DE102018006274A1

DE102018006274A1 - Aktivteil für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018006274A1
Application number: DE102018006274.1A
Authority: DE
Inventors: Torben Schulze
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2019-12-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Aktivteil (10) für eine elektrische Maschine, mit wenigstens einem Blechpaket (12), und mit wenigstens einem, in zumindest einer Nut (16) des Blechpakets (12) verlaufenden Leiterelement (26) zum Leiten von elektrischem Strom, wobei das Leiterelement (26) einen Querschnitt (Q1) mit wenigstens einer abgerundeten Ecke (28, 30) aufweist, wobei durch die abgerundete Ecke (28, 30) und wenigstens ein der Ecke (28, 30) zugewandtes Bauelement (24) des Aktivteils (10) wenigstens ein von einem Kühlmedium in axialer Richtung (34) durchströmbarer Kühlkanal (32, 36) direkt begrenzt ist, welcher sich in der Nut (16) über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung (34) verlaufenden Länge der Nut (16) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Aktivteil für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 beziehungsweise 10.
Ein solches Aktivteil für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der EP 2 244 356 A2 als bekannt zu entnehmen. Das Aktivteil weist wenigstens ein Blechpaket sowie wenigstens ein, in zumindest einer Nut des Blechpakets verlaufendes Leiterelement zum Leiten von elektrischem Strom auf. Das Leiterelement ist beispielsweise Bestandteil einer Wicklung des Aktivteils. Des Weiteren offenbart die EP 1 251 624 A2 einen Stator für eine elektrische Maschine. Darüber hinaus ist aus der EP 1 959 541 A2 eine Kühlanordnung für eine elektrische Maschine bekannt. Des Weiteren offenbart die EP 2 182 570 A1 eine Anordnung zum Kühlen einer elektrischen Maschine. Aus der DE 10 2006 049 420 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt. Darüber hinaus offenbart die US 2014/0015347 A1 eine permanent erregte elektrische Maschine. Aus der WO 2014/165440 A1 ist ein flüssigkeitsgekühlter Stator für eine elektrische Maschine bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Aktivteil der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders große Leistungsdichte realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Aktivteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Aktivteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Aktivteil für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders große Leistungsdichte des Aktivteils beziehungsweise der elektrischen Maschine insgesamt realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das beispielsweise aus einem elektrisch leitenden beziehungsweise elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff wie beispielsweise Kupfer, gebildete Leiterelement einen ersten Querschnitt mit wenigstens einer abgerundeten Ecke aufweist. Durch die abgerundete Ecke und durch wenigstens ein der Ecke zugewandtes Bauelement des Aktivteils ist wenigstens ein von einem Kühlmedium, insbesondere von einer Kühlflüssigkeit, in axialer Richtung des Aktivteils durchströmbarer Kühlkanal direkt begrenzt.
Bei dem Bauelement handelt es sich beispielsweise um ein separat von dem Leiterelement ausgebildetes, zusätzlich zu dem Leiterelement vorgesehenes Bauelement, oder aber das Bauelement ist einstückig mit dem Leiterelement ausgebildet. Der Kühlkanal erstreckt sich dabei in der Nut über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung verlaufenden Länge der Nut. Vorzugsweise erstreckt sich der Kühlkanal über die gesamte, in axialer Richtung verlaufende Länge der Nut. Unter dem Merkmal, dass der Kühlkanal direkt durch das Bauelement begrenzt ist, ist zu verstehen, dass das durch den Kühlkanal strömende Kühlmedium, welches vorzugsweise elektrisch nicht leitend ist, das Bauelement direkt anströmen und somit direkt berühren kann. Mit anderen Worten berührt das Kühlmedium dann, wenn es durch den Kühlkanal strömt, das Bauelement direkt. Unter dem Merkmal, dass der Kühlkanal direkt durch das Leiterelement begrenzt ist, ist zu verstehen, dass das den Kühlkanal durchströmende Kühlmedium das Leiterelement direkt anströmt und somit direkt berührt. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem Leiterelement und/oder von dem Bauelement an das Kühlmedium erfolgen, wodurch insbesondere das Leiterelement besonders vorteilhaft gekühlt werden kann. Mittels des Kühlmediums kann in kurzer Zeit eine besonders hohe Wärmemenge von dem Leiterelement abtransportiert werden, sodass sich eine besonders große Leistungsdichte des Aktivteils und somit der elektrischen Maschine realisieren lässt.
