein anderer, weiterer Längenbereich der Mäanderschlinge verläuft. Da der das aus dem ersten Längenbereich der Mäanderschlinge kommende Kühlfluid hin zu dem zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge umlenkende Mäanderkopf in dem Ring angeordnet ist, erfolgt die Umlenkung des Kühlfluids von dem ersten Längenbereich der Mäanderschlinge kommend hin zu dem zweiten Längenbereich der Mäanderschlinge in dem Ring. Hierdurch kann eine besonders gute Strömungsumlenkung des Kühlfluids realisiert werden, sodass eine besonders effektive und effiziente Kühlung darstellbar ist. Mit anderen Worten ist mittels des Mäanderkopfes das Kühlfluid aus der ersten Strömungsrichtung in die zweite Strömungsrichtung umlenkbar.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Ring wenigstens einen von dem Kühlfluid durchströmbaren Versorgungskanal aufweist, über welchen der Kühlkanal mit dem Kühlfluid versorgbar ist. In Strömungsrichtung des den Versorgungskanal, den Kühlkanal und den Führungskanal durchströmenden Kühlfluids ist somit der Versorgungskanal stromauf des Kühlkanals angeordnet, welcher stromauf des Führungskanals angeordnet ist. Insbesondere ist der Versorgungskanal ein zentraler Versorgungskanal, über weichen mehrere, im Blechpaket verlaufende Kühlkanäle auf einfache und effektive Weise mit dem Kühlfluid versorgt werden können. Dadurch kann eine besonders gute Kühlung dargestellt werden.
Um den Stator besonders gut kühlen, insbesondere temperieren, zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Ring aus einem Kunststoff gebildet, mithin als ein Kunststoff ring, ausgebildet ist.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Führungskanal mehrere, weitere, auf den Wickelkopf gerichtete Austrittsöffnungen auf, über welche das den Führungskanal durchströmende Kühlfluid aus dem Ring abführbar und gegen den Wickelkopf zu spritzen ist. Dabei sind die vorigen und folgenden Ausführungen zur ersten Austrittsöffnung ohne weiteres auch auf die weiteren Austrittsöffnungen übertragbar und umgekehrt. Wenn im Folgenden die Rede von den Austrittsöffnungen ist, so sind darunter, falls nichts anderes angegeben ist, sowohl die erste Austrittsöffnung als auch die weiteren Austrittsöffnungen zu verstehen.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Austrittsöffnungen in um die axiale Richtung des Stators verlaufender Umfangsrichtung des Stators und somit des Blechpakets voneinander beabstandet sind. Dadurch kann der Wickelkopf an mehreren Stellen, insbesondere gleichzeitig, mit dem Kühlfluid bespritzt werden, wodurch eine besonders gute Kühlung realisiert werden kann.
Um zu vermeiden, dass der Wickelkopf übermäßig warme Stellen aufweist, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Austrittsöffnungen in Umfangsrichtung des Blechpakets gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Austrittsöffnungen in Umfangsrichtung des Blechpakets und somit des Stators paarweise gleich voneinander beabstandet sind.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn zumindest ein Längenbereich des Kühlkanals in Umfangsrichtung des Kühlkanals vollständig umlaufend von dem Blechpaket umgeben ist, insbesondere direkt durch das Blechpaket begrenzt ist. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch zwischen dem Kühlfluid und dem Blechpaket gewährleistet werden, sodass eine besonders gute Kühlung darstellbar ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Stator. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische und abgewickelte Ansicht eines Stators für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Vorderansicht des Stators;
Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht des Stators; und
Fig. 4 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht des Stators.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen abgewickelten Ansicht einen Stator 1 für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs. In seinem vollständig hergestellten Zustand weist das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug die elektrische Maschine auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Die elektrische Maschine weist in ihrem vollständig hergestellten Zustand den Stator 1 und einen in Fig. 3 und 4 ausschnittsweise erkennbaren Rotor 2 auf, welcher mittels des Stators 1 antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse 3 (Fig. 1) relativ zu dem Stator 1 drehbar ist. Der Stator 1 ist in Fig. 1 abgewickelt dargestellt. Um somit beispielsweise eine dreidimensionale Darstellung des in Fig. 1 sehr schematisch dargestellten Stators 1 aus Fig. 1 zu erhalten, wird der Stator 1 beziehungsweise Fig. 1 um die Maschinendrehachse 3 gewickelt, insbesondere nach Art eines geraden Kreiszylinders. Der Stator 1 , dessen axiale Richtung mit der Maschinendrehachse 3 zusammenfällt, weist ein Blechpaket 4 auf, welches beispielsweise aus Einzelblechen aufgebaut ist. Die Einzelbleche werden auch als Statorbleche bezeichnet. Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, verlaufen in dem Blechpaket 4 Kühlkanäle 5, die, wie durch Pfeile 6 veranschaulicht ist, von einem Kühlfluid durchströmbar sind. Somit veranschaulichen die Pfeile 6 das die Kühlkanäle 5 durchströmende Kühlfluid, mithin eine jeweilige Strömung des Kühlfluids durch den jeweiligen Kühlkanal 5. Vorzugsweise ist das Kühlfluid ein flüssiges Kühlfluid, mithin eine Kühlflüssigkeit. Ganz vorzugsweise ist das Kühlfluid ein elektrisch nicht-leitendes Kühlfluid. Insbesondere ist das Kühlfluid ein Öl. Unter dem Merkmal, dass das Kühlfluid vorzugsweise ein elektrisch nicht-leitendes Kühlfluid ist, ist zu verstehen, dass das Kühlfluid vorzugsweise ein Nichtleiter ist, dessen elektrische Leitfähigkeit weniger als 10'8 S ■ cm-1 beträgt. Mittels des Kühlfluids können das Blechpaket 4 und somit der Stator 1 gekühlt werden, insbesondere durch einen Wärmeübergang von dem Blechpaket 4 an das Kühlfluid.
Wie aus Fig. 3 und 4 erkennbar ist, weist der Stator 1 wenigstens eine Wicklung 7 auf, deren Wickelkopf mit 8 bezeichnet ist. Die Wicklung 7 ist durch wenigstens einen beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Leiter gebildet, durch welchen elektrischer Strom hindurchfließen kann. Die Wicklung 7 ist separat von dem Blechpaket 4 ausgebildet und an dem Blechpaket 4 gehalten und somit durch das Blechpaket 4 getragen.
Um nun eine besonders vorteilhafte Kühlung des Stators 1 realisieren zu können, schließt sich in axialer Richtung des Stators 1 und somit des Blechpakets 4 beidseitig an das Blechpaket 4 ein jeweiliger Ring 9 beziehungsweise 10 (Fig. 1) an, sodass das Blechpaket 4 in axialer Richtung des Stators 1 zwischen den Ringen 9 und 10 angeordnet ist. Die Ringe 9 und 10 sind separat von dem Blechpaket 4 und vorzugsweise auch separat voneinander ausgebildet. Der Ring 9 ist an einer ersten axialen Stirnseite 11 des Blechpakets 4 angeordnet, und der Ring 10 ist an einer zweiten axialen Stirnseite 17 des Blechpakets 4 angeordnet. Die axiale Stirnseite 17 ist in axialer Richtung des Stators 1 und somit des Blechpakets 4 von der axialen Stirnseite 11 abgewandt und umgekehrt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Ring 9 direkt an der Stirnseite 11 anliegt. Alternativ oder zusätzlich liegt der Ring 10 direkt an der Stirnseite 17 an. Es ist erkennbar, dass sich der Ring 9 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in axialer Richtung des Blechpakets 4 und somit des Stators 1 an das Blechpaket 4 anschließt. Außerdem schließt sich der Ring 10 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in axialer Richtung des Stators 1 und somit des Blechpakets 4 an das Blechpaket 4 an. Der jeweilige Ring 9 beziehungsweise 10 weist einen von dem Kühlfluid durchströmbaren Führungskanal 12 auf. Es ist erkennbar, dass die Führungskanäle 12 der Ringe 9 und 10 mit den Kühlkanälen 5 fluidisch verbunden sind. In Strömungsrichtung des die Kühlkanäle 5 und die Führungskanäle 12 durchströmenden Kühlfluids sind die Führungskanäle 12 stromab der Kühlkanäle 5 angeordnet. Somit strömt das Kühlfluid auf seinem Weg durch die Kühlkanäle 5 und die Führungskanäle 12, wie in Fig. 1 durch Pfeile 13 veranschaulicht ist, von den Kühlkanälen 5 in die Führungskanäle 12, mithin aus den Kühlkanälen 5 aus und in die Führungskanäle 12 hinein. Daraufhin strömt das Kühlfluid durch die Führungskanäle 12 hindurch. Der jeweilige Führungskanal 12 ist ein Ringkanal, mithin ringförmig. Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der jeweilige Ring 9 beziehungsweise 10 in um die axiale Richtung des Stators 1 verlaufender Umfangsrichtung des Stators 1 vollständig geschlossen um. Dabei ist es auch vorgesehen, dass der jeweilige Führungskanal 12 in Umfangsrichtung des Stators 1 vollständig geschlossen ringförmig herum verläuft.
