WO2024046521A1 - Stator - Google Patents

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WO2024046521A1
WO2024046521A1 PCT/DE2023/100567 DE2023100567W WO2024046521A1 WO 2024046521 A1 WO2024046521 A1 WO 2024046521A1 DE 2023100567 W DE2023100567 W DE 2023100567W WO 2024046521 A1 WO2024046521 A1 WO 2024046521A1
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WO
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stator
base body
opening
contacting element
openings
Prior art date
Application number
PCT/DE2023/100567
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Silvery
Alexandre Fischer
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of WO2024046521A1 publication Critical patent/WO2024046521A1/de

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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a stator for an electrical machine, comprising a stator body with a plurality of circumferentially distributed stator teeth and stator slots formed between the stator teeth and extending in the axial direction through the stator body, electrical conductors of a stator winding being arranged in the stator slots, which are at least forming a winding head emerge from the end of the stator body and can be energized via an electrical contacting element, the contacting element comprising an electrically insulating base body, on and/or in which electrical contacting conductors run, which cause the electrical conductors to be interconnected to one another on the winding head and/or one provide an electrical connection for current supply, wherein the stator body is formed from a plurality of stator sheets arranged in layers, and the stator body has a plurality of fluid channels through which a cooling fluid can flow and extend in the axial direction through the stator body, a plurality of Fluid channels emerge from the stator body to form an opening on one end face of the stator
  • Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels.
  • Significant efforts have already been made to improve the suitability of electric drives for everyday use and to offer users the usual driving comfort.
  • This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor which is arranged concentrically and coaxially to a bevel gear differential, with a switchable 2-speed planetary gear set being arranged in the power train between the electric motor and the bevel gear differential, which is also coaxial to that E-motor or the bevel gear differential or spur gear differential is positioned.
  • the drive unit has a very compact design and, thanks to the switchable 2-speed planetary gear set, allows a good compromise between climbing ability, acceleration and energy consumption.
  • Such drive units are also referred to as e-axles or electrically operated drive trains.
  • hybrid drive trains are also known.
  • Such drive trains of a hybrid vehicle usually include a combination of an internal combustion engine and an electric motor, and - for example in metropolitan areas - enable purely electric operation with sufficient range and availability, especially for cross-country journeys. There is also the possibility of being driven simultaneously by the internal combustion engine and the electric motor in certain operating situations.
  • Jacket cooling and winding head cooling are known, for example, from the prior art for realizing cooling of electrical machines using hydraulic fluids. While jacket cooling transfers the heat generated on the outer surface of the stator laminated core into a cooling circuit, with winding head cooling the heat is transferred directly to the conductors outside the stator laminated core in the area of the winding heads into the fluid.
  • cooling channels which are installed both in the laminated core of the stator (see e.g. EP3157138 A1) and in the groove in addition to the conductors (see e.g. Markus Schiefer: Indirect winding cooling of highly utilized permanent magnet synchronous machines with Tooth coil winding, thesis, Düsseldorf Institute of Technology (KIT), 2017).
  • Housingless electrical machines are increasingly being used, for example to save weight. With such housing-free electrical machines of high performance classes, it is usually necessary to actively cool the laminated cores. This usually requires cooling channel courses that require the cooling channels to be connected in series and/or parallel in the laminated core.
  • components are placed at the inlets and/or outlets of the cooling channels that control the redirection of the cooling fluid into the corresponding cooling channels. It is also possible that several components are required for the deflection. What these components have in common is that additional contours must be present for the redirection of the cooling fluid. These contours are sometimes complex and therefore generally expensive to produce. Furthermore, such components for redirecting the cooling fluid in the laminated cores can lead to a high pressure loss in the cooling circuit, which is generally undesirable.
  • the object of the invention is therefore to provide a stator with optimized cooling.
  • a stator for an electrical machine comprising a stator body with a plurality of circumferentially distributed stator teeth and stator slots formed between the stator teeth and extending in the axial direction through the stator body, electrical conductors of a stator winding being arranged in the stator slots at least forming a winding head emerge from the end face of the stator body and can be energized via an electrical contacting element, the contacting element comprising an electrically insulating base body, on and/or in which electrical contacting conductors run, which cause the electrical conductors to be interconnected to one another on the winding head and/or provide an electrical connection for current supply, wherein the stator body is formed from a plurality of stator sheets arranged in layers, and the stator body has a plurality of fluid channels through which a cooling fluid can flow and extend in the axial direction through the stator body, wherein a plurality the fluid channels emerge from the stator body to form an opening on one end face, the base body having at least
  • the stator according to the invention also has the advantage that the number of components to be assembled can be reduced when constructing the stator, which can contribute to a reduction in weight and component complexity. This is particularly encouraged by the integration of the fluid guide into the contacting element.
  • the stator according to the invention is intended for use in an electrical machine.
  • the electrical machine is used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and it generally includes the stationary part referred to as a stator, stand or armature as well as a stationary part referred to as a rotor or rotor and arranged to be movable, in particular rotatable, relative to the stationary part Part.
  • the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved.
  • the electric motor particularly preferably has a power greater than 30 kW, preferably greater than 50 kW and in particular greater than 70 kW.
  • the electric machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, most preferably greater than 12,500 rpm.
  • motor vehicles are land vehicles that are moved by mechanical power without being tied to railway tracks.
  • a motor vehicle can, for example, be selected from the group of passenger cars (passenger cars), trucks (lorries), mopeds, light vehicles, motorcycles, motor buses (KOM) or tractors.
  • a stator winding comprises at least one electrically conductive conductor, the length of which is significantly larger than its diameter.
  • the conductor can basically have any cross-sectional shape. Rectangular cross-sectional shapes are preferred because they allow high packing and therefore high power densities to be achieved.
  • a conductor is very particularly preferably made of copper.
  • the conductor preferably has insulation.
  • mica paper which can be reinforced by a glass fabric support for mechanical reasons, can be wound in tape form around one or more stator windings, which are impregnated using a hardening resin.
  • the stator according to the invention also has a stator body.
  • the stator body can be designed in one piece or in several parts, in particular in segments.
  • a one-piece stator body is characterized by the fact that the entire stator body is designed in one piece, viewed circumferentially.