Das erfindungsgemäße Aktivteil ist beispielsweise als ein Rotor oder aber als ein Stator der elektrischen Maschine ausgebildet, wobei die elektrische Maschine vorzugsweise eine so genannte Traktionsmaschine eines Kraftfahrzeugs ist. Das Kraftfahrzeug weist dabei in seinem vollständig hergestellten Zustand die Traktionsmaschine auf und ist dabei mittels der elektrischen Maschine antreibbar.
Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass an elektrische Antriebsstränge, insbesondere von Kraftfahrzeugen, sehr hohe Anforderungen im Hinblick auf die Bereitstellung eines Drehmoments, insbesondere eines Dauerdrehmoments, und im Hinblick auf die Realisierung einer hohen Leistungsdichte, insbesondere an eine Dauerleistungsdichte, gestellt wird. Gleichzeitig ist es wünschenswert, einen hohen Wirkungsgrad des Antriebsstrangs erzielen zu können. Diese Anforderungen und Ziele, eine möglichst hohe Drehmoment- und Leistungsdichte sowie einen hohen Wirkungsgrad zu realisieren, können insbesondere durch die Kühlleistung der elektrischen Maschine erreicht werden. Bei dem erfindungsgemäßen Aktivteil ist nun eine direkte Kühlung des Leiterelements realisierbar, da das den Kühlkanal durchströmenden Kühlmedium das Leiterelement direkt berührt beziehungsweise berühren kann. Das Leiterelement ist beispielsweise Bestandteil einer Wicklung, sodass bei dem erfindungsgemäßen Aktivteil eine direkte Wicklungskühlung realisiert werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Wicklung als eine so genannte Haarnadel-Wicklung, insbesondere als eine solche so genannte Haarnadel-Steckwicklung, ausgebildet ist, wobei die Haarnadel-Wicklung auch als Hairpin-Wicklung und die Haarnadel-Steckwicklung als Hairpin-Steckwicklung bezeichnet wird.
Insbesondere ist es möglich, Kupferverluste in dem Aktivteil besonders vorteilhaft kühlen zu können, um damit zum einen eine sehr hohe Dauerleistung und zum anderen einen sehr hohen Wirkungsgrad der elektrischen Maschine realisieren zu können. Da der Kühlkanal innerhalb der Nut verläuft, kann möglichst nahe an einer Wärmequelle, an welcher während eines Betriebs der elektrischen Maschine Wärme entsteht, gekühlt werden.
Grundsätzlich ist es denkbar, das Leiterelement, welches beispielsweise Bestandteil eines elektrischen Leiters ist, hohl auszuführen und durch das hohle Leiterelement ein Kühlmedium zu leiten. Hierbei ist es auch sehr schwierig, das Kühlmedium in das Leiterelement einzuleiten und/oder Lauflängen des Kühlmediums im Inneren des Leiterelements sind sehr lang, sodass es zu einem übermäßigen Druckverlust kommt. Bei einer Alternative unter Verwendung von hohlen I-Pins als gestückeltes Leiterelement zum Stecken, welche dann eben nicht die Problematik mit der großen Länge eines kleinen Kühlkanals haben, hätte man dann hingegen die Problematik der Kontaktierung auf beiden Seiten unter Aufrechterhaltung einer durchgängigen Öffnung des hohlen I-Pins beziehungsweise auch die Aufgabenstellung diese vielen kleinen Kühlkanäle zu befluten und mit einem entsprechenden Volumenstroms des Kühlmedium zu versorgen.
Bei anderen Lösungen, bei denen eine direkte Kühlung nicht möglich ist, muss von der Wärmequelle bereitgestellte Wärme einen hohen Übergangswiderstand überwinden, der beispielsweise durch eine Nutisolation und weitere Kunststoffeinsätze realisiert ist.