Wie in Fig. 1 durch Pfeile 14 veranschaulicht ist, weist der jeweilige Führungskanal 12 mehrere, in dem jeweiligen Ring 9 beziehungsweise 10 ausgebildeten Austrittsöffnungen 15 (Fig. 4) auf, über welche der jeweilige Führungskanal 12 an eine Umgebung 16 des jeweiligen Rings 9 beziehungsweise 10 an sich mündet. Die jeweilige Austrittsöffnung 15 ist von dem den jeweiligen Führungskanal 12 durchströmenden Fluid durchströmbar, sodass das Kühlfluid über die jeweilige Austrittsöffnung 15 aus dem jeweiligen Führungskanal 12 ausströmen und somit an die Umgebung 16 strömen kann. Besonders gut aus Fig. 4 ist erkennbar, dass die jeweilige Austrittsöffnung 15 auf den Wickelkopf 8 gerichtet ist, sodass das den Führungskanal 12 und die jeweilige Austrittsöffnung 15 durchströmende und dadurch an die Umgebung 16 strömende und somit aus dem Führungskanal 12 herausströmende Kühlfluid gegen den Wickelkopf 8 gespritzt wird. Dies ist in Fig. 4 durch einen Pfeil 19 veranschaulicht. Aus Fig. 4 ist außerdem erkennbar, dass der in Fig. 3 und 4 gezeigte Wickelkopf 8 der Wicklung 7 auf oder an der Stirnseite 11 angeordnet ist. Dabei ist der Wickelkopf 8 über die Austrittsöffnungen 15 des Rings 9 mit dem Kühlfluid aus dem Führungskanal 12 des Rings 9 versorgbar. An oder auf der von der Stirnseite 11 abgewandten Stirnseite 17 des Blechpakets 4 weist die Wicklung 7 beispielsweise einen zweiten, in den Fig. nicht erkennbaren, Wickelkopf auf, auf den die Austrittsöffnungen 15 des Führungskanals 12 des Rings 10 gerichtet sind. Somit kann beispielsweise der zweite Wickelkopf über die Austrittsöffnungen 15 des Führungskanals 12 des Rings 10 mit dem Kühlfluid versorgt werden. Dadurch kann eine besonders effektive und effiziente Kühlung des Stators 1 gewährleistet werden. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass sich der jeweilige Kühlkanal 5 mäanderförmig durch das Blechpaket 4 und den jeweiligen Ring 9 beziehungsweise 10 hindurch erstreckt, sodass der jeweilige Kühlkanal 5 eine Mäanderform 20 aufweist. Dabei erstreckt sich der jeweilige Kühlkanal 5 derart mäanderförmig durch das Blechpaket 4 und durch den jeweiligen 9 beziehungsweise 10 hindurch, dass ein jeweiliger erster Längenbereich L1 einer Mäanderschlinge 21 der jeweiligen Mäanderform 20 des jeweiligen Kühlkanals 5 in eine parallel zur axialen Richtung des Stators 1 verlaufende, in Fig. 1 durch Pfeile 22 veranschaulichte, erste Strömungsrichtung von dem Kühlfluid durchströmbar ist. Ein jeweiliger, sich an den jeweiligen ersten Längenbereich L1 anschließender, zweiter Längenbereich L2 der jeweiligen Mäanderschlinge 21 der jeweiligen Mäanderform 20 des jeweiligen Kühlkanals 5 ist in eine parallel zur axialen Richtung des Stators 1 verlaufende, der ersten Strömungsrichtung entgegengesetzte und in Fig. 1 durch Pfeile 23 veranschaulichte, zweite Strömungsrichtung von dem Kühlfluid durchströmbar.
