DE102022119049A1

DE102022119049A1 - Component with slot insulation for a stator of an electrical machine, as well as a stator ring, stator and method for cooling a stator winding

Info

Publication number: DE102022119049A1
Application number: DE102022119049.8A
Authority: DE
Inventors: Yann Tremaudant; Guenter Georg Schlangen; Jerome Ragot; Joachim März
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-07-29
Filing date: 2022-07-29
Publication date: 2024-02-01

Abstract

Es wird ein Bauteil zur elektrischen Isolierung von zumindest einer Statornut eines Stators beschrieben, wobei das Bauteil eine Nutisolation für die Statornut umfasst. Die Nutisolation weist Seitenwände auf, die ausgebildet sind, entsprechende Innenwände der Statornut zu bedecken, wobei sich die Seitenwände der Nutisolation jeweils in axialer Richtung des Stators erstrecken. Zumindest eine Seitenwand der Nutisolation bildet zumindest einen Teil von zumindest einem in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal zur Aufnahme von Kühlmittel für die Kühlung von ein oder mehreren Statorwicklungen, insbesondere um eine direkte Kühlung der ein oder mehreren Statorwicklungen zu bewirken.A component for electrically insulating at least one stator slot of a stator is described, the component comprising slot insulation for the stator slot. The slot insulation has side walls which are designed to cover corresponding inner walls of the stator slot, the side walls of the slot insulation each extending in the axial direction of the stator. At least one side wall of the slot insulation forms at least a part of at least one coolant channel running in the axial direction for receiving coolant for cooling one or more stator windings, in particular to effect direct cooling of the one or more stator windings.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, etwa eine Synchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung die Erhöhung der Kühleffizienz einer elektrischen Maschine.The invention relates to an electrical machine, such as a synchronous machine. In particular, the invention relates to increasing the cooling efficiency of an electrical machine.

Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator, der einen Rotor der elektrischen Maschine umschließt. Ferner weist die elektrische Maschine typischerweise einen Kühlmittel-Kreislauf auf, um die elektrische Maschine, insbesondere die elektrischen Wicklungen des Stators, zu kühlen. Das Kühlmittel kann in hohlen Kühlmittelkanälen innerhalb des Statorkörpers des Stators geführt werden, was jedoch zu einem relativ hohen thermischen Widerstand zwischen dem Kühlmittel und den Statorwicklungen und somit zu einer relativ ineffizienten Kühlung der Statorwicklungen führtAn at least partially electrically driven vehicle includes an electric machine for driving the vehicle. The electrical machine includes a stator that encloses a rotor of the electrical machine. Furthermore, the electrical machine typically has a coolant circuit in order to cool the electrical machine, in particular the electrical windings of the stator. The coolant can be guided in hollow coolant channels within the stator body of the stator, but this leads to a relatively high thermal resistance between the coolant and the stator windings and thus to relatively inefficient cooling of the stator windings

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, die Effizienz der Kühlung der Statorwicklungen eines Stators einer elektrischen Maschine in zuverlässiger Weise zu erhöhen.The present document deals with the technical task of reliably increasing the efficiency of cooling the stator windings of a stator of an electrical machine.

Die Aufgabe wird jeweils durch die einzelnen unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.The task is solved by the individual independent claims. Advantageous embodiments are described, among other things, in the dependent claims. It should be noted that additional features of a patent claim dependent on an independent patent claim can form a separate invention independent of the combination of all the features of the independent patent claim, without the features of the independent patent claim or only in combination with a subset of the features of the independent patent claim can be made the subject of an independent claim, a division application or a subsequent application. This applies equally to technical teachings described in the description, which may constitute an invention independent of the features of the independent patent claims.

Gemäß einem Aspekt wird ein Bauteil zur elektrischen Isolierung von zumindest einer Statornut eines Stators, insbesondere eines Statorkörpers, beschrieben. Das Bauteil umfasst eine Nutisolation für die Statornut, wobei die Nutisolation Seitenwände aufweist, die ausgebildet sind, entsprechende Innenwände der Statornut zu bedecken. Die Nutisolation weist typischerweise die Form eines Prismas auf. Der Querschnitt bzw. die Grundfläche der Nutisolation (senkrecht zu der axialen Richtung des Stators) kann viereckig sein. Die Nutisolation kann somit vier Seitenwände aufweisen, die ein Prisma mit einer viereckigen Grundfläche bilden, wobei sich die Seitenwände der Nutisolation jeweils in axialer Richtung des Stators erstrecken (von einer Stirnfläche bis zu einer gegenüberliegenden Stirnfläche des Stators oder der jeweiligen Stator-Hälfte (bei einem zweiteiligen Stator)).According to one aspect, a component for electrically insulating at least one stator slot of a stator, in particular a stator body, is described. The component comprises a slot insulation for the stator slot, the slot insulation having side walls which are designed to cover corresponding inner walls of the stator slot. The slot insulation typically has the shape of a prism. The cross section or base area of the slot insulation (perpendicular to the axial direction of the stator) can be square. The slot insulation can therefore have four side walls, which form a prism with a square base, the side walls of the slot insulation each extending in the axial direction of the stator (from one end face to an opposite end face of the stator or the respective stator half (in the case of a two-part stator)).

Das Bauteil kann eine Vielzahl von (entsprechend aufgebauten) Nutisolationen für eine entsprechende Vielzahl von Statornuten des Statorkörpers aufweisen.The component can have a plurality of (appropriately constructed) slot insulations for a corresponding plurality of stator slots of the stator body.

Zumindest eine Seitenwand der Nutisolation kann zumindest einen Teil von einem in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal zur Aufnahme von Kühlmittel für die Kühlung von ein oder mehreren Statorwicklungen bilden.At least one side wall of the slot insulation can form at least part of a coolant channel running in the axial direction for receiving coolant for cooling one or more stator windings.

Insbesondere kann zumindest eine Seitenwand der Nutisolation zumindest einen in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal zur Aufnahme von Kühlmittel für die Kühlung von ein oder mehreren Statorwicklungen aufweisen. Dabei kann die Nutisolation zumindest einen in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal aufweisen, der vollständig in eine Seitenwand der Nutisolation eingebettet ist.In particular, at least one side wall of the slot insulation can have at least one coolant channel running in the axial direction for receiving coolant for cooling one or more stator windings. The slot insulation can have at least one coolant channel running in the axial direction, which is completely embedded in a side wall of the slot insulation.

Alternativ oder ergänzend kann zumindest eine Seitenwand der Nutisolation ausgebildet sein, zusammen mit zumindest einer Statorwicklung zumindest einen in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal zu bilden. Insbesondere kann die Seitenwand der Nutisolation einen Teil des Umfangs von zumindest einem in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal bilden, sodass der Umfang durch zumindest eine Statorwicklung vervollständigt wird, wenn die Nutisolation (und die zumindest eine Statorwicklung) in der Statornut angeordnet ist.Alternatively or additionally, at least one side wall of the slot insulation can be designed to form at least one coolant channel running in the axial direction together with at least one stator winding. In particular, the side wall of the slot insulation can form part of the circumference of at least one coolant channel running in the axial direction, so that the circumference is completed by at least one stator winding when the slot insulation (and the at least one stator winding) is arranged in the stator slot.

Es kann somit durch das Bauteil zumindest ein in axialer Richtung verlaufender Kühlmittelkanal bereitgestellt werden, der derart ausgebildet ist, dass zumindest eine in der Statornut angeordnete Statorwicklung direkt mit Kühlmittel in Kontakt steht, welches innerhalb des zumindest einen Kühlmittelkanals geführt wird. So kann eine besonders effiziente und zuverlässige Kühlung ermöglicht werden.The component can therefore provide at least one coolant channel running in the axial direction, which is designed such that at least one stator winding arranged in the stator slot is in direct contact with coolant, which is guided within the at least one coolant channel. This enables particularly efficient and reliable cooling.