  • the stator body is generally formed from a large number of stacked laminated electrical sheets, each of the electrical sheets being designed to be closed to form a circular ring.
  • a segmented stator body is characterized by the fact that it is made up of individual stator segment parts.
  • the stator body can be constructed from individual stator teeth or stator tooth groups, whereby each individual stator tooth or each individual stator tooth group can be formed from a plurality of stacked laminated electrical sheets, each of the electrical sheets being designed as a stator segment sheet metal part.
  • the stator body is preferably formed from one or more stator laminated cores.
  • a stator lamination stack is understood to mean a plurality of laminated individual sheets or stator laminations, usually made from electrical steel, which are layered and packaged one above the other to form a stack, the so-called stator lamination stack. The individual sheets can then remain held together in the sheet metal package by gluing, welding or screwing.
  • stator teeth of the stator are preferably formed in the stator body.
  • Stator teeth are components of the stator body which are designed as circumferentially spaced, tooth-like, radially inwardly directed parts of the stator body and an air gap for the magnetic field is formed between their free ends and a rotor body.
  • the gap existing between the rotor and the stator is called the air gap. In a radial flux machine, this is a substantially circular gap with a radial width that corresponds to the distance between the rotor body and the stator body.
  • the majority, preferably all, of the electrical conductors have a contour which is essentially rectangular in cross section.
  • the advantage of this configuration is that electrical conductors that are generally available as standard can be used to form the stator winding, which is particularly favorable in terms of the production costs of the stator.
  • the cooling fluid has the function of dissipating heat as efficiently as possible from areas of the stator that are heating up and of avoiding undesirable overheating of these areas.
  • the cooling fluid can also provide lubrication and corrosion protection for moving parts and the metal surfaces of the cooling system of the electrical machine. In addition, it can also remove impurities (for example from abrasion), water and air.
  • the cooling fluid is preferably a liquid.
  • the cooling fluid can in particular be an oil. In principle, however, it is also conceivable to use aqueous cooling fluids, for example emulsions such as water-glycol mixtures.
  • the fluid channels of the stator can be connected to a hydraulic cooling system with a hydraulic cooling circuit.
  • Such a hydraulic cooling system serves to dissipate the heat generated within an electrical machine by electrical losses.
  • a cooling system can have cooling channels within the rotor (rotor cooling channel) and/or stator (stator cooling channel), through which a corresponding cooling fluid is guided for the purpose of dissipating the heat.
  • the cooling fluid can particularly preferably be conveyed through the hydraulic circuit by means of a pump.
  • a plurality of hydraulic circuits are designed to cool the electrical machine or the stator.
  • the fluid channels of the stator are connected to a hydraulic cooling circuit or to different cooling circuits of the cooling system.
  • it is possible to provide more precise cooling since, for example, the temperature of the cooling fluid when it enters the cooling channels of the stator, the flow speed of the cooling fluid or even the type of cooling fluid (oil, emulsion) can be adjusted.
  • the fluid channels extend axially parallel to the axis of rotation of a rotor rotatably mounted to the stator, which has proven to be advantageous in terms of cooling performance and pressure loss.
  • the at least one opening of the base body rests on one of the openings of the stator body, preferably with the interposition of a sealing element.
  • the advantage of this configuration is that a particularly cost-effective fluidic connection can be formed between the stator body and the base body.
  • the at least one opening of the base body of the contacting element fluidly connects two openings of the stator body to one another, so that cooling fluid emerges from a first opening of the stator body during operation of the stator in order to subsequently enter a second opening via the opening of the base body. It can thereby be achieved that the cooling fluid can be guided through the fluid channels of the stator body according to a hydraulic path formed in the base body.
  • any fluidic interconnections and fluid guides are conceivable, with a meander shape proving to be particularly advantageous in terms of the cooling effect and pressure loss.
  • the at least one opening of the base body of the contacting element fluidly connects two openings of the stator body which are adjacent in the circumferential direction.
  • the at least one opening of the base body of the contacting element is designed as a pocket, which also has an advantageous effect on the pressure loss in the fluidic cooling circuit of the stator.
  • the invention can also be further developed in such a way that the at least one opening is connected to a cooling channel running through the base body of the contacting element.
  • the advantage of this configuration is that the cooling effect within the contacting element can be further optimized, for example by introducing a cooling channel to the areas of particularly high thermal load in the contacting element.
  • a cooling channel can have a corresponding shape and a corresponding course through the contacting element.
  • the contacting element it is of course also possible for the contacting element to have a plurality of cooling channels.
  • the cooling channels can also be fluidly connected to one or more of the openings in the base body of the contacting element.
  • the base body of the contacting element has a plurality of openings, each of the openings of the base body being fluidly connected to at least one opening of the stator body assigned to it, whereby the cooling effect within the Contacting element can be further improved.
  • the cooling fluid is a liquid, in particular an oil.
  • aqueous cooling fluids for example emulsions.
  • the cooling fluid it would also be conceivable for the cooling fluid to be in gaseous form.
  • the invention can also be advantageously implemented in such a way that the base body of the contacting element is formed from a plastic, which is preferable for manufacturing considerations and with regard to a weight-optimized design.
  • Figure 1 shows a stator in a cross-sectional view
  • Figure 2 shows a stator in an exploded view
  • Figure 3 shows a stator with an electrical contacting element in a perspective view
  • FIG. 4 shows a stator with an electrical contacting element and an exposed winding head in a perspective view
  • Figure 5 shows a first embodiment of a contacting element in a perspective view
  • Figure 6 shows a second embodiment of a contacting element in three different views
  • Figure 7 is a transparent representation of the second embodiment of the contacting element
  • Figure 8 shows a third embodiment of a contacting element in a perspective and a transparent representation
  • FIG. 9 shows a stator body with exposed fluid channels and the third embodiment of a contacting element in a side view
  • Figure 10 shows a stator body with exposed fluid channels and the third embodiment of a contacting element in a detailed view.
  • FIG. 1 shows a stator 1 for an electrical machine, comprising a stator body 2 with a plurality of circumferentially distributed stator teeth 3 and stator slots 4 formed between the stator teeth 3 and extending in the axial direction through the stator body 2.