Da bei dem erfindungsgemäßen Aktivteil das den Kühlkanal durchströmende Kühlmedium das Leiterelement direkt berührt beziehungsweise berühren kann, können von der Wärme zu überwindende Widerstände beziehungsweise Wärmeübergänge besonders gering gehalten werden. Dadurch kann in kurzer Zeit eine besonders hohe Wärmemenge von dem Leiterelement abtransportiert werden. Hierzu wird das beispielsweise als Kupferleiter ausgebildete Leiterelement direkt von dem elektrisch nicht-leitenden Kühlmedium angeströmt und/oder umströmt. Somit muss Wärme, die von dem Leiterelement an das Kühlmedium übergeht, lediglich eine so genannte Drahtisolation überwinden. Das vorzugsweise als Fluid, insbesondere als Flüssigkeit, ausgebildete Kühlmedium wird vorzugsweise axial durch die auch als Aktivteilnut bezeichnete Nut geleitet, sodass eine Lauflänge des Kühlmediums besonders gering gehalten werden kann. Ist das Aktivteil beispielsweise als ein Stator ausgebildet, so wird die Nut auch als Statornut bezeichnet. Des Weiteren kann der entlang des Leiterelements verlaufende Kühlkanal besonders einfach dargestellt werden, indem beispielsweise ein großer Kantenradius der abgerundeten Ecke realisiert wird. Dabei ist es denkbar, dass das Leiterelement als ein Flachdraht ausgebildet beziehungsweise durch einen solchen Flachdraht gebildet ist. Dadurch kann der Kühlkanal besonders einfach und kostengünstig realisiert werden. Insgesamt ermöglicht es das erfindungsgemäße Aktivteil, eine besonders große Leistungsdichte und somit eine besonders hohe Leistung und besonders hohe Drehmomente der elektrischen Maschine realisieren zu können, wobei gleichzeitig der Bauraumbedarf der elektrischen Maschine gering gehalten und ein besonders hoher Wirkungsgrad der elektrischen Maschine realisiert werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Bauelement ein separat von dem Leiterelement ausgebildetes Bauteil. Insbesondere kann das Bauelement das Blechpaket des Aktivteils sein. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Kühlung auf kostengünstige Weise realisiert werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Bauelement ein zum elektrischen Isolieren ausgebildetes Isolationselement ist, welches auf einer dem Leiterelement zugewandten Wandung des Blechpakets angeordnet ist. Das Isolationselement ist beispielsweise die zuvor genannte Nutisolation und/oder beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet. Dieser Ausführungsform liegt die Idee zugrunde, ohnehin zum Einsatz kommende Bauteile beziehungsweise Bauelemente der elektrischen Maschine zu nutzen, um den Kühlkanal zu begrenzen. Dadurch können die Kosten, die Teileanzahl, das Gewicht und der Bauraumbedarf des Aktivteils besonders gering gehalten werden.
Um eine besonders vorteilhafte Kühlung realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der erste Querschnitt, insbesondere zusätzlich zu der abgerundeten Ecke, wenigstens eine dem Bauelement zugewandte Ausnehmung aufweist, wobei durch die Ausnehmung und durch das Bauelement wenigstens ein von dem Kühlmedium in axialer Richtung durchströmbarer weiterer Kühlkanal direkt begrenzt ist. Der weitere Kühlkanal erstreckt sich dabei in der Nut über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung verlaufenden Länge der Nut, wobei sich auch der weitere Kühlkanal vorzugsweise über die gesamte, in axialer Richtung verlaufende Länge der Nut erstreckt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung folgt in radialer Richtung des Aktivteils wenigstens ein in der Nut verlaufendes zweites Leiterelement zum Leiten von elektrischem Strom auf das erste Leiterelement, wobei das zweite Leiterelement einen zweiten Querschnitt aufweist. Hierdurch kann eine besonders hohe Leistungsdichte realisiert werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der zweite Querschnitt wenigstens eine zweite abgerundete Ecke aufweist, wobei der Kühlkanal auch durch die zweite abgerundete Ecke direkt begrenzt ist. Dadurch kann das den Kühlkanal durchströmende Kühlmedium auch das zweite Leiterelement direkt an- beziehungsweise umströmen und somit direkt berühren, sodass eine besonders vorteilhafte Kühlung des Aktivteils gewährleistet werden kann. Das zweite Leiterelement ist beispielsweise separat von dem ersten Leiterelement ausgebildet. Beispielsweise ist das zweite Leiterelement Bestandteil einer zweiten Wicklung, welche separat von der zuvor genannten ersten Wicklung sein kann. Ferner ist es denkbar, dass das erste Leiterelement einstückig mit dem zweiten Leiterelement ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich gehören das erste Leiterelement und das zweite Leiterelement zur selben Wicklung.
