WO2025132012A1 - Elektrische maschine für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2025132012A1
WO2025132012A1 PCT/EP2024/086011 EP2024086011W WO2025132012A1 WO 2025132012 A1 WO2025132012 A1 WO 2025132012A1 EP 2024086011 W EP2024086011 W EP 2024086011W WO 2025132012 A1 WO2025132012 A1 WO 2025132012A1
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WO
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temperature control
electrical machine
pack
axial direction
electric machine
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Pending
Application number
PCT/EP2024/086011
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias WESA
Philipp NEIDHARDT
Arnim-Sebastian ROTTACH
Patrick Klein
Christian Sibla
Fabio DOHR
Jan-Michael Buck
Dirk Winkler
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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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
    • 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 invention relates to an electric machine for a motor vehicle, comprising a temperature control device designed for temperature control, in particular for cooling, of at least one section of the electric machine, wherein the electric machine has a plate pack with a plurality of plates arranged next to one another in the axial direction of the electric machine, wherein the temperature control device has at least one temperature control channel running at least partially through the plate pack in the axial direction, wherein a feed ring delimiting a feed space is provided adjacent to the plate pack in the axial direction, which feed space is connected to the temperature control channel through which a temperature control medium can be conveyed.
  • a temperature control channel is guided through the stator lamination stack to dissipate heat from the laminations.
  • at least one supply ring is usually provided at an axial end of the lamination stack, i.e., at an end face of the stator, which defines a supply chamber from which the temperature control medium is introduced into the temperature control channel.
  • the supply chamber typically forms an annular space into which the temperature control medium is guided.
  • the temperature control medium is pressurized with respect to the environment and is sealed off from the environment by the supply ring.
  • the temperature control medium From the supply chamber, the temperature control medium enters the temperature control channel via one or more inlet openings, allowing the temperature control medium to flow through the stator or the lamination stack and exit it, usually at the axial end faces. In this area, the temperature control medium is guided over the so-called “winding heads," i.e., the conductor elements emerging from the lamination stack, in order to also temperature control these. After leaving the lamination stack and flowing over the winding heads, the temperature control medium usually flows radially outward. along the conductor elements and then collects in a bottom area of the housing, which has a drain opening.
  • winding heads i.e., the conductor elements emerging from the lamination stack
  • the temperature control of the conductor elements is reduced compared to the lateral areas or the lower areas of the conductor elements, since in the upper area the flow over the conductor elements can only be brief, and then the temperature control medium flows laterally along the conductor elements, where it can transfer or absorb more heat.
  • the invention is based on the finding that the supply ring has at least one outlet opening through which the temperature control medium can be discharged from the supply chamber in the direction of at least one conductor element projecting from the lamination pack in the axial direction.
  • an outlet opening is provided in the feed ring, which connects the feed space with the surroundings of the feed ring.
  • the plate pack of the electrical machine has a first side and a second side, in particular a twist side, wherein the feed ring is arranged on the first side of the plate pack and/or a feed ring is arranged on the second side of the plate pack.
  • the "twist side” is understood in particular to be the side on which the conductor elements, in particular so-called “hairpins", are fanned out or on the side on which the conductor elements can be interconnected.
  • the feed ring is arranged in particular on the axial side of the electrical machine or plate pack that is opposite the twist side.
  • the electrical machine can have both a first A feed ring on the first side as well as a second feed ring on the second side of the electrical machine or the plate pack must be provided.
  • the electrical machine can be further developed such that the at least one outlet opening, in particular as a nozzle, is designed to discharge temperature control medium as a directed stream from the supply chamber.
  • the outlet opening can be specifically used to additionally conduct a flow of temperature control medium from the supply chamber directly to the conductor elements.
  • the outlet opening can be designed as a nozzle, so that a targeted stream or jet of temperature control medium is guided into a spatially delimited area of the conductor elements, namely the area that would otherwise only be slightly flowed over by temperature control medium, in particular an area of the conductor elements located above the axis of rotation, in particular perpendicular to the axis of rotation.
  • the targeted stream or jet of temperature control medium can thus be discharged from the supply chamber in such a way that the relevant area of the conductor elements can be temperature-controlled in a defined manner.
  • the outlet opening is designed to discharge temperature control medium onto an edge region of the at least one conductor element of the electrical machine that is spaced apart from the lamination pack in the axial direction.
  • the edge region is understood to be that region of the conductor element that is furthest away from the lamination pack, in particular the edge of the uppermost conductor element in the vertical direction, which edge points away from the lamination pack.
  • the flow of temperature control medium that flows out of the temperature control channel that is guided through the lamination pack is weakest due to gravity or geometry at the described edge of the conductor element, in particular above the axis of rotation, in particular perpendicular above the axis of rotation.
  • the at least one outlet opening can also be arranged in an outlet region of the feed ring, in particular on a circular segment of the feed ring arranged in the vertical direction. If the electric machine is arranged in the motor vehicle with its axis of rotation parallel to the horizontal, due to gravity, conductor elements arranged above the axis of rotation, in particular conductor elements arranged in a circular segment of the feed ring or associated with them, which lie above the axis of rotation, are less strongly exposed to temperature control medium than those conductor elements arranged to the side of the axis of rotation or below the axis of rotation.
  • the at least one outlet opening is therefore expediently arranged in an outlet region of the feed ring which is associated with the conductor elements arranged vertically above the axis of rotation.
  • the feed ring can, for example, be divided into different circular segments, wherein the outlet region in which the at least one outlet opening is arranged is to be arranged in particular in the circular segment oriented in the vertical direction, which, for example, comprises the "12 o'clock position".