Die Mäanderschlinge 21 weist somit die Längenbereiche L1 und L2 auf. Außerdem weist die jeweilige Mäanderschlinge 21 einen jeweiligen Mäanderkopf 24 auf, welcher auch als Umlenkraum oder Umlenkbereich bezeichnet wird. Auf seinem Weg durch die Mäanderform 20 strömt das Kühlfluid zunächst durch den Längenbereich L1 und daraufhin aus dem Längenbereich L1 aus und in den Umlenkraum (Mäanderkopf 24) hinein. Mittels des Umlenkraums (Mäanderkopf 24) wird das Kühlfluid aus dem Längenbereich L1 umgelenkt, beispielsweise um zumindest im Wesentlichen 180 Grad, und zu dem Längenbereich L2 geleitet und in den Längenbereich L2 eingeleitet. Somit sind die Längenbereiche L1 und L2 der Mäanderform 20 über den Mäanderkopf 24 fluidisch miteinander verbunden, wobei sich der Mäanderkopf 24 direkt an den Längenberiech L1 anschließt und direkt dem Längenbereich L2 vorweggeht. Durch die Mäanderform 20 ist eine vorteilhafte Strömungsumlenkung des den jeweiligen Kühlkanal 5 durchströmenden Kühlfluids realisiert, sodass eine besonders effektive und effiziente Kühlung darstellbar ist. Es ist erkennbar, dass der in Fig. 1 mit 24 bezeichnete Mäanderkopf in dem Ring 9 angeordnet ist, sodass die Mäanderform 20 teilweise in dem Ring 9 und teilweise in dem Blechpaket 4 angeordnet ist. Des Weiteren sind die Ringe 9 und 10 aus einem Kunststoff gebildet und somit als Kunststoffringe ausgebildet. Die Mäanderform 20 bewirkt gezielte Strömungsumlenkungen des den Kühlkanal 5 durchströmenden Kühlfluids, wodurch ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch zwischen dem Kühlfluid und dem Stator 1 , insbesondere ein vorteilhafter Wärmeübergang von dem Stator 1 auf das oder zu dem Kühlfluid, darstellbar ist. Darüber hinaus kann eine Versorgung des Wickelkopfes 8 mit dem Kühlfluid über die Austrittsöffnungen 15 gewährleistet werden. Vorzugsweise sind die, insbesondere alle, Austrittsöffnungen 15 des jeweiligen Rings 9 beziehungsweise 10 in Umfangsrichtung des Stators 1 voneinander beabstandet und gleichmäßig verteilt angeordnet.
Aus Fig. 1 ist ein vorzugsweise zentraler Versorgungskanal 25 erkennbar, welcher von dem Kühlfluid durchströmbar ist. Beispielsweise sind der Versorgungskanal 25 und/oder der jeweilige Kühlkanal 5 und/oder der Führungskanal 12 als eine Bohrung ausgebildet. Über den Versorgungskanal 25 sind die Kühlkanäle 5 mit dem Kühlfluid versorgbar, insbesondere über wenigstens eine jeweilige Bohrung, insbesondere Ölbohrung. Dies ist in Fig. 1 durch Pfeile 29 veranschaulicht. In Strömungsrichtung des den Versorgungskanal 25, die Kühlkanäle 5 und die Führungskanäle 12 durchströmenden Kühlfluids ist somit der Versorgungskanal 25 stromauf der Kühlkanäle 5 angeordnet, welche stromauf der Führungskanäle 12 angeordnet sind. Insbesondere ist der Versorgungskanal ein den Kühlkanälen 5 gemeinsamer Versorgungskanal, über weichen die beziehungsweise alle Kühlkanäle 5 mit dem Kühlfluid versorgbar sind.