Ggf. kann zumindest eine Seitenwand der Nutisolation ausgebildet sein, zusammen mit der angrenzenden Innenwand der Statornut zumindest einen in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal zu bilden. Dabei kann die Seitenwand der Nutisolation einen Teil des Umfangs von zumindest einem in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal bilden, sodass der Umfang durch die angrenzende Innenwand der Statornut vervollständigt wird, wenn die Nutisolation in der Statornut angeordnet ist. Die Nutisolation kann somit ausgebildet sein, durch zumindest eine Seitenwand der Nutisolation und durch die angrenzende Innenwand der Statornut in effizienter Weise ein oder mehrere axial verlaufende Kühlmittelkanäle zu bilden.If necessary, at least one side wall of the slot insulation can be designed to form at least one coolant channel running in the axial direction together with the adjacent inner wall of the stator slot. The side wall of the slot insulation can form part of the circumference of at least one coolant channel running in the axial direction, so that the circumference is completed by the adjacent inner wall of the stator slot when the slot insulation is arranged in the stator slot. The slot insulation can thus be formed by at least one side wall of the slot insulation and to efficiently form one or more axially extending coolant channels through the adjacent inner wall of the stator groove.

Das Bauteil ermöglicht es, Kühlmittel (z.B. Öl) in definierter Weise direkt innerhalb zumindest einer Statornut zu führen, insbesondere derart, dass das Kühlmittel die ein oder mehreren Statorwicklungen in der Statornut berührt. So kann eine besonders effiziente und zuverlässige Kühlung der Statorwicklungen in der jeweiligen Statornut bewirkt werden.The component makes it possible to guide coolant (e.g. oil) in a defined manner directly within at least one stator slot, in particular in such a way that the coolant touches the one or more stator windings in the stator slot. In this way, particularly efficient and reliable cooling of the stator windings in the respective stator slot can be achieved.

Das Bauteil kann derart ausgebildet sein, dass die Nutisolation von einer Stirnfläche des Stators (oder der Stator-Hälfe) her in die Statornut einschiebbar ist. So kann eine besonders effiziente Herstellung des Stators ermöglicht werden. Die Statorwicklungen können in die jeweilige Statornut eingeführt werden, nachdem die Nutisolation in die jeweilige Statornut eingeschoben wurde.The component can be designed in such a way that the slot insulation can be inserted into the stator slot from an end face of the stator (or the stator half). This makes particularly efficient production of the stator possible. The stator windings can be inserted into the respective stator slot after the slot insulation has been inserted into the respective stator slot.

Das Bauteil, insbesondere die Nutisolation, kann in effizienter Weise als ein Spritzgussteil, insbesondere aus einem Kunststoff, ausgebildet sein.The component, in particular the slot insulation, can be designed in an efficient manner as an injection molded part, in particular made of a plastic.

Das Bauteil kann einen Statorring umfassen, der ausgebildet ist, an einer Stirnfläche des Stators anzuliegen. Der Stator kann ggf. aus zwei Stator-Hälften zusammengesetzt sein, wobei die beiden Stator-Hälften jeweils eine innere Stirnfläche aufweisen, die einander zugewandt sind. Der Statorring des Bauteils kann ausgebildet sein, an die innere Stirnfläche einer Stator-Hälfte angelegt zu werden.The component can comprise a stator ring which is designed to rest on an end face of the stator. The stator can optionally be composed of two stator halves, the two stator halves each having an inner end face that faces one another. The stator ring of the component can be designed to be placed on the inner end face of a stator half.

Die Nutisolation kann an dem Statorring befestigt sein, und die Nutisolation kann sich in axialer Richtung von dem Statorring weg erstrecken. Dabei kann der Statorring ggf. aus dem gleichen Material gefertigt sein, wie die Nutisolation, was eine besonders effiziente Herstellung des Bauteils ermöglicht. Andererseits kann der Statorring ggf. aus einem metallischen Material, insbesondere aus dem gleichen Material wie der Statorkörper, hergestellt sein. Der Statorring kann z.B. als ein Sonder-Statorblech ausgebildet sein. Die ein oder mehreren Nutisolationen können dann ggf. mit dem Statorring zusammengesteckt und/oder verklebt sein. Durch die Verwendung eines metallischen Statorrings kann eine besonders leistungsfähige elektrische Maschine bereitgestellt werden.The slot insulation may be attached to the stator ring, and the slot insulation may extend in the axial direction away from the stator ring. The stator ring can optionally be made of the same material as the slot insulation, which enables particularly efficient production of the component. On the other hand, the stator ring can optionally be made of a metallic material, in particular of the same material as the stator body. The stator ring can be designed, for example, as a special stator plate. The one or more slot insulations can then optionally be plugged together and/or glued to the stator ring. By using a metallic stator ring, a particularly powerful electrical machine can be provided.

Wie bereits weiter oben dargelegt, kann das Bauteil eine Vielzahl von Nutisolationen für die entsprechende Vielzahl von Statornuten des Stators umfassen. Dabei kann die Vielzahl von Nutisolationen in Umfangsrichtung verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, an dem Statorring angeordnet, insbesondere befestigt, sein.As already explained above, the component can comprise a large number of slot insulations for the corresponding number of stator slots of the stator. The plurality of slot insulations can be distributed in the circumferential direction, in particular evenly distributed, arranged, in particular fastened, on the stator ring.

Die Bereitstellung eines Statorrings ermöglicht eine besonders effiziente Montage der Nutisolationen innerhalb der Statornuten des Statorkörpers. Ferner kann über den Statorring in effizienter und zuverlässiger Weise Kühlmittel in die einzelnen Statornuten, insbesondere in die einzelnen axialen Kühlmittelkanäle, geführt werden.The provision of a stator ring enables particularly efficient assembly of the slot insulation within the stator slots of the stator body. Furthermore, coolant can be guided into the individual stator slots, in particular into the individual axial coolant channels, in an efficient and reliable manner via the stator ring.

Der Statorring kann zumindest einen Kühlmittelkanal umfassen, der einen in radialer Richtung verlaufenden Abschnitt aufweist, über den Kühlmittel von der äußeren Mantelfläche des Stators, insbesondere des Statorkörpers, her eingeleitet werden kann. Der Kühlmittelkanal des Statorrings kann ferner ausgebildet sein, Kühlmittel, das in den in radialer Richtung verlaufenden Abschnitt eingeleitet wurde, zu den ein oder mehreren in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanälen an den ein oder mehreren Nutisolationen zu leiten. Ggf. kann für jede Nutisolation ein entsprechender Kühlkanal mit einem in radialer Richtung verlaufenden Abschnitt bereitgestellt werden.The stator ring can comprise at least one coolant channel which has a section running in the radial direction, via which coolant can be introduced from the outer lateral surface of the stator, in particular of the stator body. The coolant channel of the stator ring can further be designed to direct coolant that has been introduced into the section running in the radial direction to the one or more coolant channels running in the axial direction on the one or more slot insulations. If necessary, a corresponding cooling channel with a section running in the radial direction can be provided for each slot insulation.

Der Statorring kann somit eine Vielzahl von entsprechend aufgebauten Kühlmittelkanälen für die entsprechende Vielzahl von Nutisolationen aufweisen. So kann den axial verlaufenden Kühlmittelkanälen in den Statornuten in besonders effizienter und zuverlässiger Weise Kühlmittel zugeführt werden.The stator ring can therefore have a large number of appropriately constructed coolant channels for the corresponding number of slot insulations. In this way, coolant can be supplied to the axially extending coolant channels in the stator slots in a particularly efficient and reliable manner.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Statorring für einen Stator einer elektrischen Maschine beschrieben. Der Statorring kann als ein Spritzgussteil, insbesondere aus einem Kunststoff, ausgebildet sein, was eine effiziente und flexible Herstellung des Statorrings ermöglicht. In einem bevorzugten Beispiel ist der Statorring als elektromagnetisch wirksames Statorblech ausgebildet (mit Statorjoch und Statorzähnen), wodurch die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine erhöht wird. Der Statorring kann ausgebildet sein, zwischen zwei Stator-Hälften des Stators angeordnet zu werden.According to a further aspect, a stator ring for a stator of an electrical machine is described. The stator ring can be designed as an injection molded part, in particular made of a plastic, which enables efficient and flexible production of the stator ring. In a preferred example, the stator ring is designed as an electromagnetically effective stator sheet (with stator yoke and stator teeth), which increases the performance of the electrical machine. The stator ring can be designed to be arranged between two stator halves of the stator.