  • the electrical machine it can be provided that at least two outlet openings are arranged in the outlet region, in particular -30° to +30° around the vertical axis. If the plate pack or the feed ring of the electrical machine arranged on the plate pack is viewed in the axial direction, the outlet region lies in particular between the 11 o'clock position and the 13 o'clock position, in particular the outlet region encompasses the 12 o'clock position.
  • the outlet region extends -30° and +30° in the circumferential direction relative to the vertical direction, so that the conductor elements arranged vertically above the axis of rotation and the conductor elements arranged in the range from -30° to +30° can be covered by the at least one outlet opening or the at least two outlet openings.
  • the temperature control channel of the electric machine can be delimited by the plate pack of at least two different inlet openings in different plates, which are arranged one behind the other in the axial direction and/or the temperature control channel and/or an additional channel can be formed by at least one welding channel of the plate pack.
  • at least two different lamellae can be provided in the lamella pack, for example a first type of lamella and a second type of lamella.
  • the different lamellae differ in particular in the arrangement or shape of the inlet openings provided in the lamellae.
  • the inlet openings can differ in their position on the lamella or in the lamella and/or in the size of their diameter.
  • an additional channel can be provided in the electrical machine, from which temperature control medium can be dispensed to conductor elements on the second side of the lamination pack opposite the supply ring, in particular the twist side.
  • Such an additional channel can be provided in particular when no temperature control medium can be provided from the housing of the electrical machine, in particular when no direct supply of temperature control medium through the temperature control channel through the lamination pack to the winding head on the twist side can be ensured.
  • a section of the temperature control channel that is usually led through the lamination pack to the twist side can be omitted.
  • the temperature control channel can then be led from the supply chamber only to the first side and dispense temperature control medium there.
  • the temperature control channel and additional channel can be guided in combination in the axial direction through the lamination pack, in particular at different radial positions.
  • any number of temperature control channels and/or additional channels, in particular, a large number of tempering channels and/or additional channels distributed in the circumferential direction are possible.
  • the invention in addition to the electric machine, relates to a drive train comprising a previously described electric machine. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle comprising a previously described electric machine and/or a previously described drive train. As described, the electric machine can be configured in the drive train and/or in the motor vehicle as an electric axle drive.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a section of an electrical machine in sectional view
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a section of the electrical machine of Fig. 1 in a perspective sectional view;
  • Fig. 3 is a schematic diagram of a section of the electrical machine of Fig. 1, 2 in axial view;
  • Fig. 4 is a schematic diagram of a section of a feed ring of an electrical machine from Fig. 1 - 3 in sectional view;
  • Fig. 5 is a schematic diagram of a section of a feed ring from Fig. 4 in perspective view
  • Fig. 6 is a schematic diagram of a section of a feed ring from Fig. 4, 5 in perspective view;
  • Fig. 7 is a schematic diagram of a section of a lamination pack of the electrical machine of Fig. 1 -3.
  • Fig. 1 shows an electric machine 1 for a motor vehicle.
  • the electric machine 1 is designed, for example, as a traction drive, in particular as an axle drive, of the motor vehicle or of a drive train.
  • the electric machine 1 has a temperature control device 2 which comprises a feed ring 3 which is arranged axially adjacent to a disk pack 4 of the electric machine 1 and delimits a feed chamber 5 on the disk pack 4 in the axial and radial directions.
  • the feed chamber 5 is delimited radially on the outside by a housing of the electric machine 1.
  • temperature control medium can be introduced under pressure into the feed chamber 5, for example from radially outside through the housing, for example by means of a pump device (not shown).
  • the plate pack 4 comprises a plurality of individual plates arranged next to one another in the axial direction, which are combined, for example welded together, to form the plate pack 4.
  • the terms “axial direction”, “radial direction” and “circumferential direction” refer to an axis of rotation 7 shown in Fig. 1.
  • the axial direction runs along or parallel to the axis of rotation 7.
  • the radial direction runs radially in the direction of the axis of rotation 7 or away from it.
  • the circumferential direction refers to a tangential direction or direction of rotation about the axis of rotation 7. If reference is made to a vertical direction within the application, this is in particular perpendicular to the axis of rotation 7 and points upwards in the illustration in Fig. 1, for example against the direction of the arrow 6.
  • the vertical direction particularly counteracts the direction of gravity, which, for example, acts downwards in Fig. 1.
  • the lamination pack 4 is tempered by guiding the tempering medium through the lamination pack 4 and, on the other hand, the tempering medium reaches the winding heads or the conductor elements 11, for example hairpins, which emerge from the lamination pack 4.
  • the temperature control medium exiting the temperature control channel 8 on both sides flows around the conductor elements 11, whereby the temperature control medium flows downwards due to gravity, i.e., in the direction of the rotation axis 7 or opposite to the vertical direction, over the conductor elements 11.
  • the feed ring 3 has at least one outlet opening 12 that connects the feed chamber 5 to the environment.
  • the outlet opening 12 is selected such that a jet or stream of temperature control medium is formed, which is discharged from the feed chamber 5 and strikes an edge region 13 of the conductor elements 11 that points away from the lamination pack 4.
  • the outlet opening 12 can be assigned to an outlet region 14 or arranged therein or formed therein in the feed ring 3, which is oriented vertically with respect to the rotation axis 7. As shown, for example, in Fig. 3, the outlet openings 12 can be arranged at a "12 o'clock position" with respect to an axial view or a circumferential direction of the electrical machine 1.
  • a plurality of outlet openings 12 can be provided.
  • the outlet openings 12 can, for example, be provided continuously around the feed ring 3, or a limited outlet area 14 can be arranged in the vertical direction, for example, in an outlet area 14 from -30° to +30° around the vertical direction or the vertical axis.