Dadurch, dass der Kühlkanal durch das Bauelement und durch die abgerundeten Ecken der Leiterelemente begrenzt ist, kann ein besonders großer, von dem Kühlmedium durchströmbarer Strömungsquerschnitt des Kühlkanals auf bauraumgünstige Weise realisiert werden. Hierdurch kann in kurzer Zeit eine besonders hohe Wärmemenge von den Leiterelementen abtransportiert werden.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens der erste Querschnitt des ersten Leiterelements wenigstens eine Einbuchtung auf, welche dem zweiten Querschnitt des zweiten Leiterelements zugewandt ist. Die Einbuchtung des ersten Querschnitts des ersten Leiterelements ist also auf der Seite des ersten Leiterelements angeordnet, welche dem zweiten Leiterelement zugewandt ist und damit zwischen dem ersten Leiterelement und dem zweiten Leiterelement angeordnet. Durch die Einbuchtung und das jeweils andere Leiterelement ist wenigstens ein von dem Kühlmedium in axialer Richtung durchströmbarer zweiter Kühlkanal direkt begrenzt, welcher sich in der Nut über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung verlaufenden Länge der Nut und vorzugsweise über die gesamte in axialer Richtung verlaufenden Länge der Nut erstreckt. Hierdurch kann eine besonders effektive und effiziente Kühlung gewährleistet werden.
Um auf bauraum- und gewichtsgünstige Weise einen besonders großen, von dem Kühlmedium durchströmbaren Strömungsquerschnitt des zweiten Kühlkanals realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das jeweils andere Leiterelemente eine der Einbuchtung zugewandte zweite Einbuchtung aufweist, durch welche der zweite Kühlkanal begrenzt ist.
Als ferner besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der jeweilige Querschnitt spiegel- beziehungsweise achsensymmetrisch ausgebildet ist. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Querschnitte der Leiterelemente symmetrisch zueinander, das heißt gleich oder identisch ausgebildet sind, insbesondere im Hinblick auf ihre jeweilige Form und/oder Größe.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn sich das Leiterelement zumindest in der Nut, insbesondere über deren gesamte axiale Länge, geradlinig und parallel zur axialen Richtung des Aktivteils erstreckt. Dadurch kann eine besonders hohe Leistungsdichte realisiert werden.
Um ein Aktivteil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 10 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders große Leistungsdichte des Aktivteils und somit der elektrischen Maschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Leiterelement einen Querschnitt mit zumindest einer Ausnehmung aufweist, wobei durch die Ausnehmung und durch wenigstens ein der Ausnehmung zugewandtes Bauelement des Aktivteils wenigstens ein von einem Kühlmedium in axialer Richtung durchströmbarer Kühlkanal direkt begrenzt ist, welcher sich in der Nut über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung verlaufenden Länge der Nut, insbesondere über die gesamte Länge der Nut, erstreckt. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Aktivteils gemäß dem Patentanspruch 1 sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Aktivteils gemäß dem Patentanspruch 10 anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Aktivteils für eine elektrische Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Vorderansicht des erfindungsgemäßen Aktivteils gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
3 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Aktivteils für eine elektrische Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Vorderansicht ein Aktivteil 10 gemäß einer ersten Ausführungsform für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens. Das Kraftfahrzeug weist in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine auf und ist mittels der elektrischen Maschine antreibbar, sodass die elektrische Maschine als eine Traktionsmaschine ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug kann dabei als Hybridfahrzeug oder aber als Elektrofahrzeug ausgebildet sein. Bei den in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist das Aktivteil 10 als ein Stator ausgebildet. Somit umfasst die elektrische Maschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand den Stator und ein weiteres Aktivteil in Form eines Rotors, welcher von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Stator antreibbar ist. Dadurch kann die elektrische Maschine Drehmomente zum Antreiben, insbesondere zum elektrischen antreiben, des Kraftfahrzeugs bereitstellen.