  • stator slots 4 5 of a stator winding 6 arranged, which emerge from the front side of the stator body 2 at least to form a winding head 7 and can be energized via an electrical contacting element 8, which is clear from the A combination of Figure 1 and Figure 4 can be understood.
  • Figure 2 shows the stator 1 known from Figure 1 in an exploded view with unspecified front end shields.
  • the stator body 2 is formed from a plurality of stator sheets 11 arranged in layers and has a plurality of fluid channels 12, through which a cooling fluid 13 can flow, and extend in the axial direction through the stator body 2, with a plurality of the fluid channels 12 being formed in each case emerge from an opening 15 on an end face 16 of the stator body 2.
  • a contacting element 8 as shown in the installed state on the stator 1 in Figures 3-4, has an electrically insulating base body 9, on and/or in which electrical contacting conductors 10 run, which connect the electrical conductors 5 on the winding head 7 effect each other and/or provide an electrical connection 17 for power supply.
  • the base body 9 has at least one opening 18, which is fluidly connected to at least one of the openings 15 of the stator body 2, so that cooling fluid 13 enters the base body 9 of the contacting element 8 from the stator body 2 during operation of the stator 1, as is the case, for example from Figure 9 emerges.
  • the base body 9 of the contacting element 8 is formed from a plastic.
  • FIG 4 shows an embodiment of the stator 1 in an electrical machine with a stator winding 6 designed as a wave winding and a contacting element 8 designed as a high-voltage connection.
  • the cooling fluid 13 is distributed and directed within the stator body 2. This The cooling fluid 13 is guided through the stator body 2 together with the contacting element 8 designed as a high-voltage terminal, which will be explained in more detail below.
  • the contacting element 8 has a specially shaped base body 9 made of plastic.
  • This plastic housing of the high-voltage terminal contains several electrical contacting conductors 10 designed as copper rails which run through the base body 9.
  • the base body 9 with the openings 18 has a geometry for redirecting the cooling fluid 13. It can be clearly seen, particularly from Figures 9-10, how this base body 9, which is designed as a plastic housing, enables the cooling fluid 13 to be redirected.
  • the base body 9 is placed on the front side of the stator body 2 in a sealing manner relative to the openings 15 of the stator body 2 and is subjected to a contact pressure required for sealing.
  • a distribution or deflection of the cooling fluid 13 is realized by a sealing ring 20 made of aluminum shown in FIG. 4, so that a meander-like guidance of the cooling fluid 13 through the stator body 2 is formed in these sections of the stator body 2 .
  • the necessary guidance of the cooling fluid 13 through the stator body 2 to continue the meandering guidance of the cooling fluid 13 through the stator body in the area of the contacting element 8 is provided by openings 18 in the base body 9 of the contacting element 8.
  • these openings 18 offer the advantage that the mass of the contacting element 8 and the stator 1 can be reduced.
  • the seal 20 is interrupted in the area of the contacting element 8 and therefore has a circular ring segment-like shape.
  • the seal 20 therefore does not extend between the contacting element 8 and the stator body 2.
  • the redirection and guidance of the cooling fluid 13 takes place directly in the contacting element 8 designed as an HV terminal.
  • the advantage of this design is, among other things, that the weight of the stator 1 can be reduced by substituting a metallic component with a plastic component.
  • Figure 8 shows an embodiment of the contacting element 8 as an HV terminal with three contacting conductors 10 designed as busbar connections to the power electronics. These are encapsulated in plastic to form the base body 9 in order to ensure the necessary air and creepage distances. A neutral star rail then enables the entire electrical connection of the electrical machine.
  • the contacting element 8 known from Figure 8 has a circular ring segment-like spatial shape and at the end facing the stator body 2 a plurality of openings 18 shaped as pockets, by means of which the cooling fluid 13, as already described above, can be guided in a meandering manner through the stator body 2.
  • FIGS 6-7 show another possible embodiment of the contacting element 8 as an HV connection.
  • the contacting element 8 designed as an HV connection Inside the base body 9 of the HV connection, three contacting conductors 10 designed as busbars are integrated and, together with the pressed-in nuts, form a connection 17 for connecting power electronics.
  • the contacting element 8 designed as an HV connection also has openings 18 designed as pockets on the front end facing the stator body 2, which then direct the cooling fluid 13 in a meandering path through the stator body 2.
  • the openings 18 of the base body 9 rest on the openings 15 of the stator body 2 with a sealing element 19 interposed.
  • 9 clearly shows that an opening 18 of the base body 9 of the contacting element 8 fluidly connects two openings 15a, 15b of the stator body 2 to one another, so that cooling fluid 13 emerges from a first opening 15a of the stator body 2 during operation of the stator 1 subsequently enter a second opening 15b via the opening 18 of the base body 9.
  • an opening 18 of the base body 9 of the contacting element 8 fluidly connects two circumferentially adjacent openings 15a, 15b of the stator body 2 to one another.
  • the openings 18 of the base body 9 of the contacting element 8 is designed as a pocket.
  • the base body 9 of the contacting element 8 has a plurality of openings 18a, 18b, 18c, each of the openings 18a, 18b, 18c of the base body 9 each having at least one opening 15 assigned to it of the stator body 2 is fluidly connected.
  • the openings 18a, 18b, 18c of the base body 9 are fluidly connected to the openings 15 of the stator body 2 in such a way that a meandering fluid path for the cooling fluid 13 is defined.
  • one or more of the openings 18 to be connected to a cooling channel running through the base body 9 of the contacting element 8, but this is not shown in the figures.

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  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1 ) für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper (2) mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähnen (3) und zwischen den Statorzähnen (3) gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper (2) erstreckender Statornuten (4), wobei in den Statornuten (4) elektrische Leiter (5) einer Statorwicklung (6) angeordnet sind, die wenigstens unter Ausbildung eines Wickelkopfes (7) stirnseitig aus dem Statorkörper (2) austreten und über ein elektrisches Kontaktierungselement (8) bestrombar sind, wobei das Kontaktierungselement (8) einen elektrisch isolierenden Grundkörper (9) umfasst, an und/oder in dem elektrische Kontaktierungsleiter (10) verlaufen, welche am Wickelkopf (7) eine Verschaltung der elektrischen Leiter (5) untereinander bewirken und/oder einen elektrischen Anschluss (17) zu einer Bestromung bereitstellen, wobei der Statorkörper (2) aus einer Mehrzahl von schichtweise angeordneten Statorblechen (11 ) gebildet ist, und der Statorkörper (2) eine Mehrzahl von Fluidkanälen (12) aufweist, welche von einem Kühlfluid (13) durchströmbar sind, und sich in axialer Richtung durch den Statorkörper (2) erstrecken, wobei eine Mehrzahl der Fluidkanäle (12) unter Ausbildung jeweils einer Öffnung (15) an einer Stirnseite (16) des Statorkörpers (2) aus diesem austreten, wobei der Grundkörper (9) wenigstens eine Öffnung (18) aufweist, welche mit wenigstens einer der Öffnungen (15) des Statorkörpers (2) fluidisch verbunden ist.