  • Fig. 4 shows a perspective view of a section of the feed ring 3, wherein several outlet openings 12 can be provided, which are located at a corner region of the feed ring 3 that delimits the feed chamber 5. Pressurized temperature control medium can therefore leave the feed chamber 5 through the outlet openings 12.
  • the outlet openings 12 can, for example, act as nozzles and thus emit a directed jet of temperature control medium.
  • Fig. 5, 6 each show a perspective view of a section of the feed ring 3.
  • three outlet openings 12, 12', 12" are provided, which are arranged in an outlet region 14.
  • a central outlet opening 12 can be arranged at an angle of 0°, ie vertically above the axis of rotation 7.
  • a first and second outlet opening 12', 12" can, in contrast, be offset by a defined angle in the circumferential direction, for example in a range from 0 to +/-30 °, in particular the first outlet opening 12' at -30° and the second outlet opening 12" at +30° or vice versa.
  • Fig. 7 shows a perspective view of the plate pack 4 with the feed ring 3 hidden.
  • the plate pack 4 clearly has a plurality of inlet openings 9, which are connected or in fluid communication with inlet openings 10 of the plates of the plate pack 4, which are arranged one behind the other in the axial direction, so that the described distribution of the temperature control medium in the temperature control channel 8 is possible.
  • the last plates in the axial direction can also have openings that act as baffles, through which the temperature control medium can be discharged.
  • a further inlet opening 15 is shown, which is connected to an additional channel 16. From the feed chamber 5, temperature control medium can thus additionally flow through the inlet opening 15 into the additional channel 16, which is also shown in Fig. 1, 2.
  • the additional channel 16 can, for example, be formed by Openings in the lamellae of the lamella pack 4, such as the inlet opening 10 of the lamellae or the additional channel 16 can be formed by a welding channel through which the individual lamellae of the lamella pack 4 are welded together.
  • the additional channel 16 makes it possible to dispense tempering agent at an outer radial position, so that improved tempering of the conductor elements 11 is possible, in particular on the second side or the “twist side”.

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Abstract

Elektrische Maschine (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung, wenigstens eines Abschnitts der elektrischen Maschine (1) ausgebildete Temperiervorrichtung (2), wobei die elektrische Maschine (1) ein Lamellenpaket (4) mit einer Vielzahl von in Axialrichtung der elektrischen Maschine (1) aneinander angeordneten Lamellen aufweist, wobei die Temperiervorrichtung (2) wenigstens einen in Axialrichtung zumindest abschnittsweise durch das Lamellenpaket (4) verlaufenden Temperierkanal (8) aufweist, wobei in Axialrichtung benachbart zu dem Lamellenpaket (4) ein einen Zuführraum (5) begrenzender Zuführring (3) vorgesehen ist, welcher Zuführraum (5) mit dem Temperierkanal (8) verbunden ist, durch den ein Temperiermittel förderbar ist, wobei der Zuführring (3) wenigstens eine Auslassöffnung (12) aufweist, durch die Temperiermittel aus dem Zuführraum (5) in Richtung wenigstens eines aus dem Lamellenpaket (4) in Axialrichtung herausragenden Leiterelements (11) ausgebbar ist.

Description

Elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug , umfassend eine zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung, wenigstens eines Abschnitts der elektrischen Maschine ausgebildete Temperiervorrichtung, wobei die elektrische Maschine ein Lamellenpaket mit einer Vielzahl von in Axialrichtung der elektrischen Maschine aneinander angeordneten Lamellen aufweist, wobei die Temperiervorrichtung wenigstens einen in Axialrichtung zumindest abschnittsweise durch das Lamellenpaket verlaufenden Temperierkanal aufweist, wobei in Axialrichtung benachbart zu dem Lamellenpaket ein einen Zuführraum begrenzender Zuführring vorgesehen ist, welcher Zuführraum mit dem Temperierkanal verbunden ist, durch den ein Temperiermittel förderbar ist.
Elektrische Maschinen der eingangs genannten Art, die eine Temperiervorrichtung aufweisen, die zur Temperierung, im Speziellen zur Kühlung, der elektrischen Maschine vorgesehen ist, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Üblicherweise wird ein Temperierkanal durch das Lamellenpaket des Stators geführt, um Wärme von den Lamellen abzuführen. Um das Temperiermittel, das in dem Temperierkanal geführt wird, dem Lamellenpaket zuzuführen, ist üblicherweise wenigstens ein Zuführring an einem axialen Ende des Lamellenpakets, d. h. an einer Stirnfläche des Stators, vorgesehen, der einen Zuführraum begrenzt, aus dem das Temperiermittel in den Temperierkanal eingebracht wird. Mit anderen Worten bildet der Zuführraum üblicherweise einen Ringraum aus, in den Temperiermittel geführt wird. In dem Zuführraum steht das Temperiermittel gegenüber der Umgebung unter Druck und ist über den Zuführring gegenüber der Umgebung abgedichtet.
Aus dem Zuführraum gelangt das Temperiermittel über eine oder mehrere Einlassöffnungen in den Temperierkanal, sodass das Temperiermittel den Stator bzw. das Lamellenpaket durchströmt und dieses, üblicherweise an den axialen Endflächen, verlassen kann. In diesem Bereich wird das Temperiermittel über die sogenannten „Wickelköpfe“, d. h. die aus dem Lamellenpaket austretenden Leiterelemente, geführt, um diese ebenfalls zu temperieren. Nach Verlassen des Lamellenpakets und Überströmen der Wickelköpfe fließt das Temperiermittel üblicherweise radial außen an den Leiterelementen entlang und sammelt sich anschließend in einem Bodenbereich des Gehäuses an, in dem eine Ablauföffnung vorgesehen ist. Daraus ergibt sich, dass in einem in Hochrichtung betrachtet „oberen Bereich“ eine verglichen mit den seitlichen Bereichen oder den unteren Bereichen der Leiterelemente reduzierte Temperierung der Leiterelemente gegeben ist, da in dem oberen Bereich die Leiterelemente nur kurzzeitig überströmt werden können und anschließend das Temperiermittel die Leiterelemente seitlich entlangläuft und dort vermehrt Wärme übertragen bzw. aufnehmen kann.