Der Statorring ist ausgebildet, an einer Stirnfläche des Statorkörpers des Stators (insbesondere einer Stator-Hälfte) anzuliegen. Des Weiteren umfasst der Statorring zumindest einen Kühlmittelkanal. Der zumindest eine Kühlmittelkanal weist einen in radialer Richtung des Stators verlaufenden Abschnitt auf, über den Kühlmittel von einer äußeren Mantelfläche des Stators her in den Kühlmittelkanal eingeleitet werden kann.The stator ring is designed to rest on an end face of the stator body of the stator (in particular a stator half). Furthermore, the stator ring includes at least one coolant channel. The at least one coolant channel has a section running in the radial direction of the stator, via which coolant can be introduced into the coolant channel from an outer lateral surface of the stator.

Der zumindest eine Kühlmittelkanal ist ferner ausgebildet, Kühlmittel, das in den in radialer Richtung verlaufenden Abschnitt eingeleitet wurde, zu einer in axialer Richtung des Stators verlaufenden Statornut des Stators zu leiten. Der zumindest eine Kühlmittelkanal des Statorrings kann insbesondere ausgebildet sein, Kühlmittel, das in den in radialer Richtung verlaufenden Abschnitt eingeleitet wurde, zu einem axialen Kühlmittelkanal zu leiten, der innerhalb der Statornut des Stators, insbesondere innerhalb einer in der Statornut angeordneten Nutisolation, in axialer Richtung von der Stirnfläche des Statorkörpers des Stators (insbesondere der Stator-Hälfte), an der der Statorring anliegt, bis zu der gegenüberliegenden Stirnfläche des Stators (insbesondere der Stator-Hälfte) verläuft.The at least one coolant channel is further designed to direct coolant that was introduced into the section running in the radial direction to a stator groove of the stator running in the axial direction of the stator. The at least one coolant channel of the stator ring can in particular be designed to direct coolant that was introduced into the section running in the radial direction to an axial coolant channel which is located within the stator slot of the stator, in particular within a slot insulation arranged in the stator slot, in the axial direction from the end face of the stator body of the stator ( in particular the stator half), on which the stator ring rests, extends to the opposite end face of the stator (in particular the stator half).

Der Statorring ist bevorzugt ausgebildet (durch die Bereitstellung von entsprechenden Kühlmittelkanälen), Kühlmittel in alle Statornuten, insbesondere in alle axialen Kühlmittelkanäle innerhalb der Statornuten, zu leiten. So kann eine besonders effiziente und zuverlässige Kühlung der Statorwicklungen innerhalb der Statornuten bewirkt werden.The stator ring is preferably designed (by providing corresponding coolant channels) to direct coolant into all stator slots, in particular into all axial coolant channels within the stator slots. In this way, particularly efficient and reliable cooling of the stator windings within the stator slots can be achieved.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine Synchronmaschine, beschrieben. Der Stator umfasst einen Statorkörper mit einer Vielzahl von Statorzähnen und mit einer entsprechenden Vielzahl von Statornuten. Die Statornuten verlaufen jeweils in axialer Richtung des Stators. Der Stator weist Statorwicklungen auf, die in der Vielzahl von Statornuten angeordnet sind.According to a further aspect, a stator for an electrical machine, in particular for a synchronous machine, is described. The stator includes a stator body with a plurality of stator teeth and a corresponding plurality of stator slots. The stator slots each run in the axial direction of the stator. The stator has stator windings arranged in the plurality of stator slots.

Des Weiteren ist der Stator ausgebildet, Kühlmittel zur Kühlung der Statorwicklungen (direkt) durch die Vielzahl von Statornuten zu leiten. Der Stator ist somit ausgebildet, die Statornuten als Kühlmittelkanäle zu nutzen. Als Folge daraus kann das Kühlmittel in unmittelbarer Nähe zu den Statorwicklungen an den Statorwicklungen entlanggeführt werden, wodurch eine besonders effiziente und zuverlässige Kühlung der Statorwicklungen ermöglicht wird.Furthermore, the stator is designed to conduct coolant (directly) through the plurality of stator slots for cooling the stator windings. The stator is thus designed to use the stator slots as coolant channels. As a result, the coolant can be guided along the stator windings in the immediate vicinity of the stator windings, thereby enabling particularly efficient and reliable cooling of the stator windings.

Der Stator, insbesondere der Statorkörper, kann zwei (identisch aufgebaute) Stator-Hälften umfassen, die jeweils eine innere Stirnfläche aufweisen, die einander zugewandt sind. Der Stator kann an den inneren Stirnflächen der Stator-Hälften zumindest einen Statorring aufweisen (z.B. als Teil des in diesem Dokument beschriebenen Bauteils und/oder als Sonder-Statorblech), der ausgebildet ist, Kühlmittel von der äußeren Mantelfläche des Stators, insbesondere von der äußeren Mantelfläche des Statorkörpers, her in die Vielzahl von Statornuten zu leiten. Der Statorring kann wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet sein. Durch die Bereitstellung eines Statorrings kann das Kühlmittel in besonders effizienter und zuverlässiger Weise zu den einzelnen Statornuten geführt werden.The stator, in particular the stator body, can comprise two (identically constructed) stator halves, each of which has an inner end face that faces one another. The stator can have at least one stator ring on the inner end faces of the stator halves (e.g. as part of the component described in this document and/or as a special stator plate), which is designed to receive coolant from the outer surface of the stator, in particular from the outer one Outer surface of the stator body, into the multitude of stator slots. The stator ring can be designed as described in this document. By providing a stator ring, the coolant can be guided to the individual stator slots in a particularly efficient and reliable manner.

Der Stator kann zumindest eines der in diesem Dokument beschriebenen Bauteile umfassen. Insbesondere kann der Stator für beide Stator-Hälften jeweils eines der in diesem Dokument beschriebenen Bauteile aufweisen. So kann eine besonders zuverlässige Kühlmittelführung innerhalb der einzelnen Statornuten bewirkt werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Kühlung der Statorwicklungen weiter erhöht werden kann.The stator can include at least one of the components described in this document. In particular, the stator can have one of the components described in this document for both stator halves. In this way, particularly reliable coolant guidance can be achieved within the individual stator slots, whereby the reliability of the cooling of the stator windings can be further increased.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine mit einem Rotor und mit einem Stator beschrieben, wobei der Stator wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet ist.According to a further aspect, an electrical machine with a rotor and a stator is described, the stator being designed as described in this document.

Die elektrische Maschine kann ausgebildet sein, Kühlmittel (insbesondere Öl), ausgehend von der äußeren Mantelfläche des Stators, insbesondere ausgehend von der äußeren Mantelfläche des Statorkörpers, her in die Vielzahl von Statornuten des Stators zu leiten. Die Einleitung des Kühlmittels kann dabei an einer in axialer Richtung mittig angeordneten Stelle zwischen zwei Stator-Hälften des Stators erfolgen. Die elektrische Maschine kann ferner ausgebildet sein, an einer Stirnfläche des Stators Kühlmittel aus der Vielzahl von Statornuten herauszuleiten (und ggf. zu einem Auffangbehälter zu leiten). Das Kühlmittel am Ausgang der Vielzahl von Statornuten kann dazu verwendet werden, den Wickelkopf an der Stirnfläche des Stators zu kühlen.The electrical machine can be designed to direct coolant (in particular oil) into the plurality of stator slots of the stator, starting from the outer lateral surface of the stator, in particular starting from the outer lateral surface of the stator body. The coolant can be introduced at a point centrally located in the axial direction between two stator halves of the stator. The electrical machine can further be designed to conduct coolant out of the plurality of stator slots on an end face of the stator (and if necessary to conduct it to a collecting container). The coolant at the exit of the plurality of stator slots can be used to cool the winding head on the end face of the stator.