Description

Stator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähnen und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckender Statornuten, wobei in den Statornuten elektrische Leiter einer Statorwicklung angeordnet sind, die wenigstens unter Ausbildung eines Wickelkopfes stirnseitig aus dem Statorkörper austreten und über ein elektrisches Kontaktierungselement bestrombar sind, wobei das Kontaktierungselement einen elektrisch isolierenden Grundkörper umfasst, an und/oder in dem elektrische Kontaktierungsleiter verlaufen, welche am Wickelkopf eine Verschaltung der elektrischen Leiter untereinander bewirken und/oder einen elektrischen Anschluss zu einer Bestromung bereitstellen, wobei der Statorkörper aus einer Mehrzahl von schichtweise angeordneten Statorblechen gebildet ist, und der Statorkörper eine Mehrzahl von Fluidkanälen aufweist, welche von einem Kühlfluid durchströmbar sind, und sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstrecken, wobei eine Mehrzahl der Fluidkanäle unter Ausbildung jeweils einer Öffnung an einer Stirnseite des Statorkörpers aus diesem austreten.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2- Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.
Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
Bei der Entwicklung der für E-Achsen oder Hybridmodule vorgesehenen elektrischen Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten zu steigern, so dass der hierzu notwendigen Kühlung der elektrischen Maschinen wachsende Bedeutung zukommt. Aufgrund der notwendigen Kühlleistungen haben sich in den meisten Konzepten Hydraulikflüssigkeiten, wie Kühlöle, zum Abtransport von Wärme aus den thermisch beaufschlagten Bereichen einer elektrischen Maschine durchgesetzt.
Die Mantelkühlung sowie die Wickelkopfkühlung sind beispielsweise aus dem Stand der Technik für die Realisierung einer Kühlung von elektrischen Maschinen mittels Hydraulikflüssigkeiten bekannt. Während die Mantelkühlung die entstehende Wärme an der äußeren Oberfläche des Statorblechpakets in einen Kühlkreislauf überträgt, erfolgt bei der Wickelkopfkühlung der Wärmeübergang direkt an den Leitern außerhalb des Statorblechpakets im Bereich der Wickelköpfe in das Fluid.
Weitere Verbesserungen bieten getrennt ausgeführte Kühlkanäle, welche sowohl in das Blechpaket des Stators (siehe z. B. EP3157138 A1 ) als auch in die Nut zusätzlich zu den Leitern eingebracht werden (siehe z. B. Markus Schiefer: Indirekte Wicklungskühlung von hochausgenutzten permanenterregten Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung, Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017). Zunehmend kommen, beispielsweise aus Gründen der Gewichtsersparnis, auch gehäuselose elektrische Maschinen zum Einsatz. Bei derartigen gehäuselosen elektrischen Maschinen hoher Leistungsklassen ist es in der Regel erforderlich, die Blechpakete aktiv zu kühlen. Hierzu werden meist Kühlkanalverläufe benötigt die eine Reihen- und/oder Parallelschaltung der Kühlkanäle im Blechpaket erfordern. Um das zu realisieren, werden an den Ein- und/oder Ausgängen der Kühlkanäle Bauteile platziert, die die Umlenkung des Kühlfluids in die entsprechenden Kühlkanäle steuern. Dabei ist es auch möglich das mehrere Bauteile für die Umlenkung erforderlich sind. Diese Bauteile haben die Gemeinsamkeit, das jeweils zusätzlich Konturen für die Umlenkung des Kühlfluids vorhanden sein müssen. Diese Konturen sind teilweise komplex und damit in der Regel teuer in der Herstellung. Ferner können derartige Bauteile zur Umlenkung des Kühlfluids in den Blechpaketen zu einem hohen Druckverlust in dem Kühlkreislauf führen, was regelmäßig unerwünscht ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Stator mit einer optimierten Kühlung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähnen und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckender Statornuten, wobei in den Statornuten elektrische Leiter einer Statorwicklung angeordnet sind, die wenigstens unter Ausbildung eines Wickelkopfes stirnseitig aus dem Statorkörper austreten und über ein elektrisches Kontaktierungselement bestrombar sind, wobei das Kontaktierungselement einen elektrisch isolierenden Grundkörper umfasst, an und/oder in dem elektrische Kontaktierungsleiter verlaufen, welche am Wickelkopf eine Verschaltung der elektrischen Leiter untereinander bewirken und/oder einen elektrischen Anschluss zu einer Bestromung bereitstellen, wobei der Statorkörper aus einer Mehrzahl von schichtweise angeordneten Statorblechen gebildet ist, und der Statorkörper eine Mehrzahl von Fluidkanälen aufweist, welche von einem Kühlfluid durchströmbar sind, und sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstrecken, wobei eine Mehrzahl der Fluidkanäle unter Ausbildung jeweils einer Öffnung an einer Stirnseite des Statorkörpers aus diesem austreten, wobei der Grundkörper wenigstens eine Öffnung aufweist, welche mit wenigstens einer der Öffnungen des Statorkörpers fluidisch verbunden ist, so dass Kühlfluid im Betrieb des Stators aus dem Statorkörper in den Grundkörper des Kontaktierungselements eintritt.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine verbesserte Kühlung des elektrische Kontaktierungselements und dessen elektrischen Leiters durch Anschluss an den Kühlkreislauf des Statorkörpers bereitgestellt werden kann. Die hierdurch verbesserte Kühlleistung kann zu einem optimierten Wirkungsgrad und geringeren thermischen Verlusten im Betrieb des Stators beitragen.