Insbesondere in Grenzbereichen des Betriebs der elektrischen Maschine kann sich somit in einem axialen Endbereich derjenigen Leiterelemente der Wickelköpfe, die sich in derartigen oberen Bereichen in Hochrichtung, beispielsweise auf einer 12- Uhr-Position, befinden, eine Erwärmung gegenüber den restlichen Leiterelementen ergeben, insbesondere seitlichen oder in einem unteren Bereich, insbesondere einer 6-Uhr-Position, angeordneten Leiterelementen. Dies kann dazu führen, dass die gegenüber den restlichen Leiterelementen erwärmten Leiterelemente den begrenzenden Faktor bei der Temperierung der elektrischen Maschine darstellen, sodass in einem Grenzfall eine Reduzierung der Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine aufgrund einer Übertemperatur des beschriebenen Bereichs notwendig werden könnte. Mit anderen Worten wäre die elektrische Maschine in einem solchen Fall insgesamt leistungsfähiger, wobei die Leistungskapazität der elektrischen Maschine jedoch aufgrund einzelner weniger Leiterelemente nicht vollständig ausgenutzt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei der insbesondere die Temperierung der Leiterelemente verbessert ist.
Die Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Wie eingangs beschrieben, betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug. Die elektrische Maschine ist im Speziellen als Traktionsantrieb ausgebildet, sodass mittels der elektrischen Maschine Drehmoment für den Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden kann. Die elektrische Maschine kann insbesondere als Achsantrieb ausgebildet sein. Die elektrische Maschine weist eine Temperiervorrichtung auf, die dafür vorgesehen ist, wenigstens einen Abschnitt der elektrischen Maschine zu temperieren, im Speziellen zu kühlen. Der Begriff „Temperierung“ wird daher sowohl als Kühlung als auch als Heizung verstanden.
Die elektrische Maschine weist ein Lamellenpaket auf, das im Speziellen den Statorgrundkörper der elektrischen Maschine ausbilden kann. Das Lamellenpaket umfasst eine Vielzahl von einzelnen Lamellen bzw. „Blechlamellen“, die in Axialrichtung der elektrischen Maschine aneinander angeordnet sind. Die Temperiervorrichtung weist wenigstens einen Temperierkanal auf, der in Axialrichtung zumindest abschnittsweise durch das Lamellenpaket verläuft. Wird Temperiermittel durch den Temperierkanal geführt, kann das Temperiermittel in thermischem Austausch mit dem Lamellenpaket stehen, um das Lamellenpaket zu temperieren, insbesondere Wärme aus dem Lamellenpaket aufzunehmen und mit dem Strom des Temperiermittels durch den Temperierkanal abzuführen. In Axialrichtung weist die elektrische Maschine benachbart zu dem Lamellenpaket einen Zuführring auf, der einen Zuführraum begrenzt, insbesondere an der Stirnfläche des Stators bzw. des Lamellenpakets. In den Zuführraum kann das Temperiermittel gefördert werden, wobei der Zuführraum mit dem Temperierkanal verbunden ist, sodass das Temperiermittel aus dem Zuführraum in den Temperierkanal strömen kann.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Zuführring wenigstens eine Auslassöffnung aufweist, durch die Temperiermittel aus dem Zuführraum in Richtung wenigstens eines aus dem Lamellenpaket in Axialrichtung herausragenden Leiterelements ausgebbar ist. Gegenüber dem zuvor beschriebenen Temperiermittelpfad, durch den Temperiermittel aus dem Zuführraum durch ein Einlassöffnung in den Temperierkanal und diesem folgend durch das Lamellenpaket hindurch strömt und anschließend an einer Öffnung des Lamellenpakets das Lamellenpaket verlässt, wird eine Auslassöffnung in dem Zuführring bereitgestellt, die den Zuführraum mit der Umgebung des Zuführrings verbindet.
Dadurch ist es möglich, Temperiermittel aus dem Zuführraum direkt in Richtung eines Leiterelements auszugeben, in dem das unter Druck stehende Temperiermittel aus dem Zuführraum durch die Auslassöffnung austreten und gezielt zu dem Leiterelement ausströmen kann, insbesondere ohne das Lamellenpaket zu durchlaufen. Dadurch ist ein gezieltes Temperieren des Bereichs des Leiterelements möglich, dem die Auslassöffnung zugeordnet ist.
Vorteilhafterweise kann beispielsweise ausgeglichen werden, dass schwerkraftbedingt Bereiche der Leiterelemente weniger stark von Temperiermittel umströmt werden, insbesondere in Hochrichtung oberhalb der Drehachse bzw. über der Drehachse angeordnete Leiterelemente, die verglichen mit seitlich oder unterhalb der Drehachse angeordneten Leiterelementen schwerkraftbedingt, d.h. bedingt durch die Fließrichtung des Temperiermittels, weniger stark vom Temperiermittel umströmt werden. Durch das gezielte Leiten von Temperiermittel durch die Auslassöffnung in derartige Bereiche, können diese ebenfalls definiert temperiert werden, sodass grundsätzlich eine Vergleichmäßigung der Temperierung sichergestellt werden kann, sodass Leistungseinbrüche der elektrischen Maschine bzw. Reduzierungen der Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine aufgrund von Übertemperatur einzelner Bereiche von Leiterelementen verhindert werden können.