Es kann somit ein Kühlmittel-Kreislauf für eine effiziente und zuverlässige Kühlung der Statorwicklungen in den Statornuten des Stators bereitgestellt werden.A coolant circuit can thus be provided for efficient and reliable cooling of the stator windings in the stator slots of the stator.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene elektrische Maschine umfasst.According to a further aspect, a (road) motor vehicle (in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle) is described which includes the electric machine described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Kühlung einer Statorwicklung beschrieben, die in einer Statornut eines Stators einer elektrischen Maschine angeordnet ist. Das Verfahren kann insbesondere darauf ausgelegt sein, die in den Statornuten des Stators angeordneten Statorwicklungen zu kühlen. Zu diesem Zweck kann das Verfahren für alle Statornuten des Stators entsprechend ausgeführt werden.According to a further aspect, a method for cooling a stator winding, which is arranged in a stator slot of a stator of an electrical machine, is described. The method can be designed in particular to cool the stator windings arranged in the stator slots of the stator. For this purpose, the method can be carried out accordingly for all stator slots of the stator.

Das Verfahren umfasst das Einleiten von Kühlmittel in eine Statornut des Stators (z.B. anhand des in diesem Dokument beschriebenen Statorrings). Des Weiteren umfasst das Verfahren das Führen des Kühlmittels in axialer Richtung des Stators innerhalb der Statornut (z.B. anhand der in diesem Dokument beschriebenen Nutisolation), insbesondere derart, dass in der Statornut geführtes Kühlmittel die in der Statornut angeordnete Statorwicklung direkt berührt.The method includes introducing coolant into a stator slot of the stator (e.g. using the stator ring described in this document). Furthermore, the method includes guiding the coolant in the axial direction of the stator within the stator slot (e.g. based on the slot insulation described in this document), in particular such that coolant guided in the stator slot directly touches the stator winding arranged in the stator slot.

Das Verfahren kann ferner das Auffangen des durch die Statornut geführten Kühlmittels umfassen.The method may further include collecting the coolant passed through the stator slot.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.It should be noted that the methods, devices and systems described in this document can be used both alone and in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any aspects of the methods, devices and systems described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in a variety of ways. Furthermore, features listed in brackets are to be understood as optional features.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1a eine beispielhafte elektrische Maschine;
1b einen beispielhaften Wickelkopf an einer Stirnfläche eines Stators;
2a einen beispielhaften Querschnitt durch einen Stator;
2b einen Querschnitt durch eine beispielhafte Statornut;
3a eine isometrische Ansicht auf eine innere Stirnfläche einer Stator-Hälfte;
3b eine isometrische Ansicht auf einen Statorring an der inneren Stirnfläche einer Stator-Hälfte;
4a einen Querschnitt einer beispielhaften Statornut;
4b einen Querschnitt eine beispielhaften Nutisolation;
5 ein Bauteil mit einer Vielzahl von Nutisolationen; und
6 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Kühlung einer Statorwicklung.

The invention is further described in more detail using exemplary embodiments. Show it

1a an exemplary electric machine;
1b an exemplary winding head on an end face of a stator;
2a an exemplary cross section through a stator;
2 B a cross section through an exemplary stator slot;
3a an isometric view of an inner end face of a stator half;
3b an isometric view of a stator ring on the inner end face of a stator half;
4a a cross section of an exemplary stator slot;
4b a cross section of an exemplary slot insulation;
5 a component with a large number of slot insulations; and
6 a flowchart of an exemplary method for cooling a stator winding.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Erhöhung der Effizienz der Kühlung der Statorwicklungen eines Stators einer elektrischen Maschine. In diesem Zusammenhang zeigt 1a eine beispielhafte elektrische Maschine 100 in einer Ansicht senkrecht auf die Welle 101 der elektrischen Maschine 100. Die Welle 101 der elektrischen Maschine 100 kann der Längsachse des Stators 110 und/oder der Rotationsachse des Rotors 120 der elektrischen Maschine 100 entsprechen. Die Welle 101 verläuft entlang der z-Achse des dargestellten kartesischen Koordinatensystems.As stated at the beginning, the present document is concerned with increasing the efficiency of cooling the stator windings of a stator of an electrical machine. In this context shows 1a an exemplary electrical machine 100 in a view perpendicular to the shaft 101 of the electrical machine 100. The shaft 101 of the electrical machine 100 can correspond to the longitudinal axis of the stator 110 and/or the axis of rotation of the rotor 120 of the electrical machine 100. The shaft 101 runs along the z-axis of the Cartesian coordinate system shown.

Die elektrische Maschine 100 umfasst einen Stator 110 mit mehreren Statorwicklungen 111, die an unterschiedlichen Winkelpositionen um die Rotationsachse des Rotors 120 herum angeordnet sind, und die eingerichtet sind, ein elektromagnetisches Drehfeld zu erzeugen. Der Stator 110 ist von einem Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 umgeben. Die einzelnen Statorwicklungen 111 können jeweils in einer Statornut zwischen zwei direkt benachbarten Statorzähnen 113 des Stators 110 angeordnet sein. Zwischen dem Stator 110 und dem Rotor 120 ist ein Luftspalt 102 angeordnet.The electrical machine 100 includes a stator 110 with a plurality of stator windings 111, which are arranged at different angular positions around the axis of rotation of the rotor 120, and which are set up to generate a rotating electromagnetic field. The stator 110 is surrounded by a housing 135 of the electrical machine 100. The individual stator windings 111 can each be arranged in a stator slot between two directly adjacent stator teeth 113 of the stator 110. An air gap 102 is arranged between the stator 110 and the rotor 120.

Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine 100 den Rotor 120, der durch das von dem Stator 110 bewirkte Drehfeld angetrieben wird. Der Rotor 120 ist fest mit der von der elektrischen Maschine 100 angetriebenen Welle 101 verbunden (die mit der Rotorachse des Rotors 120 verbunden sein kann oder die der Rotorachse des Rotors 120 entspricht). Der Rotor 120 umfasst einen Rotorkörper 122.Furthermore, the electric machine 100 includes the rotor 120, which is driven by the rotating field caused by the stator 110. The rotor 120 is firmly connected to the shaft 101 driven by the electric machine 100 (which may be connected to the rotor axis of the rotor 120 or which corresponds to the rotor axis of the rotor 120). The rotor 120 includes a rotor body 122.

Der Rotor 120 einer elektrischen Maschine 100 kann als Rotorkörper 122 ein Eisenblechpaket (z.B. zusammengesetzt aus gegenseitig isolierten Blechen) aufweisen. In entsprechender Weise kann auch der Statorkörper des Stators 110 aus einzelnen (gegenseitig isolierten) Statorblechen (z.B. Eisenblechen) zusammengesetzt sein.The rotor 120 of an electrical machine 100 can have an iron sheet core (e.g. composed of mutually insulated sheets) as the rotor body 122. In a corresponding manner, the stator body of the stator 110 can also be composed of individual (mutually insulated) stator sheets (e.g. iron sheets).

Ein Stator 110 erstreckt sich entlang der Rotationsachse bzw. der Längsachse des Rotors 120 von einer ersten Stirnfläche bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche. Dabei weist der Stator 110 unterschiedliche magnetische Statorzähne 113 auf, die an verschiedenen Winkelpositionen (gleichmäßig verteilt) um die Rotationsachse des Rotors 120 angeordnet sind. Um die einzelnen Statorzähne 113 kann jeweils eine Spule (d.h. jeweils ein oder mehrere Windungen bzw. Wicklungen 111) angeordnet sein, durch die ein Magnetfeld erzeugt wird. Die einzelnen Statorzähne 113 können somit magnetische Pole des Stators 110 bilden. Die Windungen bzw. Wicklungen 111 bilden an den Stirnflächen des Stators 110 jeweils einen Wickelkopf.A stator 110 extends along the axis of rotation or the longitudinal axis of the rotor 120 from a first end face to an opposite second end face. The stator 110 has different magnetic stator teeth 113, which are arranged at different angular positions (evenly distributed) around the axis of rotation of the rotor 120. A coil (i.e. one or more turns or windings 111) can be arranged around the individual stator teeth 113, through which a magnetic field is generated. The individual stator teeth 113 can thus form magnetic poles of the stator 110. The turns or windings 111 each form a winding head on the end faces of the stator 110.