Der erfindungsgemäße Stator hat des Weiteren den Vorteil, dass beim Aufbau des Stators die Anzahl an zu montierenden Bauteilen reduziert werden kann, was zu einer Gewichtsreduzierung und Reduktion der Bauteilkomplexität beitragen kann. Dies wird insbesondere durch die Integration der Fluidführung in das Kontaktierungselement begünstigt.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Der erfindungsgemäße Stator ist zur Verwendung in einer elektrischen Maschine vorgesehen. Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel den als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt. Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
In die Statornuten des erfindungsgemäßen Stators sind elektrische Leiter einer Statorwicklung eingelassen. Eine Statorwicklung umfasst wenigstens einen elektrisch leitfähigen Leiter, dessen Längenerstreckung wesentlich größer ist als sein Durchmesser. Der Leiter kann grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind rechteckige Querschnittsformen, da sich mit diesen hohe Packungs- und folglich Leistungsdichten erzielen lassen. Ganz besonders bevorzugt ist ein Leiter aus Kupfer gebildet. Bevorzugt weist der Leiter eine Isolierung auf. Zur Isolierung der Leiter bzw. Statorwicklung kann beispielsweise Glimmerpapier, welches aus mechanischen Gründen durch einen Glasgewebeträger verstärkt sein kann, in Bandform um eine oder mehrere Statorwicklungen gewickelt sein, welche mittels eines aushärtenden Harzes imprägniert sind. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine aushärtbare Lackschicht oh-ne ein Glimmerpapier zu verwenden, um einen Leiter bzw. eine Statorwicklung zu isolieren.
Der erfindungsgemäße Stator besitzt ferner einen Statorkörper. Der Statorkörper kann einteilig oder mehrteilig, insbesondere segmentiert ausgebildet sein. Ein einteiliger Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass der gesamte Statorkörper umfänglich gesehen einteilig ausgebildet ist. Der Statorkörper ist dabei in der Regel aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet, wobei jedes der Elektrobleche zu einem Kreisring geschlossen ausgebildet ist. Ein segmentiert aufgebauter Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass er aus einzelnen Statorsegmentteilen aufgebaut ist. Der Statorkörper kann dabei aus einzelnen Statorzähnen oder Statorzahngruppen aufgebaut sein, wobei jeder einzelne Statorzahn oder jede einzelne Statorzahngruppe aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet sein kann, wobei jedes der Elektrobleche als Statorsegmentblechteil ausgebildet ist. Der Statorkörper ist bevorzugt aus einem oder mehreren Statorblechpaketen gebildet. Als Statorblechpaket werden eine Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen bzw. Statorblechen verstanden, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Statorblechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können dann in dem Blechpaket durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten bleiben.
In dem Statorkörper sind bevorzugt die Statorzähne des Stators ausgebildet. Als Statorzähne werden Bestanteile des Statorkörpers bezeichnet, die als umfänglich beabstandete, zahnartig radial nach innen gerichtete Teile des Statorkörpers ausgebildet sind und zwischen deren freien Enden und einem Rotorkörper ein Luftspalt für das Magnetfeld gebildet ist. Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das ein im Wesentlichen kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Mehrzahl, bevorzugt alle der elektrischen Leiter eine im Querschnitt im Wesentlichen rechteckige Kontur aufweisen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass auf in der Regel standardmäßig verfügbare elektrische Leiter zur Ausbildung der Statorwicklung zurückgegriffen werden kann, was hinsichtlich der Fertigungskosten des Stators besonders günstig ist.
Das Kühlfluid hat in dem erfindungsgemäßen Stator die Funktion, Wärme möglichst effizient aus sich erwärmenden Bereichen des Stators abzuführen und ein unerwünschtes Überhitzen dieser Bereiche zu vermeiden. Neben dieser Hauptaufgabe kann das Kühlfluid insbesondere auch die Schmierung und den Korrosionsschutz für bewegliche Teile und die Metalloberflächen des Kühlsystems der elektrischen Maschine bereitstellen. Außerdem kann es insbesondere auch Verunreinigungen (beispielsweise durch Abrieb), Wasser und Luft abführen. Das Kühlfluid ist bevorzugt eine Flüssigkeit. Das Kühlfluid kann insbesondere ein Öl sein. Grundsätzlich ist es allerdings auch denkbar, wässrige Kühlfluide, beispielsweise auch Emulsionen wie Wasser-Glykol-Mischungen, zu verwenden. Die Fluidkanäle des Stators können an ein hydraulisches Kühlsystem mit einem hydraulischen Kühlkreislauf verbunden sein. Ein derartiges hydraulisches Kühlsystem dient der Abfuhr der innerhalb einer elektrischen Maschine durch elektrische Verluste erzeugten Wärme. Ein derartiges Kühlsystem kann Kühlkanäle innerhalb von Rotor (Rotorkühlkanal) und/oder Stator (Statorkühlkanal) aufweisen, durch die ein entsprechendes Kühlfluid zwecks Abtransports der Wärme geführt ist.