Nach einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine kann vorgesehen sein, dass das Lamellenpaket der elektrischen Maschine eine erste Seite und eine zweite Seite, insbesondere eine Twistseite, aufweist, wobei der Zuführring auf der ersten Seite an dem Lamellenpaket angeordnet ist und/oder ein Zuführring auf der zweiten Seite an dem Lamellenpaket angeordnet ist. Als „Twistseite“ wird insbesondere diejenige Seite verstanden, auf der die Leiterelemente, insbesondere sogenannte „Hairpins“ aufgefächert sind bzw. auf der Seite, auf der die Leiterelemente miteinander verschaltet werden können. Der Zuführring ist insbesondere auf derjenigen axialen Seite der elektrischen Maschine bzw. des Lamellenpakets angeordnet, die der Twistseite gegenüberliegt. Alternativ kann bei der elektrischen Maschine sowohl ein erster Zuführring auf der ersten Seite als auch ein zweiter Zuführring auf der zweiten Seite der elektrischen Maschine bzw. des Lamellenpakets vorgesehen sein.
Die elektrische Maschine kann weiter dahingehend weitergebildet werden, dass die wenigstens eine Auslassöffnung, insbesondere als Düse, dazu ausgebildet ist, Temperiermittel als gerichteten Strom aus dem Zuführraum auszugeben. Wie bereits beschrieben, kann neben dem Strom des Temperiermittels, der durch den Temperierkanal über die Wickelköpfe geführt wird, die Auslassöffnung gezielt dafür verwendet werden zusätzlich einen Strom von Temperiermittel aus dem Zuführraum direkt zu den Leiterelementen zu führen. Zum Beispiel kann die Auslassöffnung als Düse ausgebildet sein, sodass ein gezielter Strom bzw. Strahl von Temperiermittel in einen räumlich abgegrenzten Bereich der Leiterelemente geführt wird, nämlich derjenige Bereich, der andernfalls nur geringfügig von Temperiermittel überströmt würde, insbesondere ein oberhalb der Drehachse, insbesondere senkrecht über der Drehachse liegender Bereich der Leiterelemente. Der gezielte Strom bzw. Strahl des Temperiermittels kann somit so aus dem Zuführraum ausgegeben werden, dass der betreffende Bereich der Leiterelemente definiert temperiert werden kann.
Weiter kann bei der elektrischen Maschine vorgesehen sein, dass die Auslassöffnung dazu ausgebildet ist, Temperiermittel auf einen in Axialrichtung von dem Lamellenpaket beabstandeten Kantenbereich des wenigstens einen Leiterelements der elektrischen Maschine auszugeben. Als Kantenbereich wird insbesondere derjenige Bereich des Leiterelements verstanden, der am weitesten von dem Lamellenpaket beabstandet ist, insbesondere die Kante des in Hochrichtung obersten Leiterelements, die von dem Lamellenpaket weg weist. Der Strom aus Temperiermittel, der aus dem Temperierkanal ausströmt, der durch das Lamellenpaket geführt ist, ist schwerkraftbedingt bzw. geometriebedingt an der beschriebenen Kante des Leiterelements, insbesondere oberhalb der Drehachse, insbesondere senkrecht über der Drehachse, am schwächsten. Durch das gezielte Führen von Temperiermittel durch die Auslassöffnung in diesen Kantenbereich wird eine Vergleichmäßigung der Temperierung erreicht, sodass die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine verbessert ausgeschöpft werden kann. Die wenigstens eine Auslassöffnung kann ferner in einem Auslassbereich des Zuführrings angeordnet sein, insbesondere auf einem in Hochrichtung angeordneten Kreissegment des Zuführrings. Wird die elektrische Maschine mit ihrer Drehachse parallel zur Horizontalen in dem Kraftfahrzeug angeordnet, ergibt sich schwerkraftbedingt, dass oberhalb der Drehachse angeordnete Leiterelemente, insbesondere in einem Kreissegment des Zuführrings angeordnete oder diesen zugeordnete Leiterelemente, die oberhalb der Drehachse liegen, weniger stark von Temperiermittel umströmt werden als diejenigen Leiterelemente, die seitlich der Drehachse oder unterhalb der Drehachse angeordnet sind. Die wenigstens eine Auslassöffnung ist daher zweckmäßigerweise in einem Auslassbereich des Zuführrings angeordnet, der den in Hochrichtung oberhalb der Drehachse angeordneten Leiterelementen zugeordnet ist. Der Zuführring kann zum Beispiel in verschiedene Kreissegmente unterteilt werden, wobei der Auslassbereich, in dem die wenigstens eine Auslassöffnung angeordnet ist, insbesondere in demjenigen Kreissegment anzuordnen ist, das in Hochrichtung ausgerichtet ist, das beispielsweise die „12-Uhr-Position“ umfasst.
In einer Weiterbildung der elektrischen Maschine kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Auslassöffnungen in dem Auslassbereich, insbesondere -30° bis +30° um die Hochachse, angeordnet sind. Wird das Lamellenpaket bzw. der an dem Lamellenpaket angeordnete Zuführring der elektrischen Maschine in Axialrichtung betrachtet, liegt der Auslassbereich insbesondere zwischen der 11 -Uhr-Position und der 13-Uhr-Position, insbesondere wird von dem Auslassbereich die 12-Uhr-Position umfasst. Beispielsweise erstreckt sich der Auslassbereich gegenüber der Hochrichtung um -30° und +30° in Umfangsrichtung, sodass die senkrecht oberhalb der Drehachse angeordneten Leiterelemente und die in dem Bereich von -30° bis +30° angeordneten Leiterelemente von der wenigstens einen Auslassöffnung bzw. den wenigstens zwei Auslassöffnungen abgedeckt werden können.