Aus Fig. 3 ist erkennbar, dass die elektrische Maschine ein Gehäuse 26 aufweisen kann. Der Stator 1 ist separat von dem Gehäuse 26 ausgebildet und an dem Gehäuse 26 festgelegt. Beispielsweise verläuft der Versorgungskanal 25 in dem Gehäuse 26.
Aus Fig. 3 ist erkennbar, dass beispielsweise mittels des Führungskanals 12 eine Strömungsumlenkung des aus dem Blechpaket 4 kommenden und in zu der Austrittsöffnung 15 strömenden Kühlfluids bewirkt werden kann, insbesondere um wenigstens 90 Grad. Durch diese gezielte Strömungsumlenkung kann ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch gewährleistet werden. In Fig. 3 und 4 ist durch einen Pfeil 27 ein Kühlmittel beziehungsweise eine Strömung eines Kühlmittels veranschaulicht, wobei das Kühlmittel beispielsweise ein von dem Kühlfluid unterschiedliches, weiteres Kühlfluid oder aber das gleiche Kühlfluid sein kann. Mittels des Kühlmittels wird der Rotor 2 gekühlt. Mit anderen Worten wird das Kühlmittel zur Kühlung des Rotors 2 verwendet, dessen Kühlung auch als Rotorkühlung bezeichnet wird. Es ist erkennbar, dass beispielsweise der Wickelkopf 8 auch mit dem Kühlmittel versorgt werden kann, um dadurch den Wickelkopf 8 vorteilhaft zu kühlen.
Eine Zuführung des Kühlfluids von dem vorzugsweise zentralen Versorgungskanal 25 in den jeweiligen Kühlkanal 5 erfolgt beispielsweise über wenigstens eine oder mehrere, beispielsweise über den Umfang, das heißt in Umfangsrichtung des Stators 1 verteilte, Überströmkanäle insbesondere durch den Ring 9, wobei die Überströmkanäle beispielsweise als Bohrungen, insbesondere Ölbohrungen, ausgebildet sind. Insbesondere wird das Kühlfluid aus dem Versorgungskanal 25, insbesondere über den jeweiligen Überstromkanal, in einen Eintrittsraum 28 des Kühlkanals 5 eingeleitet. Von dem Eintrittsraum 28 kann das Kühlfluid in die Mäanderform 20 einströmen und in der Folge die Mäanderform 20 durchströmen.
Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich die Längenbereiche L1 und L2 der jeweiligen Mäanderschlinge 21 der Mäanderform 20 über die gesamte, in axialer Richtung des Stators 1 verlaufende Längen des Blechpakets 4 erstrecken, sodass beispielsweise bei alleiniger Betrachtung des Blechpakets 4, das heißt bei Betrachtung des Blechpakets 4 ohne die Ringe 9 und 10, die Längenbereiche L1 und L2 der jeweiligen Mäanderschlinge 21 an beiden axialen Stirnseiten 11 und 17 des Blechpakets 4 an dessen Umgebung münden. Somit erfolgt eine Durchströmung des Blechpakets 4 mit dem Kühlfluid über die gesamte in axialer Richtung verlaufende Länge des Blechpakets 4. Mit anderen Worten strömt das Kühlfluid sowohl auf seinem Weg durch den Längenbereich L1 als auch auf seinem Weg durch den Längenbereich L2 über die gesamte, in axialer Richtung des Stators 1 verlaufende Länge des Blechpakets 4. Der jeweilige Längenbereich L1 beziehungsweise L2 verläuft bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel geradlinig und dabei parallel zur axialen Richtung des Stators 1.
Die Austrittsöffnungen 15 sind Spritzdüsen, insbesondere Ölspritzdüsen, mittels welchen das Kühlfluid gegen den Wickelkopf 8 gespritzt wird. Insbesondere ist es denkbar, dass die Austrittsöffnung 15 als eine Düse ausgebildet ist, deren von dem Kühlfluid durchströmbarer Strömungsquerschnitt beispielsweise in Richtung des Wickelkopfs 8, das heißt zu dem Wickelkopf 8 hin, sich verjüngen kann.