Das Kühlfluid kann insbesondere bevorzugt mittels einer Pumpe durch den hydraulischen Kreislauf gefördert werden. Es ist grundsätzlich denkbar, dass eine Mehrzahl von hydraulischen Kreisläufen zur Kühlung der elektrischen Maschine bzw. des Stators ausgebildet ist. Hierbei ist es dann höchst bevorzugt, dass die Fluidkanäle des Stators an einem hydraulischen Kühlkreislauf oder an verschiedenen Kühlkreisläufen des Kühlsystems angeschlossen sind. Insbesondere durch den Anschluss an mehrere Kühlkreisläufe ist es möglich, eine genauere Kühlung bereitstellen zu können, da beispielsweise die Temperatur des Kühlfluids bei Eintritt in die Kühlkanäle des Stators, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids oder auch die Art des Kühlfluids (Öl, Emulsion) einstellbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fluidkanäle sich achsparallel zur Drehachse eines drehbar zum Stator gelagerten Rotors erstrecken, was sich hinsichtlich der Kühlleistung und des Druckverlusts als vorteilhaft erwiesen hat.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Öffnung des Grundkörpers an einer der Öffnungen des Statorkörpers, bevorzugt unter Zwischenanordnung eines Dichtelements, anliegt.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine besonders kostengünstige fluidische Verbindung zwischen dem Statorkörper und dem Grundkörper ausgebildet werden kann.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Öffnung des Grundkörpers des Kontaktierungselements zwei Öffnungen des Statorkörpers fluidisch miteinander verbindet, so dass Kühlfluid im Betrieb des Stators aus einer ersten Öffnung des Statorkörpers austritt, um nachfolgend über die Öffnung des Grundkörpers in eine zweite Öffnung einzutreten. Es kann hierdurch erreicht werden, dass das Kühlfluid gemäß einem durch in dem Grundkörper ausgebildeten hydraulischen Pfad durch die Fluidkanäle des Statorkörpers geführt werden kann. Hierbei sind grundsätzlich beliebige fluidische Verschaltungen und Fluidführungen denkbar, wobei sich eine Mäanderform als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Kühlwirkung und des Druckverlusts erwiesen hat.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Öffnung des Grundkörpers des Kontaktierungselements zwei in Umfangsrichtung benachbarte Öffnungen des Statorkörpers fluidisch miteinander verbindet. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass hierdurch der Druckverlust in dem fluidischen Kühlkreislauf des Stators weiter reduziert werden kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Öffnung des Grundkörpers des Kontaktierungselements als eine Tasche ausgeführt ist, was ebenfalls eine vorteilhafte Wirkung auf den Druckverlust in dem fluidischen Kühlkreislauf des Stators hat.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die wenigstens eine Öffnung mit einem durch den Grundkörper des Kontaktierungselements verlaufenden Kühlkanal verbunden ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Kühlwirkung innerhalb des Kontaktierungselements weiter optimiert werden kann, beispielsweise dadurch, dass ein Kühlkanal an die Bereiche einer besonders hohen thermischen Belastung in dem Kontaktierungselement herangeführt wird. Hierzu kann ein Kühlkanal eine entsprechende Form und einen entsprechenden Verlauf durch das Kontaktierungselement aufweisen. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, dass das Kontaktierungselement eine Mehrzahl an Kühlkanälen aufweist. Auch können die Kühlkanäle mit einem oder mehreren der Öffnungen des Grundkörpers des Kontaktierungselements fluidisch verbunden sein. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es daher auch vorgesehen sein, dass der Grundkörper des Kontaktierungselements eine Mehrzahl an Öffnungen aufweist, wobei jede der Öffnungen des Grundkörpers mit jeweils wenigstens einer ihr zugeordneten Öffnung des Statorkörpers fluidisch verbunden ist, wodurch sich die Kühlwirkung innerhalb des Kontaktierungselements weiter verbessern lässt.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Mehrzahl an Öffnungen des Grundkörpers mit den Öffnungen des Statorkörpers fluidisch so verbunden sind, dass ein mäandernder Fluidpfad für das Kühlfluid definiert ist, was sich hinsichtlich des Druckverlustes und der Kühlwirkung als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das Kühlfluid eine Flüssigkeit, insbesondere ein Öl ist. Grundsätzlich ist es allerdings auch denkbar, wässrige Kühlfluide, beispielsweise auch Emulsionen, zu verwenden. Auch wäre es denkbar, dass das Kühlfluid gasförmig ausgeführt ist.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass der Grundkörper des Kontaktierungselements aus einem Kunststoff geformt ist, was aus fertigungstechnischen Erwägungen sowie hinsichtlich einer gewichtsoptimierten Ausführung zu bevorzugen ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 einen Stator in einer Querschnittsansicht,
Figur 2 einen Stator in einer Explosionsdarstellung, Figur 3 einen Stator mit einem elektrischen Kontaktierungselement in einer perspektivischen Ansicht,
Figur 4 einen Stator mit einem elektrischen Kontaktierungselement und freigestelltem Wickelkopf in einer perspektivischen Ansicht,
Figur 5 eine erste Ausführungsform eines Kontaktierungselements in einer perspektivischen Ansicht,
Figur 6 eine zweite Ausführungsform eines Kontaktierungselements in drei verschiedenen Ansichten,
Figur 7 eine transparente Darstellung der zweiten Ausführungsform des Kontaktierungselements
Figur 8 eine dritte Ausführungsform eines Kontaktierungselements in einer perspektivischen und einer transparenten Darstellung
Figur 9 einen Statorkörper mit freigestellten Fluidkanälen und der dritten Ausführungsform eines Kontaktierungselements in einer Seitenansicht,
Figur 10 einen Statorkörper mit freigestellten Fluidkanälen und der dritten Ausführungsform eines Kontaktierungselements in einer Detailansicht.
Die Figur 1 zeigt einen Stator 1 für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper 2 mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähnen 3 und zwischen den Statorzähnen 3 gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper 2 erstreckender Statornuten 4. In den Statornuten 4 sind elektrische Leiter 5 einer Statorwicklung 6 angeordnet, die wenigstens unter Ausbildung eines Wickelkopfes 7 stirnseitig aus dem Statorkörper 2 austreten und über ein elektrisches Kontaktierungselement 8 bestrombar sind, was sich gut aus der Zusammenschau von Figur 1 mit Figur 4 nachvollziehen lässt. Figur 2 zeigt den aus der Figur 1 bekannten Stator 1 in einer Explosionsdarstellung mit nicht näher bezeichneten stirnseitigen Lagerschilden.
Auch wenn in den Figuren 1 -2 lediglich vier Öffnungen 15 der Fluidkanäle 12 in einem Kreisbogenabschnitt gezeigt sind, versteht es sich, dass sich auch eine Mehrzahl an Öffnungen 15 und Fluidkanäle 12 über den gesamten Umfang des Statorkörpers 2 kreisringartig erstrecken kann.
Der Statorkörper 2 ist aus einer Mehrzahl von schichtweise angeordneten Statorblechen 11 gebildet und weist eine Mehrzahl von Fluidkanälen 12 aufweist, welche von einem Kühlfluid 13 durchströmbar sind, und sich in axialer Richtung durch den Statorkörper 2 erstrecken, wobei eine Mehrzahl der Fluidkanäle 12 unter Ausbildung jeweils einer Öffnung 15 an einer Stirnseite 16 des Statorkörpers 2 aus diesem austreten. Dies wird auch noch einmal deutlich durch die Zusammenschau der Figur 1 mit der Figur 9.
