WO2021032240A1

WO2021032240A1 - Stator und elektrische rotationsmaschine

Info

Publication number: WO2021032240A1
Application number: PCT/DE2020/100641
Authority: WO
Inventors: Nicolai Gramann; Patrick Gramann; Christian Nolte
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2021-02-25
Also published as: DE102019122446A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Rotationsmaschine sowie eine elektrische Rotationsmaschine mit dem Stator. Ein Stator (1 ) für eine elektrische Rotationsmaschine (2) umfasst zumindest ein im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweisendes Blechpaket (10), in welchem zumindest ein radial verlaufender Strömungskanal (30) ausgebildet ist zur Zufuhr eines Fluids in den radial inneren Bereich (13) der Hohlzylinderform des Blechpakets (10) zwecks Kühlung und/oder Schmierung des Stators (1 ) an seinem radial inneren Bereich (9). Mit dem erfindungsgemäßen Stator sowie einer damit ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine lässt sich bei konstruktiv einfacher Ausgestaltung eine optimale Kühlwirkung im gesamten Stator gewährleisten.

Description

Stator und elektrische Rotationsmaschine

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Rotationsmaschine sowie eine elektrische Rotationsmaschine mit dem erfindungsgemäßen Stator.

Aus dem Stand der Technik sind diverse elektrische Rotationsmaschinen mit einem Rotor und einem Stator bekannt.

Beim Betrieb der elektrischen Rotationsmaschine entsteht Wärme am bzw. im Rotor und Stator. Zu große Wärme kann dabei zu Leistungsverlusten der elektrischen Rotationsmaschine, z.B. durch Ohmsche Verluste, führen. Die Wärme kann außerdem in der elektrischen Rotationsmaschine verbaute, temperaturempfindliche Komponenten negativ beeinflussen, wie beispielsweise Permanentmagnete in Rotor oder Stator, die bei zu hohen Temperaturen entmagnetisiert werden. Auch ein Aufbau des Stators aus mehreren gestanzten Blechen, die nach bekannten Verfahren durch Backlack miteinander zu Blechpaketen verbunden werden, ist bei zu großer Wärmeentwicklung gefährdet. Der Backlack kann sich bei zu hoher Temperatur auflösen oder weich werden, was die Festigkeit der Blechpakete mindert.

Die Verwendung von temperaturrobusteren Komponenten in der elektrischen Rotationsmaschine ist generell möglich, aber mit entsprechend höheren Fertigungs und Materialkosten und ggf. mit größerem Bauraumbedarf der elektrischen Rotationsmaschine verbunden.

Um derartige Nachteile zu vermeiden, wird gegenwärtig im Stand der Technik eine Kühlung des Rotors und/oder Stators durch ein Fluid bevorzugt. Das Fluid, vorzugsweise ein Kühlöl, wird an Bereichen hoher Wärme vorbeigeführt, nimmt dort einen Teil der Wärme auf und führt diese über Konvektion ab, um eine Kühlung dieser Bereiche zu erzielen.

Realisiert wird dies zum Beispiel derart, dass das Fluid an einer axialen Stirnseite eines Stators in den Stator eingeleitet wird und entlang der Wicklungen in axialer Richtung durch den Stator fließt, um folglich auf der anderen axialen Stirnseite des Stators wieder auszutreten. Problematisch ist dabei jedoch, dass der Stator somit gegebenenfalls ungleichmäßig gekühlt wird. Die kühlende Wirkung des Fluids nimmt mit steigender Temperatur ab, so dass das Fluid im Bereich der axialen Stirnseite, an der es aus dem Stator austritt, eine deutlich schlechtere Kühlwirkung realisiert, als im Bereich der axialen Stirnseite, an der das Kühlfluid in den Stator eintritt.

Fliervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stator sowie eine damit ausgestattete elektrische Rotationsmaschine zur Verfügung zu stellen, die eine optimale Kühlwirkung im gesamten Stator bei konstruktiv einfacher Ausgestaltung gewährleisten.

Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Stator nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Stators sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben. Ergänzend wird eine elektrische Rotationsmaschine, welche den Stator aufweist, gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.

Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.

Die Begriffe „axial“, „radial“ und „Umfangsrichtung“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Rotationsachse der elektrischen Rotationsmaschine.