Der Temperierkanal der elektrischen Maschine kann nach einer weiteren Ausführungsform durch das Lamellenpaket von wenigstens zwei unterschiedlichen Einlassöffnungen in verschiedenen Lamellen begrenzt sein, die in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind und/oder der Temperierkanal und/oder ein Zusatzkanal kann durch wenigstens einen Schweißkanal des Lamellenpakets gebildet sein. In der ersten beschriebenen Variante können wenigstens zwei unterschiedliche Lamellen in dem Lamellenpaket vorgesehen sein, beispielsweise eine erste Lamellenart und eine zweite Lamellenart. Die unterschiedlichen Lamellen unterscheiden sich insbesondere durch die Anordnung bzw. Formgebung der Einlassöffnungen, die in den Lamellen vorgesehen sind. Die Einlassöffnungen können sich zum einen in der Position auf der Lamelle bzw. in der Lamelle und/oder durch die Größe ihres Durchmessers unterscheiden. Die unterschiedlichen Lamellen können zum Beispiel in nur teilweiser Überdeckung stehen, sodass dadurch eine Blendenwirkung realisiert wird, da der effektive Wirkungsquerschnitt bzw. Strömungsquerschnitt durch den Temperiermittel durch die beiden in Überdeckung stehenden Einlassöffnungen geführt werden kann, gegenüber einer einzelnen Einlassöffnungen reduziert wird. Ferner kann ein Schweißkanal des Lamellenpakets, durch den die einzelnen Lamellen zu dem Lamellenpaket miteinander verbunden werden, als Temperierkanal ausgenutzt werden. Vorteilhafterweise ist dadurch ein Ausbilden eines dedizierten Temperierkanals durch Einbringen von Einlassöffnungen in die Lamellen verzichtbar, sondern es können zur Bildung des Schweißkanals vorgesehene Öffnungen bzw. durch Bildung des Schweißkanals ausgebildete Öffnungen als Einlassöffnungen verwendet werden. Entsprechende Kombinationen von Temperierkanal und Zusatzkanal sind möglich.
Ferner kann bei der elektrischen Maschine ein Zusatzkanal vorgesehen sein, aus dem Temperiermittel auf Leiterelemente auf der dem Zuführring gegenüberliegenden zweiten Seite, insbesondere der Twistseite, des Lamellenpakets ausgebbar ist. Ein solcher Zusatzkanal kann insbesondere dann vorgesehen sein, wenn kein Temperiermittel aus dem Gehäuse der elektrischen Maschine bereitgestellt werden kann, insbesondere wenn keine direkte Zuführung von Temperiermittel durch den Temperierkanal durch das Lamellenpaket an den Wickelkopf auf der Twistseite sichergestellt werden kann. In einem solchen Fall kann ein Abschnitt des Temperierkanals entfallen, der üblicherweise durch das Lamellenpaket auf die Twistseite geführt wird. Beispielsweise kann dann der Temperierkanal aus dem Zuführraum nur zu der ersten Seite geführt werden und dort Temperiermittels ausgeben. Alternativ können Temperierkanal und Zusatzkanal in Kombination in Axialrichtung durch das Lamellenpaket geführt werden, insbesondere auf unterschiedlichen Radialpositionen. Weiter ist eine beliebige Anzahl an Temperierkanälen und/oder Zusatzkanälen, insbesondere eine Vielzahl in Umfangsrichtung verteilter Temperierkanäle und/oder Zusatzkanäle, möglich.
Neben der elektrischen Maschine betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang, der eine zuvor beschriebene elektrische Maschine umfasst. Weiter betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine zuvor beschriebene elektrische Maschine und/oder einen zuvor beschriebenen Antriebsstrang umfasst. Wie beschrieben, kann die elektrische Maschinen im Antriebsstrang und/oder in dem Kraftfahrzeug als elektrischer Achsantrieb ausgebildet sein.
Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die elektrische Maschine beschrieben wurden, sind vollständig auf den Antriebsstrang und das Kraftfahrzeug übertragbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. beschrieben. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts einer elektrischen Maschine in Schnittdarstellung;
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts der elektrischen Maschine von Fig. 1 in perspektivischer Schnittdarstellung;
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts der elektrischen Maschine von Fig. 1 , 2 in axialer Ansicht;
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts eines Zuführrings einer elektrischen Maschine von Fig. 1 -3 in Schnittdarstellung;
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts eines Zuführrings von Fig. 4 in perspektivischer Darstellung; Fig. 6 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts eines Zuführrings von Fig. 4, 5 in perspektivischer Darstellung; und
Fig. 7 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts eines Lamellenpakets der elektrischen Maschine von Fig. 1 -3.
Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 für ein Kraftfahrzeug. Die elektrische Maschine 1 ist beispielsweise als Traktionsantrieb, insbesondere als Achsantrieb, des Kraftfahrzeugs bzw. eines Antriebsstrangs ausgebildet. Die elektrische Maschine 1 weist eine Temperiervorrichtung 2 auf, die einen Zuführring 3 umfasst, der in Axialrichtung benachbart zu einem Lamellenpaket 4 der elektrischen Maschine 1 angeordnet ist und einen Zuführraum 5 an dem Lamellenpaket 4 in Axialrichtung und Radialrichtung begrenzt. Insbesondere wird, wie nicht näher dargestellt ist, der Zuführraum 5 durch ein Gehäuse der elektrischen Maschine 1 radial außen liegend begrenzt. Wie durch einen Pfeil 6 dargestellt ist, kann Temperiermittel, beispielsweise von radial außen durch das Gehäuse, in den Zuführraum 5 unter Druck eingebracht werden, zum Beispiel mittels einer nicht dargestellten Pumpeneinrichtung.