Wie in 1 erkennbar ist, weist das Aktivteil 10 ein Blechpaket 12 auf. Das Blechpaket 12 weist mehrere, in Umfangsrichtung des Blechpakets 12 und somit des Aktivteils 10 aufeinanderfolgende und voneinander beabstandete Zähne 14 auf, welche auch als Statorzähne bezeichnet werden. Zwischen den Statorzähnen sind jeweilige, auch als Statornuten bezeichneten Nuten 16 angeordnet, welche in Umfangsrichtung des Blechpakets 12 und somit des Aktivteils 10 aufeinander folgen und über einen jeweiligen der Zähne 14 voneinander beabstandet sind. Dabei ist die Umfangsrichtung in 1 durch einen Doppelpfeil 18 veranschaulicht.
Wie am Beispiel einer der Nuten 16 erkennbar ist, ist in der jeweiligen Nut 16 wenigstens ein Leiterelement 20 zum Leiten von elektrischem Strom angeordnet. Insbesondere sind in der jeweiligen Nut 16 mehrere Leiterelemente 20 angeordnet, welche zum Leiten beziehungsweise Führen von elektrischem Strom ausgebildet sind. Die Leiterelemente 20 folgen dabei in radialer Richtung des Blechpakets 12 und somit des Aktivteils 10 aufeinander, sodass die Leiterelemente 20 in radialer Richtung aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet sind. Die radiale Richtung ist dabei in 1 durch einen Doppelpfeil 22 veranschaulicht. Das jeweilige Leiterelement 20 ist aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff wie beispielsweise Kupfer, gebildet. Das Blechpaket 12 ist beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, gebildet. Um beispielsweise einen unerwünschten Kurzschluss zwischen dem jeweiligen Leiterelement 20 und dem Blechpaket 12 zu vermeiden, ist in der Nut 16 zwischen den Leiterelementen 20 und dem Blechpaket 12 ein auch als Isolation oder Nutisolation bezeichnetes, elektrisch isolierendes Isolationselement 24 angeordnet. Das Blechpaket 12 und das Isolationselement 24 sind Bauelemente oder Bauteile des Aktivteils 10, wobei die Bauelemente beziehungsweise Bauteile separat von dem jeweiligen Leiterelement 20 ausgebildet sind. Hierbei kann das Isolationselement 24 auf einer dem Leiterelement 26 zugewandte Wandung 25 des Blechpakets 12 angeordnet sein.
Die Leiterelemente 20 sind beispielsweise Bestandteile derselben Wicklung. Insbesondere können die Leiterelemente 20 elektrisch miteinander verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich sind die Leiterelemente 20 einstückig miteinander ausgebildet. Ferner ist es denkbar, dass die Leiterelemente 20 separat voneinander ausgebildet sind. Die genannte Wicklung ist beispielsweise als eine Haarnadel-Wicklung, insbesondere eine Haarnadel-Steckwicklung, ausgebildet, sodass das Aktivteil 10 zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
Um nun eine besonders hohe Leistungsdichte des Aktivteils 10 und somit der elektrischen Maschine insgesamt realisieren zu können, weist beispielsweise ein in 1 mit 26 bezeichnetes der Leiterelemente 20 einen ersten Querschnitt Q1 mit abgerundeten Ecken 28 und 30 auf. Das jeweilige Leiterelement 20 ist beispielsweise als ein Flachdraht ausgebildet beziehungsweise durch einen Flachdraht gebildet.
Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist durch die jeweilige abgerundete Ecke 28 und durch das der jeweiligen Ecke 28 zugewandte Isolationselement 24 ein jeweiliger, von einem Kühlmedium in axialer Richtung des Aktivteils 10 durchströmbarer Kühlkanal 32 direkt begrenzt. Aus 1 ist besonders gut erkennbar, dass das jeweilige Leiterelement 20 zum Leiten von elektrischem Strom in der Nut 16 verläuft. Außerdem erstreckt sich der jeweilige Kühlkanal 32 in der Nut 16 über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung des Aktivteils 10 verlaufenden Länge der Nut 16. Die axiale Richtung des Aktivteils 10 und somit der elektrischen Maschine beziehungsweise des Blechpakets 12 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 34 veranschaulicht. Auch durch die jeweilige abgerundete Ecke 30 und durch das Isolationselement 24 ist ein weiterer, in axialer Richtung des Aktivteils 10 von dem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal 36 direkt begrenzt, wobei sich auch der jeweilige Kühlkanal 36 über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung verlaufenden Länge der Nut 16 erstreckt. Insbesondere erstreckt sich der jeweilige Kühlkanal 32 beziehungsweise 36 über die gesamte, in axialer Richtung verlaufende Länge der Nut 16. Bei der ersten Ausführungsform ist der Kühlkanal 32 ausschließlich durch die abgerundete Ecke 28 und durch das Isolationselement 24 begrenzt.