Zwischen zwei direkt benachbarten Statorzähnen 113 der Stators 110 wird jeweils eine Statornut gebildet, in denen die Windungen 111 angeordnet sind. Eine Statornut erstreckt sich entlang der Längsachse (d.h. entlang der z-Achse) von der ersten Stirnfläche bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche des Stators 110. Die in einer Statornut angeordneten Windungen 111 können anhand einer Nutisolation elektrisch gegenüber dem (elektrisch leitenden) Statorkörper isoliert sein.A stator groove is formed between two directly adjacent stator teeth 113 of the stator 110, in which the windings 111 are arranged. A stator slot extends along the longitudinal axis (i.e. along the z-axis) from the first end face to the opposite second end face of the stator 110. The windings 111 arranged in a stator slot can be electrically insulated from the (electrically conductive) stator body using slot insulation .

1b veranschaulicht den durch die Statorwicklungen 111 gebildeten Wickelkopf 115 an einer Stirnfläche 116 des Stators 110. Der Wickelkopf 115 wird typischerweise mit einem (flüssigen) Kühlmittel 130 gekühlt. Das Kühlmittel 130 kann z.B. mit ein oder mehreren Düsen (nicht dargestellt) auf den Wickelkopf 115 gesprüht werden. Bei dem in diesem Dokument beschriebenen Stator 110 kann das Kühlmittel 130 zur Kühlung des Wickelkopfes 115 in effizienter Weise aus den Statornuten des Stators 110 bezogen werden. 1b illustrates the winding head 115 formed by the stator windings 111 on one End face 116 of the stator 110. The winding head 115 is typically cooled with a (liquid) coolant 130. The coolant 130 can, for example, be sprayed onto the winding head 115 using one or more nozzles (not shown). In the case of the stator 110 described in this document, the coolant 130 for cooling the winding overhang 115 can be obtained efficiently from the stator slots of the stator 110.

2a zeigt einen Ausschnitt des Luftspalts 102 und des daran angrenzenden Rotors 120 und Stators 110. Insbesondere zeigt 2a drei Statornuten 202, die jeweils zwischen zwei direkt benachbarten Statorzähnen 113 angeordnet sind. In den Statornuten 202 sind jeweils Statorwicklungen 111 angeordnet, die jeweils von einer (prismaförmigen) Nutisolation 201 umgeben werden. Wie bereits dargelegt, erstrecken sich die einzelnen Statornuten 202, die einzelnen Statorwicklungen 111 und die einzelnen Nutisolationen 201 jeweils von einer ersten Stirnfläche 116 bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 116 des Stators 110 entlang der Längsachse, d.h. entlang der z-Achse. 2a shows a section of the air gap 102 and the adjacent rotor 120 and stator 110. In particular shows 2a three stator slots 202, each of which is arranged between two directly adjacent stator teeth 113. Stator windings 111 are arranged in the stator slots 202, each of which is surrounded by a (prism-shaped) slot insulation 201. As already explained, the individual stator slots 202, the individual stator windings 111 and the individual slot insulations 201 each extend from a first end face 116 to the opposite second end face 116 of the stator 110 along the longitudinal axis, ie along the z-axis.

Die einzelnen Statorzähne 113 können an dem, dem Luftspalt 102 zugewandten, Ende jeweils einen Statorschuh 203 aufweisen, der sich entlang des Luftspalts 102 in tangentialer Richtung erstreckt. Durch die Statorschuhe 203 von zwei direkt benachbarten Statorzähnen 113 wird eine Wand der dazwischenliegenden Statornut 202 gebildet (wobei die Wand zwischen der Statornut 202 und dem Luftspalt 102 verläuft). Die Statorschuhe 203 der zwei direkt benachbarten Statorzähne 113 berühren sich jedoch typischerweise nicht, sodass die Statornut 202 zum Luftspalt 102 hin einen Spalt 204 aufweist, der sich entlang der Längsachse von der ersten Stirnfläche 116 bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 116 des Stators 110 erstreckt. 2a zeigt eine mit „B“ markierte Statornut 202, wobei die Statornut 202 in 2b in vergrößerter Form dargestellt ist.The individual stator teeth 113 can each have a stator shoe 203 at the end facing the air gap 102, which extends along the air gap 102 in a tangential direction. A wall of the intermediate stator slot 202 is formed by the stator shoes 203 of two directly adjacent stator teeth 113 (the wall running between the stator slot 202 and the air gap 102). However, the stator shoes 203 of the two directly adjacent stator teeth 113 typically do not touch each other, so that the stator groove 202 has a gap 204 towards the air gap 102, which extends along the longitudinal axis from the first end face 116 to the opposite second end face 116 of the stator 110. 2a shows a stator slot 202 marked “B”, the stator slot 202 in 2 B is shown in enlarged form.

Der Stator 110, insbesondere der Statorkörper, kann in dem Statorjoch und/oder in den einzelnen Statorzähnen hohle Kühlmittelkanäle (nicht dargestellt) aufweisen, die jeweils in axialer Richtung verlaufen. Durch die einzelnen Kühlmittelkanäle kann jeweils Kühlmittel 130 geleitet werden, um die Statorwicklungen 111 zu kühlen. Dabei ist der Abstand zwischen den einzelnen Kühlmittelkanälen und den Statorwicklungen 111 relativ groß, sodass die Effektivität der Kühlung beeinträchtigt wird.The stator 110, in particular the stator body, can have hollow coolant channels (not shown) in the stator yoke and/or in the individual stator teeth, each of which runs in the axial direction. Coolant 130 can be passed through the individual coolant channels in order to cool the stator windings 111. The distance between the individual coolant channels and the stator windings 111 is relatively large, so that the effectiveness of the cooling is impaired.

3a und 3b zeigen eine beispielhafte Hälfte eines Stators 110 (insbesondere eines Statorkörpers), der in axialer Richtung (z.B. mittig) in zwei (ggf. gleiche) Teile unterteilt wurde. 3a zeigt eine Ansicht auf eine innere (mittige) Stirnfläche 316 einer Hälfte des Stators 110 und 3b zeigt eine Ansicht auf einen Statorring 300 an der inneren (mittigen) Stirnfläche 316 der Stator-Hälfte. Die innere Stirnfläche 316 einer Stator-Hälfte ist typischerweise der entsprechenden inneren Stirnfläche 316 der zweiten Stator-Hälfte zugewandt, um den gesamten Stator 110, d.h. den gesamten Statorkörper, bereitzustellen. 3a and 3b show an exemplary half of a stator 110 (in particular a stator body), which has been divided into two (possibly equal) parts in the axial direction (eg in the middle). 3a shows a view of an inner (central) end face 316 of one half of the stator 110 and 3b shows a view of a stator ring 300 on the inner (central) end face 316 of the stator half. The inner end surface 316 of one stator half typically faces the corresponding inner end surface 316 of the second stator half to provide the entire stator 110, ie, the entire stator body.

Als „innere“ Stirnfläche 316 kann die Stirnfläche einer Stator-Hälfte bezeichnet werden, die der anderen Stator-Hälfte, insbesondere der „inneren“ Stirnfläche der anderen Stator-Hälfte, zugewandt ist. Als „äußere“ Stirnfläche 116 kann die Stirnfläche einer Stator-Hälfte bezeichnet werden, die von der anderen Stator-Hälfte abgewandt ist.The “inner” end face 316 can be referred to as the end face of a stator half that faces the other stator half, in particular the “inner” end face of the other stator half. The end face of a stator half that faces away from the other stator half can be referred to as the “outer” end face 116.