Das Lamellenpaket 4 umfasst eine Vielzahl von in Axialrichtung aneinander angeordneten einzelnen Lamellen, die zu dem Lamellenpaket 4 zusammengefasst sind, beispielsweise miteinander verschweißt sind. Die Begriffe „Axialrichtung“, „Radialrichtung“ und „Umfangsrichtung“ werden auf eine in Fig. 1 dargestellte Drehachse 7 bezogen. Die Axialrichtung verläuft dabei entlang der bzw. parallel zu der Drehachse 7. Die Radialrichtung verläuft radial in Richtung der Drehachse 7 bzw. von dieser weg. Die Umfangsrichtung betrifft eine Tangentialrichtung bzw. Drehrichtung um die Drehachse 7. Wird Bezug auf eine Hochrichtung innerhalb der Anmeldung genommen, steht diese insbesondere senkrecht auf der Drehachse 7 und zeigt in der Darstellung von Fig. 1 nach oben, beispielsweise entgegen der Pfeilrichtung des Pfeils 6. Die Hochrichtung wirkt insbesondere der Schwerkraftwirkrichtung entgegen, die beispielsweise in Fig. 1 nach unten wirkt.
Um Temperiermittel, zum Beispiel Wasser oder Öl, durch die elektrische Maschine 1 zu führen bzw. verschiedene Abschnitte der elektrischen Maschine 1 zu temperieren, weist die Temperiervorrichtung 2 einen Temperierkanal 8 auf, der aus dem Zuführraum 5 gespeist wird. Dabei kann die vorderste Lamelle des Lamellenpakets 4 eine Einlassöffnung 9 aufweisen, die mit weiteren Einlassöffnungen 10 der übrigen Lamellen des Lamellenpakets 4 verbunden ist. Mit anderen Worten kann Temperiermittel aus dem Zuführraum 5 durch die Einlassöffnungen 9 der ersten Lamelle strömen und an der in Axialrichtung benachbarten Lamelle umgeleitet werden, nämlich nach radial innen, wo sich der Temperiermittelstrom in Axialrichtung aufteilt, nämlich in Fig. 1 zu einer ersten Seite, d. h. nach links, und durch das Lamellenpaket und den Temperierkanal 8 hindurch auf die zweite Seite bzw. die „Twistseite“. Dadurch wird zum einen durch Führen des Temperiermittels durch das Lamellenpaket 4 das Lamellenpaket 4 temperiert und zum anderen gelangt Temperiermittel auf die Wickelköpfe bzw. die Leiterelemente 11 , beispielsweise Hairpins, die aus dem Lamellenpaket 4 austreten.
Das zu beiden Seiten aus dem Temperierkanal 8 austretende Temperiermittel umströmt dabei die Leiterelemente 11 , wobei das Temperiermittel schwerkraftbedingt nach unten, d. h. in Richtung der Drehachse 7 bzw. entgegen der Hochrichtung die Leiterelemente 11 überströmt. Je weiter ein Abschnitt des Leiterelements 11 von dem Auslass des Temperierkanals 8 in Axialrichtung beabstandet ist, umso weniger wird dieses von dem Temperiermittel überströmt, sodass sich eine ungleichmäßige Verteilung der Temperierung ergeben kann.
Um diese ungleichmäßige Verteilung auszugleichen, weist der Zuführring 3 wenigstens eine Auslassöffnung 12 auf, die den Zuführraum 5 mit der Umgebung verbindet. Insbesondere ist die Auslassöffnung 12 so gewählt, dass sich ein Strahl bzw. Strom von Temperiermittel ausbildet, der aus dem Zuführraum 5 ausgegeben wird und einen Kantenbereich 13 der Leiterelemente 11 trifft, der von dem Lamellenpaket 4 weg weist. Insbesondere kann die Auslassöffnung 12 einem Auslassbereich 14 zugeordnet bzw. in diesem angeordnet sein bzw. in diesem in dem Zuführring 3 ausgebildet sein, der in Hochrichtung in Bezug auf die Drehachse 7 ausgerichtet ist. We beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist, können die Auslassöffnungen 12 auf einer „12- Uhr-Position“ bezogen auf eine axiale Ansicht bzw. eine Umfangsrichtung der elektrischen Maschine 1 angeordnet sein. Wie dargestellt, können mehrere Auslassöffnungen 12 bereitgestellt werden. Die Auslassöffnungen 12 können beispielsweise um laufend um den Zuführring 3 vorgesehen sein oder es kann ein begrenzter Auslassbereich 14 in Hochrichtung angeordnet werden, beispielsweise in einem Auslassbereich 14 von -30° bis +30° um die Hochrichtung bzw. die Hochachse.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts des Zuführrings 3, wobei ersichtlich mehrere Auslassöffnungen 12 vorgesehen sein können, die sich an einem Eckbereich des Zuführrings 3 befinden, der den Zuführraum 5 begrenzt. Unter Druck stehendes Temperiermittel kann daher den Zuführraum 5 durch die Auslassöffnungen 12 verlassen. Die Auslassöffnungen 12 können beispielsweise als Düsen wirken und somit einen gerichteten Strahl von Temperiermittel ausgeben.