In 1 ist ein weiteres der Leiterelemente 20 mit 38 bezeichnet. Dabei sind die Leiterelemente 20 und 38 in radialer Richtung zueinander benachbart. Dies bedeutet, dass das Leiterelement 38 in radialer Richtung des Aktivteils 10, insbesondere nach innen hin, unmittelbar beziehungsweise direkt auf das Leiterelemente 26 folgt. Darunter ist zu verstehen, dass zwischen den Leiterelementen 26 und 38 kein weiteres Leiterelement angeordnet ist. Das Leiterelement 38 wird auch als zweites Leiterelement zum Leiten von elektrischem Strom bezeichnet. Dabei weist auch das Leiterelement 38 einen zweiten Querschnitt Q2 auf, wobei auch der zweite Querschnitt Q2 abgerundete Ecken 40 und 42 aufweist. Der jeweilige Kühlkanal 36 ist dabei auch durch die abgerundeten Ecken 40 des Leiterelements 38 begrenzt, sodass der jeweilige Kühlkanal 36 durch die abgerundeten Ecken 30 und 40 und durch das Isolationselement 24 begrenzt ist. Unter dem Merkmal, dass der Kühlkanal 32 durch das Isolationselement 24 und durch die abgerundeten Ecken 28 jeweils direkt begrenzt ist, ist zu verstehen, dass das den jeweiligen Kühlkanal durchströmende Kühlmedium das Isolationselement 24 und das Leiterelement 26 direkt an- beziehungsweise umströmen kann. Dadurch ist ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem Leiterelement 26 an das Kühlmedium realisierbar. Da der jeweilige Kühlkanal 36 direkt durch die abgerundeten Ecken 30 und 40 und direkt durch das Isolationselement 24 begrenzt ist, kann das den jeweiligen Kühlkanal 36 durchströmende Kühlmedium die Leiterelement 26 und 38 direkt an- und umströmen. Hierdurch ist ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von den Leiterelementen 26 und 38 an das Kühlmedium realisierbar, sodass eine besonders vorteilhafte Kühlung, insbesondere Wicklungskühlung, dargestellt werden kann.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Aktivteils 10. Bei der zweiten Ausführungsform weist das Leiterelement 26 beziehungsweise dessen Querschnitt Q1 Ausnehmungen 44 und 46 auf. Die Ausnehmungen 44 und 46 sind auf in radialer Richtung des Aktivteils 10 voneinander abgewandten Seiten des Leiterelements 26 angeordnet. Dabei ist die Ausnehmung 44 dem Isolationselement 24 zugewandt. Dabei ist durch die Ausnehmung 44 und durch das der Ausnehmung 44 zugewandte Isolationselement 24 wenigstens ein von dem zuvor beschriebenen Kühlmedium in axialer Richtung des Aktivteils 10 durchströmbarer Kühlkanal 48 direkt begrenzt. Der Kühlkanal 48 erstreckt sich in der Nut 16 über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung verlaufenden Länge der Nut 16, insbesondere über die gesamte in axialer Richtung verlaufende Länge der Nut 16.
Die Ausnehmung 46 ist dem Leiterelement 38 zugewandt und damit eben auf der dem Isolationselement 24 abgewandten Seite des Leiterelement 26 angeordnet. Dabei ist durch die Ausnehmung 46 und durch das der Ausnehmung 46 zugewandte Leiterelement 38 ein weiterer Kühlkanal 50 direkt begrenzt, welcher von dem zuvor beschriebenen Kühlmedium in axialer Richtung des Aktivteils 10 durchströmt werden kann. Auch der Kühlkanal 50 erstreckt sich in der Nut 16 über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung verlaufenden Länge der Nut 16, insbesondere über die gesamte in axialer Richtung verlaufende Länge der Nut 16. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform weist auch der Querschnitt Q2 des Leiterelement 38 einen auch als Einbuchtung bezeichnete Ausnehmung 52 auf, welche der Ausnehmung 46 zugewandt ist. Dabei ist der Kühlkanal 50 durch die Ausnehmungen 46 und 52 direkt begrenzt. Hierdurch kann das den Kühlkanal 50 durchströmende Kühlmedium die Leiterelemente 26 und 38 direkt an- und umströmen, wodurch ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang darstellbar ist. Auch das den Kühlkanal 48 durchströmende Kühlmedium kann das Leiterelement 26 direkt an- und umströmen.