An der inneren Stirnfläche 316 kann ein Statorring, z.B. ein Sonder-Statorblech, 300 angeordnet sein, der es ermöglicht, Kühlmittel 130 in radialer Richtung von außerhalb des Stators 110 in die einzelnen Statornuten 202 zu leiten. Der Statorring 300 kann zwischen den inneren Stirnflächen 316 der beiden Stator-Hälften angeordnet sein. Das Kühlmittel 130 kann dann in axialer Richtung entlang der einzelnen Statornuten 202 fließen, um die in den einzelnen Statornuten 202 angeordneten Statorwindungen 111 in effizienter und zuverlässiger Weise zu kühlen.A stator ring, e.g. a special stator plate, 300 can be arranged on the inner end face 316, which makes it possible to direct coolant 130 in the radial direction from outside the stator 110 into the individual stator slots 202. The stator ring 300 can be arranged between the inner end faces 316 of the two stator halves. The coolant 130 can then flow in the axial direction along the individual stator slots 202 to efficiently and reliably cool the stator windings 111 arranged in the individual stator slots 202.

4a und 4b zeigen eine beispielhafte Nutisolation 201 für eine Statornut 202. Dabei zeigen die 4a und 4b jeweils eine Querschnitt-Ansicht auf ein Statorblech 400 des Statorkörpers. Die Nutisolation 201 kann z.B. ein Spritzgussteil aus einem elektrisch isolierenden Material (z.B. aus Kunststoff) sein. 4a and 4b show an exemplary slot insulation 201 for a stator slot 202. The 4a and 4b each a cross-sectional view of a stator plate 400 of the stator body. The slot insulation 201 can be, for example, an injection molded part made of an electrically insulating material (eg plastic).

Die Nutisolation 201 kann ausgebildet sein, sich (umlaufend) an die Innenwände 402 einer Statornut 202 zu legen. In dem von der Nutisolation 201 umschlossenen Raum können Statorwicklungen 111 angeordnet werden. Die Nutisolation 201 kann somit die Statorwicklungen 111 von den Innenwänden 402 einer Statornut 202 elektrisch isolieren.The slot insulation 201 can be designed to lie (all around) on the inner walls 402 of a stator slot 202. Stator windings 111 can be arranged in the space enclosed by the slot insulation 201. The slot insulation 201 can thus electrically isolate the stator windings 111 from the inner walls 402 of a stator slot 202.

Ferner kann die Nutisolation 201 ausgebildet sein, ein oder mehrere axial verlaufende Kühlmittelkanäle 401 zu bilden. Ein Kühlmittelkanal 401 kann dabei als Hohlraum zwischen einer Seitenwand 403 der Nutisolation 201 und einer, direkt angrenzenden, Statorwicklung 111 ausgebildet sein. Die in 4b dargestellte Nutisolation 201 weist acht einzelne Kühlmittelkanäle 401 auf, wobei die einzelnen Kühlmittelkanäle 401 in axialer Richtung von der inneren Stirnfläche 316 bis zu der äußeren Stirnfläche 116 einer Stator-Hälfte des Stators 110 verlaufen.Furthermore, the groove insulation 201 can be designed to form one or more axially extending coolant channels 401. A coolant channel 401 can be designed as a cavity between a side wall 403 of the slot insulation 201 and a directly adjacent stator winding 111. In the 4b Slot insulation 201 shown has eight individual coolant channels 401, the individual coolant channels 401 running in the axial direction from the inner end face 316 to the outer end face 116 of a stator half of the stator 110.

Die Wände der einzelnen axialen Kühlmittelkanäle 401 werden jeweils durch eine Seitenwand 403 der Nutisolation 201 und durch die Oberfläche von zumindest einer Statorwicklung 111 gebildet. Als Folge daraus steht Kühlmittel 130, das durch die einzelnen Kühlmittelkanäle 401 fließt, in direktem Kontakt mit ein oder mehreren Statorwicklungen 111, was eine besonders effiziente und zuverlässige Kühlung der einzelnen Statorwicklungen 111 innerhalb einer Statornut 202 ermöglicht.The walls of the individual axial coolant channels 401 are each formed by a side wall 403 of the slot insulation 201 and by the surface of at least one stator winding 111. As a result, there is coolant 130 that comes through the individual coolant channels 401 flows in direct contact with one or more stator windings 111, which enables particularly efficient and reliable cooling of the individual stator windings 111 within a stator slot 202.

Die Nutisolation 201 ist bevorzugt derart ausgebildet ist, dass die Nutisolation 201 für jede umschlossene Statorwicklung 111 zumindest einen Kühlmittelkanal 401 aufweist, der einen direkten Kontakt von Kühlmittel 130 mit der jeweiligen Statorwicklung 111 ermöglicht. So kann eine besonders effiziente und zuverlässige Kühlung der Statorwicklungen 111 bewirkt werden.The slot insulation 201 is preferably designed such that the slot insulation 201 has at least one coolant channel 401 for each enclosed stator winding 111, which enables direct contact of coolant 130 with the respective stator winding 111. In this way, particularly efficient and reliable cooling of the stator windings 111 can be achieved.

5 zeigt ein beispielhaftes Bauteil 500, das einen (schematisch dargestellten) Statorring 300 umfasst, der an die innere Stirnfläche 316 einer Stator-Hälfte angeordnet werden kann. Der Statorring 300 kann wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet sein. Alternativ kann der Ring des Bauteils als (reines) Stützelement ausgebildet sein. Ggf. kann das Bauteil 500 auch gar keinen Ring 300 (und nur die einzelnen Nutisolationen 201) aufweisen. 5 shows an exemplary component 500, which includes a (schematically shown) stator ring 300, which can be arranged on the inner end face 316 of a stator half. The stator ring 300 can be formed as described in this document. Alternatively, the ring of the component can be designed as a (pure) support element. If necessary, the component 500 may not have a ring 300 at all (and only the individual slot insulations 201).

An dem Statorring 300 ist eine Vielzahl von Nutisolationen 201 für die entsprechende Vielzahl von Statornuten 202 der Stator-Hälfte angeordnet, insbesondere befestigt. An dem Statorring 300 können ein oder mehrere Öffnungen angeordnet sein, die es ermöglichen, Kühlmittel 130 zunächst in radialer Richtung in den Statorring 300 und von dort zu den axialen Kühlmittelkanälen 401 in den Statornuten 202 zu leiten.A plurality of slot insulations 201 for the corresponding plurality of stator slots 202 of the stator half are arranged, in particular fastened, on the stator ring 300. One or more openings can be arranged on the stator ring 300, which make it possible to direct coolant 130 initially in the radial direction into the stator ring 300 and from there to the axial coolant channels 401 in the stator slots 202.

Es wird somit ein Stator 110, insbesondere ein Statorkörper, beschrieben, bei dem das Kühlmittel 130 direkt in den einzelnen Statornuten 202 (und somit in unmittelbarer Nähe und ggf. in Kontakt mit den Statorwicklungen 111) geführt wird (innerhalb des Hoch-Volt Isolationssystems). So kann ein besonders niedriger thermischer Widerstand zwischen den Statorwicklungen 111 (aus Kupfer) und dem Kühlmittel 130 ermöglicht werden. Der bereits vorhandene Freiraum in den einzelnen Statornuten 202 kann somit als Kühlmittelkanal verwendet werden. So kann eine elektrische Maschine 100 mit einer besonders hohen Leistung bereitgestellt werden.A stator 110, in particular a stator body, is thus described, in which the coolant 130 is guided directly into the individual stator slots 202 (and thus in the immediate vicinity and possibly in contact with the stator windings 111) (within the high-voltage insulation system). . This allows a particularly low thermal resistance between the stator windings 111 (made of copper) and the coolant 130. The existing free space in the individual stator slots 202 can therefore be used as a coolant channel. An electrical machine 100 with a particularly high performance can thus be provided.