Fig. 5, 6 zeigen je eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts des Zuführrings 3. Rein beispielhaft sind drei Auslassöffnungen 12, 12‘, 12“ vorgesehen, die in einem Auslassbereich 14 angeordnet sind. Beispielsweise kann eine mittlere Auslassöffnung 12 unter einem Winkel von 0°, d. h. senkrecht oberhalb der Drehachse 7 angeordnet sein. Eine erste und zweite Auslassöffnung 12‘, 12“ können demgegenüber um einen definierten Winkel in Umfangsrichtung versetzt sein, beispielsweise in einem Bereich von 0 bis +/-300 insbesondere die erste Auslassöffnung 12' bei -30° und die zweite Auslassöffnung 12“ bei +30° oder umgekehrt.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung des Lamellenpakets 4 bei ausgeblendetem Zuführring 3. Ersichtlich weist das Lamellenpaket 4 eine Vielzahl von Einlassöffnungen 9 auf, die mit in Axialrichtung hintereinander angeordneten Einlassöffnungen 10 der Lamellen des Lamellenpakets 4 in Verbindung bzw. Fluidkommunikation stehen, sodass die beschriebene Verteilung des Temperiermittels in dem Temperierkanal 8 möglich ist. Entsprechend können auch die in Axialrichtung letzten Lamellen als Blenden wirkende Öffnungen aufweisen, durch die das Temperiermittel ausgegeben werden kann. Ferner ist eine weitere Einlassöffnung 15 dargestellt, die mit einem Zusatzkanal 16 in Verbindung steht. Aus dem Zuführraum 5 kann somit Temperiermittel zusätzlich durch die Einlassöffnung 15 in den Zusatzkanal 16 einströmen, der auch ebenfalls in Fig. 1 , 2 dargestellt ist. Der Zusatzkanal 16 kann beispielsweise durch Öffnungen in den Lamellen des Lamellenpakets 4 ausgebildet werden, wie beispielsweise die Einlassöffnung 10 der Lamellen oder der Zusatzkanal 16 kann durch einen Schweißkanal ausgebildet werden, durch den die einzelnen Lamellen des Lamellenpakets 4 miteinander verschweißt sind.
Wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, ist es durch den Zusatzkanal 16 möglich, Temperiermittel auf einer äußeren Radialposition auszugeben, sodass ein verbessertes Temperieren der Leiterelemente 11 , insbesondere auf der zweiten Seite bzw. der „Twistseite“ möglich ist.
Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar, untereinander austauschbar und aufeinander übertragbar.
Bezuqszeichen elektrische Maschine
Temperiervorrichtung
Zuführring
Lamellenpaket
Zuführraum
Pfeil
Drehachse
Temperierkanal , 10 Einlassöffnung 1 Leiterelement 2 Auslassöffnung 3 Kantenbereich 4 Auslassbereich 5 Einlassöffnung 6 Zusatzkanal

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrische Maschine (1 ) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung, wenigstens eines Abschnitts der elektrischen Maschine (1 ) ausgebildete Temperiervorrichtung (2), wobei die elektrische Maschine (1 ) ein Lamellenpaket (4) mit einer Vielzahl von in Axialrichtung der elektrischen Maschine (1 ) aneinander angeordneten Lamellen aufweist, wobei die Temperiervorrichtung (2) wenigstens einen in Axialrichtung zumindest abschnittsweise durch das Lamellenpaket (4) verlaufenden Temperierkanal (8) aufweist, wobei in Axialrichtung benachbart zu dem Lamellenpaket (4) ein einen Zuführraum (5) begrenzender Zuführring (3) vorgesehen ist, welcher Zuführraum (5) mit dem Temperierkanal (8) verbunden ist, durch den ein Temperiermittel förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführring (3) wenigstens eine Auslassöffnung (12) aufweist, durch die Temperiermittel aus dem Zuführraum (5) in Richtung wenigstens eines aus dem Lamellenpaket (4) in Axialrichtung herausragenden Leiterelements (11 ) ausgebbar ist.
2. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellenpaket (4) der elektrischen Maschine (1 ) eine erste Seite und eine zweite Seite, insbesondere eine Twistseite, aufweist, wobei der Zuführring (3) auf der ersten Seite an dem Lamellenpaket (4) angeordnet ist und/oder ein Zuführring (3) auf der zweiten Seite an dem Lamellenpaket (4) angeordnet ist.
3. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Auslassöffnung (12), insbesondere als Düse, dazu ausgebildet ist, Temperiermittel als gerichteten Strom aus dem Zuführraum (5) auszugeben.
4. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (12) dazu ausgebildet ist, Temperiermittel auf einen in Axialrichtung von dem Lamellenpaket (4) beabstandeten Kantenbereich (13) des wenigstens einen Leiterelements (11 ) der elektrischen Maschine (1 ) auszugeben.
5. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Auslassöffnung (12) in einem Auslassbereich (14) des Zuführrings (3) angeordnet ist, insbesondere auf einem in Hochrichtung angeordneten Kreissegment des Zuführrings (3).
6. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Auslassöffnungen (12, 12‘, 12“) in dem Auslassbereich (14), insbesondere -30° - +30° um die Hochachse, angeordnet sind.
7. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierkanal (8) durch das Lamellenpaket (4) von wenigstens zwei unterschiedlichen Einlassöffnungen (9, 10, 15) in verschiedenen Lamellen begrenzt ist, die in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind und/oder dass der Temperierkanal (8) und/oder ein Zusatzkanal (16) durch wenigstens einen Schweißkanal des Lamellenpakets (4) gebildet ist.
8. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Zusatzkanal (16) aus dem Temperiermittel auf Leiterelemente (11 ) auf der dem Zuführring (3) gegenüberliegenden zweiten Seite, insbesondere Twistseite, des Lamellenpakets (4) ausgebbar ist.
9. Antriebsstrang, umfassend eine elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
10. Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder einen Antriebsstrang nach dem vorangehenden Anspruch.
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