Aus 1 ist erkennbar, dass durch große Eckenradien der abgerundeten Ecken 28, 30 und 40 Kavitäten in Form der Kühlkanäle 32 und 36 entstehen, durch welche das Kühlmedium, insbesondere in axialer Richtung, geleitet werden kann. Hierzu weist das Aktivteil 10, insbesondere das Blechpaket 12, wenigstens einen auch als Zufuhranschluss bezeichneten Anschluss auf, welcher von dem Kühlmedium durchströmbar ist. Der Anschluss mündet beispielsweise in den jeweiligen Kühlkanal 32, 36, 48 beziehungsweise 50, sodass der jeweilige Kühlkanal 32, 36, 48 beziehungsweise 50 über den Anschluss von dem Kühlmedium versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird. Darüber hinaus lässt sich ein Kupferfüllfaktor realisieren, welcher deutlich höher als bei einer Einzugswicklung mit Runddraht ist. In der Folge kann eine besonders hohe Leistungsfähigkeit realisiert werden. Auch ist ein hoher Wirkungsgrad realisierbar, da das Aktivteil 10 besonders gut gekühlt werden kann.
Bei der zweiten Ausführungsform ist das jeweilige Leiterelement 20 profiliert und dadurch als ein Knochen beziehungsweise in Form eines Knochens ausgebildet. Die beidseitigen Ausnehmungen 44 und 46 stellen Einzüge beziehungsweise Querschnittsverengungen des jeweiligen Leiterelements 20, insbesondere des jeweiligen Querschnitts Q1 beziehungsweise Q2 dar, sodass das jeweilige Leiterelement 20 die Form eines Knochens aufweist. Durch diese Einzüge werden ebenfalls Kavitäten in Form der Kühlkanäle 48 und 50 geschaffen, durch welche das Kühlmedium hindurch geleitet werden kann. Auch hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Kühlung realisiert werden, sodass eine besonders hohe Dauerleistungsfähigkeit und ein besonders hoher Wirkungsgrad darstellbar sind.
Schließlich zeigt 3 eine dritte Ausführungsform, welche eine Kombination der ersten Ausführungsform mit der zweiten Ausführungsform darstellt. Bei der dritten Ausführungsform weisen die Leiterelemente 20 sowohl die abgerundeten Ecken 28, 30, 40 und 42 als auch die Ausnehmungen 44, 46 und 52 auf. Um beispielsweise Probleme beim Tränken mit Harz zu umgehen, kann zum Beispiel auf einen Profildraht mit Backlack-Beschichtung gewechselt werden, wobei beispielsweise jeweilige Wickelköpfe eingetaucht oder beträufelt werden, sodass die beschriebenen Kavitäten nicht verschlossen werden. Gegebenenfalls ist auch ein Ausblasen der Kavitäten mittels Druckluft hilfreich. Vorzugsweise sind die Leiterelemente 20 und das Isolationselement 24 für das Kühlmedium dicht, sodass unerwünschte Leckagen vermieden werden können. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Isolationselement 24 die Leiterelemente 20 zumindest in der Nut 16 in Umfangsrichtung des jeweiligen Leiterelements 20, insbesondere vollumfänglich, umgibt beziehungsweise umschließt.