Ein Kontaktierungselement 8, wie es im verbauten Zustand an dem Stator 1 in den Figuren 3-4 gezeigt ist, besitzt einen elektrisch isolierenden Grundkörper 9, an und/oder in dem elektrische Kontaktierungsleiter 10 verlaufen, welche am Wickelkopf 7 eine Verschaltung der elektrischen Leiter 5 untereinander bewirken und/oder einen elektrischen Anschluss 17 zu einer Bestromung bereitstellen.
Der Grundkörper 9 weist wenigstens eine Öffnung 18 auf, welche mit wenigstens einer der Öffnungen 15 des Statorkörpers 2 fluidisch verbunden ist, so dass Kühlfluid 13 im Betrieb des Stators 1 aus dem Statorkörper 2 in den Grundkörper 9 des Kontaktierungselements 8 eintritt, so wie es beispielsweise aus der Figur 9 hervorgeht. Der Grundkörper 9 des Kontaktierungselements 8 ist aus einem Kunststoff geformt.
Die Figur 4 zeigt eine Ausführungsform des Stators 1 in einer elektrischen Maschine mit einer als Wellenwicklung ausgebildeten Statorwicklung 6 und ein als Hochvolt-Anschluss ausgeführtes Kontaktierungselement 8. Hierbei erfolgt eine Verteilung und Lenkung des Kühlfluids 13 innerhalb des Statorkörpers 2. Diese Führung des Kühlfluids 13 durch den Statorkörper 2 wird gemeinsam mit dem als Hochvolt-Terminal ausgeführten Kontaktierungselement 8 ausgeführt, was nachfolgend noch näher erläutert wird.
Zur Führung und Umlenkung des Kühlfluids 13 in dem Statorkörper 2 besitzt das Kontaktierungselement 8 einen speziell geformten Grundkörper 9 aus Kunststoff. Dieses Kunststoffgehäuse des Hochvolt-Terminals enthält mehrere als Kupferschienen ausgeführte elektrische Kontaktierungsleiter 10 die durch den Grundkörper 9 hindurch verlaufen. Ferner besitzt der Grundkörper 9 mit den Öffnungen 18 eine Geometrie zur Umlenkung des Kühlfluids 13. Man erkennt insbesondere aus den Figuren 9-10 gut, wie durch diesen als Kunststoffgehäuse ausgeführten Grundkörper 9 eine Umlenkung des Kühlfluids 13 ermöglicht wird. Dabei wird der Grundkörper 9 dichtend gegenüber den Öffnungen 15 des Statorkörpers 2 stirnseitig auf des Statorkörper 2 aufgesetzt und mit einer zur Dichtung erforderlichen Anpresskraft beaufschlagt.
An dem Statorkörpers 1 ist abseits des Kontaktierungselements 8 eine Verteilung bzw. Umlenkung des Kühlfluids 13 durch einen aus der Figur 4 ersichtlichen Dichtring 20 aus Aluminium realisiert, so dass in diesen Abschnitten des Statorkörpers 2 eine mäanderartige Führung des Kühlfluids 13 durch den Statorkörper 2 ausgebildet ist. Die notwendige Führung des Kühlfluids 13 durch den Statorkörper 2 zur Fortführung der mäanderartigen Führung des Kühlfluids 13 durch den Statorkörper im Bereich des Kontaktierungselements 8 wird durch Öffnungen 18 des Grundkörpers 9 des Kontaktierungselements 8 bereitgestellt. Diese Öffnungen 18 bieten neben der verbesserten Kühlung des Kontaktierungselements 8 den Vorteil, dass die Masse des Kontaktierungselements 8 und des Stators 1 reduziert werden kann. Der Dichtung 20 ist im Bereich des Kontaktierungselements 8 unterbrochen und besitzt hierdurch eine kreisringsegmentartige Form. Zwischen dem Kontaktierungselement 8 und dem Statorkörper 2 erstreckt sich der Dichtung 20 somit nicht. Die Umlen- kung und Führung des Kühlfluids 13 erfolgt direkt in dem als HV-Terminal ausgebildeten Kontaktierungselement 8. Der Vorteil dieser Ausführung besteht u.a. darin, dass das Gewicht des Stators 1 durch die Substitution eines metallischen mit einem Kunststoffbauteil reduziert werden kann. Figur 8 zeigt eine Ausführungsform des Kontaktierungselements 8 als einen HV- Terminal mit drei als Busbarsanschlüssen zur Leistungselektronik ausgeführten Kontaktierungsleitern 10. Diese sind unter Ausbildung des Grundkörpers 9 von einem Kunststoff umspritzt, um notwendige Luft- und Kriechstrecken sicherzustellen. Eine neutrale Sternschiene ermöglicht dann die gesamte elektrische Verschaltung der elektrischen Maschine. Das aus der Figur 8 bekannte Kontaktierungselement 8 besitzt eine kreisringsegmentartige Raumform und an der dem Statorkörper 2 zugewandten stirnseitigen Ende eine Mehrzahl von als Taschen ausgeformte Öffnungen 18, mittels derer das Kühlfluid 13, wie oben bereits beschreiben, mäanderförmig durch den Statorkörper 2 geführt werden kann.
Die Abbildungen 6-7 zeigen eine weitere mögliche Ausführungsform des Kontaktierungselements 8 als HV-Connection. Im Inneren des Grundkörpers 9 der HV- Connection sind drei als Stromschienen ausgeführte Kontaktierungsleiter 10 integriert und bilden mit den eingepressten Muttern einen Anschluss 17 zur Anbindung einer Leistungselektronik. Auch das als HV-Connection ausgebildete Kontaktierungselement 8 besitzt auf der dem Statorkörper 2 zugewandten stirnseitigen Ende als Taschen ausgeführte Öffnungen 18 auf, welche das Kühlfluid 13 dann in einer mäandernden Bahn durch den Statorkörper 2 lenken.