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Rotationsmaschine, umfassend zumindest ein im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweisendes Blechpaket. Im Blechpaket ist zumindest ein radial verlaufender Strömungskanal ausgebildet zur Zufuhr eines Fluids in den radial inneren Bereich der Hohlzylinderform des Blechpakets zwecks Kühlung und/oder Schmierung des Stators an seinem radial inneren Bereich.

Der radial innere Bereich entspricht dabei insbesondere einer radial inneren Hälfte oder den beiden radial inneren Dritteln des Stators. Ein jeweiliger Strömungskanal ist vorzugsweise axial zentral im Stator angeordnet. Der Stator kann mehrere Blechpakete umfassen, wobei genau ein Blechpaket den zumindest einen Strömungskanal umfassen kann und ein im Wesentlichen axial zentral im Stator angeordnetes Blechpaket sein kann. Damit ist nicht ausgeschlossen, dass auch mehrere Blechpakete als nur ein axial zentral angeordnetes Blechpaket zumindest einen Strömungskanal umfassen.

Der Strömungskanal endet radial außen an der radialen Außenseite des Blechpakets. Das Fluid kann ein Kühl- und/oder Schmiermittel sein, zur Kühlung bzw.

Temperierung des Stators und seiner Wicklungen bzw. auch zur Schmierung von Lagerstellen.

Das Blechpaket ist zusammengesetzt aus mehreren im Wesentlichen gleichen Blechen, die axial nebeneinander angeordnet sind.

Der radial verlaufende Strömungskanal verläuft zumindest mit einer Komponente seiner Längserstreckungsrichtung in Bezug zu einer Symmetrieachse des Stators, die auch der Rotationsachse einer mit dem Stator ausgebildeten elektrischen Rotationsmaschine entspricht, radial.

In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Stator mit elektrischen Leitern gewickelt ist und der Rotor Permanentmagnete aufweist, wobei die Wicklungen der elektrischen Leiter am Stator dabei in Form einer Wellenwicklung realisiert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Stator an seinem radial inneren Bereich wenigstens eine axial verlaufende Nut auf, an der der Strömungskanal endet.

Das bedeutet, dass der Strömungskanal mit der axial verlaufenden Nut strömungstechnisch verbunden ist.

Vorteilhafterweise ist der radial innere Bereich des Blechpakets im Wesentlichen vollständig von axial verlaufenden Nuten abgedeckt, zu denen die Strömungskanäle führen.

Eine derartige Nut ist ausgebildet durch einen Nutgrund, zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegende Nutflanken, die eine offene Seite der Nut seitlich begrenzen. Der Nutgrund entspricht der Seite der Nut, an der die Nut mit dem Strömungskanal verbunden ist. Eine Nutflanke entspricht einer Seite eines zahnförmigen Vorsprungs, der in Umfangsrichtung von zwei Nuten begrenzt ist. Die offene Seite der Nut entspricht der radial inneren Seite des Rotors. Zumindest ein jeweiliger Nutgrund als auch die benachbarten Zähne verlaufen dabei insbesondere über die komplette axiale Länge des betreffenden Blechpakets.

In weiterer vorteilhafter Ausführungsform ist vorgesehen, dass in wenigstens einer Nut und gegebenenfalls in mehreren bzw. allen Nuten jeweils ein Strömungselement angeordnet ist zur Erleichterung einer axialen Strömung des Fluids in der Nut zu wenigstens einer axialen Außenseite des Stators, um derart das Fluid den Wicklungsköpfen zuzuführen und dort ebenfalls einen Kühlungseffekt zu realisieren. Vorzugsweise wird das durch einen Strömungskanal in eine Nut eingebrachte Fluid durch ein Strömungselement an beide axialen Außenseiten des Stators geleitet.

In einer alternativen Ausführungsform kann anstelle von Strömungselementen auch an beiden axialen Stirnseiten des Stators eine Endplatte angeordnet sein, die in Umfangsrichtung an einer jeweiligen Position einer Nut mehrere Arretierelemente ausbildet. Mit einem Arretierelement kann ein Wicklungsabschnitt der Wicklung des Stators an einer definierten Position in Bezug zur radialen Richtung und zur Umfangsrichtung formschlüssig gehalten werden. Damit ist sichergestellt, dass in der Nut zwischen den gehaltenen Wicklungsabschnitten ein Freiraum ausgebildet ist, in welchem das Fluid in axialer Richtung strömen kann.