Bezugszeichenliste

10: Aktivteil
12: Blechpaket
14: Zahn
16: Nut
18: Doppelpfeil
20: Leiterelement
22: Doppelpfeil
24: Isolationselement
25: Wandung
26: Leiterelement
28: abgerundete Ecke
30: abgerundete Ecke
32: Kühlkanal
34: Doppelpfeil
36: Kühlkanal
38: Leiterelement
40: abgerundete Ecke
42: abgerundete Ecke
44: Ausnehmung
46: Ausnehmung
48: Kühlkanal
50: Kühlkanal
52: Ausnehmung
Q1: Querschnitt
Q2: Querschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2244356 A2 [0002]
EP 1251624 A2 [0002]
EP 1959541 A2 [0002]
EP 2182570 A1 [0002]
DE 102006049420 A1 [0002]
US 2014/0015347 A1 [0002]
WO 2014/165440 A1 [0002]

Claims

Aktivteil (10) für eine elektrische Maschine, mit wenigstens einem Blechpaket (12), und mit wenigstens einem, in zumindest einer Nut (16) des Blechpakets (12) verlaufenden ersten Leiterelement (26) zum Leiten von elektrischem Strom, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterelement (26) einen ersten Querschnitt (Q1) mit wenigstens einer abgerundeten Ecke (28, 30) aufweist, wobei durch die abgerundete Ecke (28, 30) und wenigstens ein der Ecke (28, 30) zugewandtes Bauelement (24) des Aktivteils (10) wenigstens ein von einem Kühlmedium in axialer Richtung (34) durchströmbarer Kühlkanal (32, 36) direkt begrenzt ist, welcher sich in der Nut (16) über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung (34) verlaufenden Länge der Nut (16) erstreckt.
Aktivteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (24) ein separat von dem Leiterelement (26) ausgebildete Bauteil, insbesondere das Blechpaket (12), des Aktivteils (10) ist.
Aktivteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (24) ein zum elektrischen Isolieren ausgebildetes Isolationselement (24) ist, welches auf einer dem Leiterelement (26) zugewandte Wandung (25) des Blechpakets (12) angeordnet ist.
Aktivteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (Q1) wenigstens eine dem Bauelement (24) zugewandte Ausnehmung (44) aufweist, wobei durch die Ausnehmung (44) und das Bauelement (24) wenigstens ein von dem Kühlmedium in axialer Richtung (34) durchströmbarer weiterer Kühlkanal (48) direkt begrenzt ist, welcher sich in der Nut (16) über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung (34) verlaufenden Länge der Nut (16) erstreckt.
Aktivteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung (22) des Aktivteils (10) wenigstens ein in der Nut (16) verlaufendes zweites Leiterelement (38) zum Leiten von elektrischem Strom auf das erste Leiterelement (26) folgt, wobei das zweite Leiterelement (38) einen zweiten Querschnitt (Q2) aufweist..
Aktivteil (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Querschnitt (Q2) wenigstens eine zweite abgerundete Ecke (40) aufweist, wobei der Kühlkanal (36) auch durch die zweite abgerundete Ecke (40) direkt begrenzt ist.
Aktivteil (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Querschnitte (Q1) des ersten Leiterelements (26) wenigstens eine erste Einbuchtung (46) aufweist, welche dem zweiten Leiterelement (38), das den zweiten Querschnitt (Q2) aufweist, zugewandt ist, wobei durch die erste Einbuchtung (46) des ersten Leiterelements (26) und das zweite Leiterelement (38) wenigstens ein von dem Kühlmedium in axialer Richtung (34) durchströmbarer zweiter Kühlkanal (50) direkt begrenzt ist, welcher sich in der Nut (16) über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung (34) verlaufenden Länge der Nut (16) erstreckt.
Aktivteil (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Querschnitt (Q2) des zweiten Leiterelements (38) eine der ersten Einbuchtung (46) des ersten Leiterelements (26) zugewandte zweite Einbuchtung (52) aufweist, durch welche der zweite Kühlkanal (50) direkt begrenzt ist.
Aktivteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Leiterelement (26, 38) zumindest in der Nut (16), insbesondere über deren gesamte axiale Länge, geradlinig und parallel zur axialen Richtung (34) des Aktivteils (10) erstreckt.
Aktivteil (10) für eine elektrische Maschine, mit wenigstens einem Blechpaket (12), und mit wenigstens einem, in zumindest einer Nut (16) des Blechpakets (12) verlaufenden Leiterelement (26) zum Leiten von elektrischem Strom, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterelement (26) einen Querschnitt (Q1) mit zumindest einer Ausnehmung (44, 46) aufweist, wobei durch die Ausnehmung (44, 46) und wenigstens ein der Ausnehmung (44, 46) zugewandtes Bauelement (12, 24, 38) des Aktivteils (10) wenigstens ein von einem Kühlmedium in axialer Richtung (34) durchströmbarer Kühlkanal (48, 50) direkt begrenzt ist, welcher sich in der Nut (16) über mehr als die Hälfte der gesamten, in axialer Richtung (34) verlaufenden Länge der Nut (16) erstreckt.