6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zur Kühlung einer Statorwicklung 111, die in einer Statornut 202 eines Stators 110 einer elektrischen Maschine 100 angeordnet ist. Das Verfahren 600 kann unter Verwendung des in diesem Dokument beschriebenen Bauteils 500 und/oder des in diesem Dokument beschriebenen Statorrings 300 ausgeführt werden. 6 shows a flowchart of an exemplary method 600 for cooling a stator winding 111, which is arranged in a stator slot 202 of a stator 110 of an electrical machine 100. The method 600 can be carried out using the component 500 described in this document and/or the stator ring 300 described in this document.

Das Verfahren 600 umfasst das Einleiten 601 von Kühlmittel 130 in die Statornut 202 des Stators 110. Das Einleiten 601 kann durch den in diesem Dokument beschriebenen Statorring 300 und/oder durch das in diesem Dokument beschriebene Bauteil 500 bewirkt werden. Das Einleiten 601 kann z.B. zwischen zwei Hälften des Stators 110, insbesondere zwischen zwei Hälften des Statorkörpers, bewirkt werden.The method 600 includes introducing 601 of coolant 130 into the stator slot 202 of the stator 110. The introduction 601 can be effected by the stator ring 300 described in this document and/or by the component 500 described in this document. The initiation 601 can be effected, for example, between two halves of the stator 110, in particular between two halves of the stator body.

Das Verfahren 600 umfasst ferner das Führen 602 des Kühlmittels 130 in axialer Richtung des Stators 110 innerhalb der Statornut 202. Das Kühlmittel 130 kann insbesondere derart geführt werden, dass in der Statornut 202 geführtes Kühlmittel 130 die in der Statornut 202 angeordnete Statorwicklung 111 direkt berührt. So kann eine besonders effiziente und zuverlässige Kühlung bewirkt werden.The method 600 further includes guiding 602 the coolant 130 in the axial direction of the stator 110 within the stator slot 202. The coolant 130 can in particular be guided in such a way that coolant 130 guided in the stator slot 202 directly touches the stator winding 111 arranged in the stator slot 202. In this way, particularly efficient and reliable cooling can be achieved.

Das Verfahren 600 kann ferner das Auffangen 603 des durch die Statornut 202 geführten Kühlmittels 130 umfassen. Dabei kann das Kühlmittel 130 an einer Stirnfläche 116 des Stators 110 aufgefangen werden. Das Kühlmittel 130 kann dann regeneriert (insbesondere gekühlt) werden, und kann wiederum dem Stator 110 zugeführt werden. Es kann somit ein Kühlmittelkreislauf bereitgestellt werden.The method 600 may further include collecting 603 the coolant 130 guided through the stator slot 202. The coolant 130 can be collected on an end face 116 of the stator 110. The coolant 130 can then be regenerated (in particular cooled) and can in turn be supplied to the stator 110. A coolant circuit can thus be provided.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not limited to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed methods, devices and systems by way of example.

Claims

Bauteil (500) zur elektrischen Isolierung von zumindest einer Statornut (202) eines Stators (110); wobei - das Bauteil (500) eine Nutisolation (201) für die Statornut (202) umfasst; - die Nutisolation (201) Seitenwände (403) aufweist, die ausgebildet sind, entsprechende Innenwände (402) der Statornut (202) zu bedecken; - sich die Seitenwände (403) der Nutisolation (201) jeweils in axialer Richtung des Stators (110) erstrecken; und - zumindest eine Seitenwand (403) der Nutisolation (201) zumindest einen Teil von zumindest einem in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal (401) zur Aufnahme von Kühlmittel (130) für eine Kühlung von ein oder mehreren Statorwicklungen (111) bildet, die von der Nutisolation (201) umschlossen werden.Component (500) for electrically insulating at least one stator slot (202) of a stator (110); where - the component (500) comprises a slot insulation (201) for the stator slot (202); - the slot insulation (201) has side walls (403) which are designed to cover corresponding inner walls (402) of the stator slot (202); - the side walls (403) of the slot insulation (201) each extend in the axial direction of the stator (110); and - at least one side wall (403) of the slot insulation (201) forms at least part of at least one coolant channel (401) running in the axial direction for receiving coolant (130) for cooling one or more stator windings (111) which are provided by the slot insulation (201) can be enclosed.

Bauteil (500) gemäß Anspruch 1, wobei die Nutisolation (201) zumindest einen in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal (401) aufweist, der vollständig in die Seitenwand (403) der Nutisolation (201) eingebettet ist.Component (500) according to Claim 1 , wherein the slot insulation (201) has at least one coolant channel (401) running in the axial direction, which is completely embedded in the side wall (403) of the slot insulation (201).

Bauteil (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Seitenwand (403) der Nutisolation (201) ausgebildet ist, zusammen mit zumindest einer Statorwicklung (111) zumindest einen in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal (401) zu bilden; und/oder - die Seitenwand (403) der Nutisolation (201) einen Teil eines Umfangs von zumindest einem in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal (401) bildet, sodass der Umfang durch zumindest eine Statorwicklung (111) vervollständigt wird, wenn die Nutisolation (201) in der Statornut (202) angeordnet ist.Component (500) according to one of the preceding claims, wherein - the side wall (403) of the slot insulation (201) is designed, together with at least one stator winding (111), to form at least one coolant channel (401) running in the axial direction; and or - the side wall (403) of the slot insulation (201) forms part of a circumference of at least one coolant channel (401) running in the axial direction, so that the circumference is completed by at least one stator winding (111) when the slot insulation (201) is in the stator slot (202) is arranged.

Bauteil (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine in axialer Richtung verlaufende Kühlmittelkanal (401) derart ausgebildet ist, dass zumindest eine in der Statornut (202) angeordnete Statorwicklung (111) direkt mit Kühlmittel (130) in Kontakt steht, welches innerhalb des zumindest einen Kühlmittelkanals (401) geführt wird.Component (500) according to one of the preceding claims, wherein the at least one coolant channel (401) running in the axial direction is designed such that at least one stator winding (111) arranged in the stator groove (202) is in direct contact with coolant (130), which is guided within the at least one coolant channel (401).

Bauteil (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Bauteil (500) einen Statorring (300) umfasst, der ausgebildet ist, an einer Stirnfläche (316) des Stators (110) anzuliegen; - die Nutisolation (201) an dem Statorring (300) angeordnet, insbesondere befestigt, ist; und - sich die Nutisolation (201) in axialer Richtung von dem Statorring (300) weg erstreckt.Component (500) according to one of the preceding claims, wherein - the component (500) comprises a stator ring (300) which is designed to rest on an end face (316) of the stator (110); - the slot insulation (201) is arranged, in particular fastened, on the stator ring (300); and - The slot insulation (201) extends in the axial direction away from the stator ring (300).

Bauteil (500) gemäß Anspruch 5, wobei der Statorring (300) zumindest einen Kühlmittelkanal umfasst, der - einen in radialer Richtung verlaufenden Abschnitt aufweist, über den Kühlmittel (130) von einer äußeren Mantelfläche des Stators (110) her eingeleitet werden kann; und - der ausgebildet ist, Kühlmittel (130), das in den in radialer Richtung verlaufenden Abschnitt eingeleitet wurde, zu dem in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelkanal (401) zu leiten.Component (500) according to Claim 5 , wherein the stator ring (300) comprises at least one coolant channel, which - has a section running in the radial direction, via which coolant (130) can be introduced from an outer lateral surface of the stator (110); and - which is designed to direct coolant (130), which was introduced into the section running in the radial direction, to the coolant channel (401) running in the axial direction.

Bauteil (500) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei - das Bauteil (500) eine Vielzahl von Nutisolationen (201) für eine entsprechende Vielzahl von Statornuten (202) des Stators (110) umfasst; und - die Vielzahl von Nutisolationen (201) in Umfangsrichtung verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, an dem Statorring (300) angeordnet, insbesondere befestigt, ist.Component (500) according to one of Claims 5 until 6 , wherein - the component (500) comprises a plurality of slot insulations (201) for a corresponding plurality of stator slots (202) of the stator (110); and - the plurality of slot insulations (201) are distributed in the circumferential direction, in particular evenly distributed, and are arranged, in particular fastened, on the stator ring (300).