Hierzu liegen die Öffnungen 18 des Grundkörpers 9 an den Öffnungen 15 des Statorkörpers 2 unter Zwischenanordnung eines Dichtelements 19 an. Der Figur 9 ist gut entnehmbar, dass jeweils eine Öffnung 18 des Grundkörpers 9 des Kontaktierungselements 8 zwei Öffnungen 15a, 15b des Statorkörpers 2 fluidisch miteinander verbindet, so dass Kühlfluid 13 im Betrieb des Stators 1 aus einer ersten Öffnung 15a des Statorkörpers 2 austritt, um nachfolgend über die Öffnung 18 des Grundkörpers 9 in eine zweite Öffnung 15b einzutreten. Dies ist beispielsweise in der Figur 10 gezeigt. Hierbei verbindet eine Öffnung 18 des Grundkörpers 9 des Kontaktierungselements 8 zwei in Umfangsrichtung benachbarte Öffnungen 15a, 15b des Statorkörpers 2 fluidisch miteinander. Die Öffnungen 18 des Grundkörpers 9 des Kontaktierungselements 8 ist hierbei als eine Tasche ausgeführt.
In der Figur 9 sitzt das als HV-Terminal konfigurierte Kontaktierungselement 8 direkt auf einem Dichtelement 19 auf und presst so nochmals die Dichtelement 19 an die Stirnseite des Statorkörpers 2.
Was den Figuren 5-10 auch entnommen werden kann ist, dass der Grundkörper 9 des Kontaktierungselements 8 eine Mehrzahl an Öffnungen 18a, 18b, 18c aufweist, wobei jede der Öffnungen 18a, 18b, 18c des Grundkörpers 9 mit jeweils wenigstens einer ihr zugeordneten Öffnung 15 des Statorkörpers 2 fluidisch verbunden ist. Wie in den Figuren 9-10 gezeigt, sind die Öffnungen 18a, 18b, 18c des Grundkörpers 9 mit den Öffnungen 15 des Statorkörpers 2 fluidisch so verbunden sind, dass ein mäandernder Fluidpfad für das Kühlfluid 13 definiert ist.
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass eine oder mehrere der Öffnungen 18 mit einem durch den Grundkörper 9 des Kontaktierungselements 8 verlaufenden Kühlkanal verbunden ist, was in den Figuren jedoch nicht gezeigt ist.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezuqszeichenliste
1 Stator
2 Statorkörper
3 Statorzähnen
4 Statornuten
5 Leiter
6 Statorwicklung
7 Wickelkopf
8 Kontaktierungselement
9 Grundkörper
10 Kontaktierungsleiter
11 Statorbleche
12 Fluidkanäle
13 Kühlfluid
15 Öffnung
16 Stirnseite
17 Anschluss
18 Öffnung
19 Dichtelement
20 Dichtung

Claims

Ansprüche Stator (1 ) für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper (2) mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähnen (3) und zwischen den Statorzähnen (3) gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper (2) erstreckender Statornuten (4), wobei in den Statornuten (4) elektrische Leiter (5) einer Statorwicklung (6) angeordnet sind, die wenigstens unter Ausbildung eines Wickelkopfes (7) stirnseitig aus dem Statorkörper (2) austreten und über ein elektrisches Kontaktierungselement (8) bestrombar sind, wobei das Kontaktierungselement (8) einen elektrisch isolierenden Grundkörper (9) umfasst, an und/oder in dem elektrische Kontaktierungsleiter (10) verlaufen, welche am Wickelkopf (7) eine Verschaltung der elektrischen Leiter (5) untereinander bewirken und/oder einen elektrischen Anschluss (17) zu einer Bestromung bereitstellen, wobei der Statorkörper (2) aus einer Mehrzahl von schichtweise angeordneten Statorblechen (11 ) gebildet ist, und der Statorkörper (2) eine Mehrzahl von Fluidkanälen (12) aufweist, welche von einem Kühlfluid (13) durch- strömbar sind, und sich in axialer Richtung durch den Statorkörper (2) erstrecken, wobei eine Mehrzahl der Fluidkanäle (12) unter Ausbildung jeweils einer Öffnung (15) an einer Stirnseite (16) des Statorkörpers (2) aus diesem austreten, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (9) wenigstens eine Öffnung (18) aufweist, welche mit wenigstens einer der Öffnungen (15) des Statorkörpers (2) fluidisch verbunden ist, so dass Kühlfluid (13) im Betrieb des Stators (1 ) aus dem Statorkörper (2) in den Grundkörper (9) des Kontaktierungselements (8) eintritt. Stator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (18) des Grundkörpers (9) an einer der Öffnungen (15) des Statorkörpers
(2), bevorzugt unter Zwischenanordnung eines Dichtelements (19), anliegt.
3. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (18) des Grundkörpers (9) des Kontaktierungselements (8) zwei Öffnungen (15a, 15b) des Statorkörpers (2) fluidisch miteinander verbindet, so dass Kühlfluid (13) im Betrieb des Stators (1 ) aus einer ersten Öffnung (15a) des Statorkörpers (2) austritt, um nachfolgend über die Öffnung (18) des Grundkörpers (9) in eine zweite Öffnung (15b) einzutreten.
4. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (18) des Grundkörpers (9) des Kontaktierungselements (8) zwei in Umfangsrichtung benachbarte Öffnungen (15a, 15b) des Statorkörpers (2) fluidisch miteinander verbindet.
5. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (18) des Grundkörpers (9) des Kontaktierungselements (8) als eine Tasche ausgeführt ist.
6. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (18) mit einem durch den Grundkörper (9) des Kontaktierungselements (8) verlaufenden Kühlkanal verbunden ist.
7. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (9) des Kontaktierungselements (8) eine Mehrzahl an Öffnungen (18a,18b,18c) aufweist, wobei jede der Öffnungen (18a, 18b, 18c) des Grundkörpers (9) mit jeweils wenigstens einer ihr zugeordneten Öffnung (15) des Statorkörpers (2) fluidisch verbunden ist.
8. Stator (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Öffnungen (18a, 18b, 18c) des Grundkörpers (9) mit den Öffnungen (15) des Statorkörpers (2) fluidisch so verbunden sind, dass ein mäandernder Fluidpfad für das Kühlfluid (13) definiert ist.
9. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid (13) eine Flüssigkeit, insbesondere ein Öl ist.
10. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (9) des Kontaktierungselements (8) aus einem Kunststoff geformt ist.
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