Bezugszeichenliste
1 Stator
2 Rotor
3 Maschinendrehachse
4 Blechpaket
5 Kühlkanal
6 Pfeile
7 Wicklung
8 Wickelkopf
9 Ring
10 Ring
11 axiale Stirnseite
12 Führungskanal
13 Pfeil
14 Pfeil
15 Austrittsöffnung
16 Umgebung
17 axiale Stirnseite
18 Wickelkopf
19 Pfeil
20 Mäanderform
21 Mäanderschlinge
22 Pfeil
23 Pfeil
24 Mäanderkopf
25 Versorgungskanal
26 Gehäuse
27 Pfeil
28 Eintrittsraum
29 Pfeil
L1 erster Längenbereich
L2 zweiter Längenbereich

Claims

Patentansprüche Stator (1) für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Blechpaket (4), in welchem wenigstens ein von einem Kühlfluid zum Kühlen des Stators (1) durchströmbarer Kühlkanal (5) verläuft, und mit wenigstens einer an dem Blechpaket (4) gehaltenen und einen Wickelkopf (8) aufweisenden Wicklung (7), gekennzeichnet durch wenigstens einen sich zumindest teilweise in axialer Richtung des Stators (1) an das Blechpaket (4) anschließenden Ring (9), welcher wenigstens einen fluidisch mit dem Kühlkanal (5) verbundenen und dadurch mit dem Kühlfluid aus dem Kühlkanal (5) durchströmbaren Führungskanal (12) mit wenigstens einer auf den Wickelkopf (8) gerichteten Austrittsöffnung (15) aufweist, über welche das den Führungskanal (12) durchströmende Kühlfluid aus dem Ring (9) abführbar und gegen den Wickelkopf (8) zu spritzen ist. Stator (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kühlkanal (12) mäanderförmig durch das Blechpaket (4) und durch den Ring (9) hindurcherstreckt und dadurch eine teilweise in dem Blechpaket (4) und teilweise in dem Ring (9) angeordnete Mäanderform (20) aufweist. Stator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kühlkanal (5) derart mäanderförmig durch das Blechpaket (4) und durch den Ring (9) hindurcherstreckt, dass ein erster Längenbereich (L1) wenigstens einer Mäanderschlinge (21) der Mäanderform (20) in eine parallel zur axialen Richtung des Stators (1) verlaufende, erste Strömungsrichtung (22) und ein sich an den ersten Längenbereich (L1) anschließender, zweiter Längenbereich (L2) der Mäanderschlinge (21) in eine parallel zur axialen Richtung des Stators (1) verlaufende und der ersten Strömungsrichtung (22) entgegengesetzte, zweite Strömungsrichtung (23) von dem Kühlfluid durchströmbar ist. Stator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mäanderschlinge (21) einen in dem Ring (9) angeordneten und die Längenbereiche (L1, L2) der Mäanderschlinge (21) fluidisch miteinander verbindenden Mäanderkopf (24) aufweist, mittels welchem das Kühlfluid aus der ersten Strömungsrichtung (22) in die zweite Strömungsrichtung (23) umlenkbar ist. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (9) wenigstens einen von dem Kühlfluid durchströmbaren Versorgungskanal (25) aufweist, überweichen der Kühlkanal (5) mit dem Kühlfluid versorgbar ist. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (9) aus einem Kunststoff gebildet ist. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (12) mehrere, weitere, auf den Wickelkopf (18) gerichtete Austrittsöffnungen (15) aufweist, über welche das den Führungskanal (12) durchströmende Kühlfluid aus dem Ring (9) abführbar und gegen den Wickelkopf (8) zu spritzen ist, wobei die Austrittsöffnungen (15) in Umfangsrichtung des Blechpakets (4) voneinander beabstandet sind. Stator (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (15) in Umfangsrichtung des Blechpakets (4) gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Längenbereich des Kühlkanals (5) in Umfangsrichtung des Kühlkanals (5) vollständig umlaufend von dem Blechpaket (4) umgeben ist. Elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
PCT/EP2022/077512 2021-10-19 2022-10-04 Stator für eine elektrische maschine eines kraftfahrzeugs sowie elektrische maschine WO2023066648A1 (de)

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