Bauteil (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (500) derart ausgebildet ist, dass die Nutisolation (201) von einer Stirnfläche (316) des Stators (110) her in die Statornut (202) einschiebbar ist.Component (500) according to one of the preceding claims, wherein the component (500) is designed such that the slot insulation (201) can be inserted into the stator slot (202) from an end face (316) of the stator (110).

Bauteil (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil, insbesondere die Nutisolation (201), als ein Spritzgussteil, insbesondere aus einem Kunststoff, ausgebildet ist.Component (500) according to one of the preceding claims, wherein the component, in particular the slot insulation (201), is designed as an injection molded part, in particular made of a plastic.

Statorring (300) für einen Stator (110) einer elektrischen Maschine (100), wobei - der Statorring (300) ausgebildet ist, an einer Stirnfläche (316) eines Statorkörpers des Stators (110) anzuliegen; und - der Statorring (300) zumindest einen Kühlmittelkanal aufweist, der - einen in radialer Richtung des Stators (110) verlaufenden Abschnitt umfasst, über den Kühlmittel (130) von einer äußeren Mantelfläche des Stators (110) her eingeleitet werden kann; und - der ausgebildet ist, Kühlmittel (130), das in den in radialer Richtung verlaufenden Abschnitt eingeleitet wurde, zu einer in axialer Richtung des Stators (110) verlaufenden Statornut (202) des Stators (110) zu leiten.Stator ring (300) for a stator (110) of an electrical machine (100), wherein - the stator ring (300) is designed to rest on an end face (316) of a stator body of the stator (110); and - The stator ring (300) has at least one coolant channel, which - comprises a section running in the radial direction of the stator (110), via which coolant (130) can be introduced from an outer lateral surface of the stator (110); and - which is designed to direct coolant (130), which was introduced into the section running in the radial direction, to a stator groove (202) of the stator (110) running in the axial direction of the stator (110).

Statorring (300) gemäß Anspruch 10, wobei der zumindest eine Kühlmittelkanal des Statorrings (330) ausgebildet ist, Kühlmittel (130), das in den in radialer Richtung verlaufenden Abschnitt eingeleitet wurde, zu einem axialen Kühlmittelkanal (401) zu leiten, der innerhalb der Statornut (202) des Stators (110), insbesondere innerhalb einer in der Statornut (202) angeordneten Nutisolation (201), in axialer Richtung von der Stirnfläche (316) des Statorkörpers des Stators (110), an der der Statorring (300) anliegt, bis zu einer gegenüberliegenden Stirnfläche (116) des Stators (110) verläuft.Stator ring (300) according to Claim 10 , wherein the at least one coolant channel of the stator ring (330) is designed to direct coolant (130), which was introduced into the section extending in the radial direction, to an axial coolant channel (401) which is located within the stator groove (202) of the stator ( 110), in particular within a slot insulation (201) arranged in the stator slot (202), in the axial direction from the end face (316) of the stator body of the stator (110), on which the stator ring (300) rests, to an opposite end face ( 116) of the stator (110).

Statorring (300) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei - der Statorring (300) als ein Spritzgussteil, insbesondere aus einem Kunststoff, ausgebildet ist; und/oder - der Statorring (300) als elektromagnetisch wirksames Statorblech ausgebildet ist.Stator ring (300) according to one of Claims 10 until 11 , wherein - the stator ring (300) is designed as an injection molded part, in particular made of a plastic; and/or - the stator ring (300) is designed as an electromagnetically effective stator plate.

Stator (110) für eine elektrische Maschine (100); wobei - der Stator (110) eine Vielzahl von Statornuten (202) umfasst, die jeweils in einer axialen Richtung des Stators (110) verlaufen; - der Stator (110) Statorwicklungen (111) in der Vielzahl von Statornuten (202) aufweist; und - der Stator (110) ausgebildet ist, Kühlmittel (130) zur Kühlung der Statorwicklungen (111) durch die Vielzahl von Statornuten (202) zu leiten.Stator (110) for an electrical machine (100); where - the stator (110) comprises a plurality of stator slots (202), each of which extends in an axial direction of the stator (110); - the stator (110) has stator windings (111) in the plurality of stator slots (202); and - The stator (110) is designed to conduct coolant (130) for cooling the stator windings (111) through the plurality of stator slots (202).

Stator (110) gemäß Anspruch 13, wobei - der Stator (110) zwei Stator-Hälften umfasst, die jeweils eine innere Stirnfläche (316) aufweisen, die einander zugewandt sind; - der Stator (110) an den inneren Stirnflächen (316) der Stator-Hälften zumindest einen Statorring (300) aufweist, der ausgebildet ist, Kühlmittel (130) von einer äußeren Mantelfläche des Stators (110) her in die Vielzahl von Statornuten (202) zu leiten; und - der Statorring (300) insbesondere gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 ausgebildet ist.Stator (110) according to Claim 13 , wherein - the stator (110) comprises two stator halves, which each having an inner end face (316) facing each other; - The stator (110) has at least one stator ring (300) on the inner end faces (316) of the stator halves, which is designed to direct coolant (130) from an outer lateral surface of the stator (110) into the plurality of stator slots (202 ) to direct; and - the stator ring (300) in particular according to one of Claims 10 until 12 is trained.

Stator (110) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei der Stator (110) zumindest ein Bauteil (500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.Stator (110) according to one of Claims 13 until 14 , wherein the stator (110) has at least one component (500) according to one of Claims 1 until 9 includes.

Elektrische Maschine (100), die einen Rotor (120) und einen Stator (110) umfasst, der gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15 ausgebildet ist; wobei die elektrische Maschine (100) ausgebildet ist, - Kühlmittel (130), ausgehend von einer äußeren Mantelfläche des Stators (110) her in eine Vielzahl von Statornuten (202) des Stators (110) zu leiten, insbesondere an einer in axialer Richtung mittig angeordneten Stelle zwischen zwei Stator-Hälften des Stators (110); und - an einer Stirnfläche (116) des Stators (110) Kühlmittel (130) aus der Vielzahl von Statornuten (202) herauszuleiten.Electric machine (100), comprising a rotor (120) and a stator (110), according to one of Claims 13 until 15 is trained; wherein the electrical machine (100) is designed to direct coolant (130), starting from an outer lateral surface of the stator (110), into a plurality of stator slots (202) of the stator (110), in particular at a center in the axial direction arranged point between two stator halves of the stator (110); and - to guide coolant (130) out of the plurality of stator slots (202) on an end face (116) of the stator (110).

Verfahren (600) zur Kühlung einer Statorwicklung (111), die in einer Statornut (202) eines Stators (110) einer elektrischen Maschine (100) angeordnet ist; wobei das Verfahren (600) umfasst, - Einleiten (601) von Kühlmittel (130) in die Statornut (202) des Stators (110); - Führen (602) des Kühlmittels (130) in axialer Richtung des Stators (110) innerhalb der Statornut (202), insbesondere derart, dass in der Statornut (202) geführtes Kühlmittel (130) die in der Statornut (202) angeordnete Statorwicklung (111) direkt berührt; und - Auffangen (603) des durch die Statornut (202) geführten Kühlmittels (130).Method (600) for cooling a stator winding (111) which is arranged in a stator slot (202) of a stator (110) of an electrical machine (100); wherein the method (600) comprises, - Introducing (601) coolant (130) into the stator slot (202) of the stator (110); - Guiding (602) of the coolant (130) in the axial direction of the stator (110) within the stator slot (202), in particular in such a way that coolant (130) guided in the stator slot (202) reaches the stator winding (202) arranged in the stator slot (202). 111) touched directly; and - Collecting (603) the coolant (130) passed through the stator groove (202).