Eine axiale Strömung des Fluids in der Nut kann alternativ auch derart realisiert sein, dass in der Nut sich axial erstreckende Hohlleiter angeordnet sind. Ein derartiger Hohlleiter kann zumindest abschnittsweise von zumindest einem Wicklungsabschnitt der Wicklung des Stators ummantelt sein.

Um ein in einer axialen Nut strömendes Fluid in der Nut zu halten, kann Vorgehen sein, dass die sie an ihrer offenen Seite strömungstechnisch begrenzt ist. Das heißt also, dass die Nut gegenüber dem radial inneren hohlen Zylinderraum des Stators abgedichtet ist. Dazu kann beispielsweise eine Kunststoffschiene in axialer Richtung im Bereich der offenen Seite der Nut in die Nut eingeschoben werden und in Umfangsrichtung beidseitig eine Dichtung mit einem jeweiligen Zahn bzw. einer jeweiligen Nutflanke realisiert werden, an der sie anliegt. Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist in einer jeweiligen Nut zumindest ein Wicklungsabschnitt wenigstens einer Wicklung des Stators angeordnet.

Damit ist gewährleistet, dass ein durch eine jeweilige Nut geführtes Fluids zwecks Kühlung an zumindest Abschnitte der Wicklung des Stators unmittelbar herangeführt werden kann. Die Wicklungen des Stators der elektrischen Rotationsmaschine, die bei Betrieb eine besonders hohe Temperatur erreichen können, sind damit vorteilhaft durch eine direkte, und damit besonders effiziente Fluid-Kühlung kühlbar.

In einer konstruktiv vorteilhaften Ausführungsform ist der Stator fluid-dicht gekapselt, wobei ein diese Kapselung realisierendes Gehäuse des Stators zumindest einen strömungstechnischen Anschluss zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid in bzw. aus dem gekapselten Bereich aufweist.

Die Kapselung des Stators dient dabei der strömungstechnischen Trennung des Stators zum Rotor. Insbesondere soll damit erreicht werden, dass kein Fluid in den Spalt zwischen Stator und Rotor eindringen kann.

Ein dem gekapselten Bereich zuführbares Fluid kann insbesondere aus einem Kühlkreislauf der elektrischen Rotationsmaschine kommen. Der strömungstechnische Anschluss zur Zufuhr des Fluids ist dabei vorzugsweise an der radialen Außenseite des Stators bzw. der Kapselung, insbesondere axial zentral in Bezug zum Stator, realisiert.

Ein aus dem gekapselten Bereich austretendes Fluid kann in einen Kühlkreislauf der elektrischen Rotationsmaschine zurückgeführt werden. Dazu ist ein strömungstechnischer Anschluss mit z.B. einer Pumpe oder einem Wärmetauscher des Kühlkreislaufs verbunden. Ein strömungstechnischer Anschluss an die Kapselung zwecks Abfuhr von Fluid ist vorzugsweise in axialer Richtung an zumindest einer axialen Stirnseite der Kapselung realisiert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Strömungskanal durch wenigstens einen radialen Schlitz in mindestens einem Blech des Blechpakets ausgebildet.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform weisen die Bleche des Blechpakets jeweils genau einen durch einen Schlitz ausgebildeten Strömungskanal auf, wobei die Bleche dabei derart zueinander in Umfangsrichtung verdreht sind, dass jede Nut mit wenigstens einem Strömungskanal strömungstechnisch verbunden ist. Das Blechpaket umfasst also eine Anzahl an Blechen, die mindestens der Anzahl an strömungstechnisch versorgten Nuten entspricht.

Dabei kann der Strömungskanal durch eine Gruppe von zueinander benachbarten geschlitzten Blechen ausgebildet sein, deren Schlitze in derselben Winkelposition angeordnet sind.

Das bedeutet, dass die Schlitze axial nebeneinander angeordnet sind und somit zusammen einen Freiraum ausbilden, der dem Strömungskanal entspricht.

Äquivalent der Ausführungsform von zueinander verdrehten Blechen mit genau einem Schlitz, kann in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass mehrere Gruppen von zueinander benachbarten geschlitzten Blechen zueinander verdreht sind. Jeder von einer Gruppe ausgebildete Strömungskanal ist dabei mit einer Nut strömungstechnisch verbunden, so dass vorzugsweise jede Nut mit wenigstens einem Strömungskanal verbunden ist. Das Blechpaket umfasst somit eine Anzahl an Gruppen von Blechen, die mindestens der Anzahl an strömungstechnisch versorgten Nuten entspricht.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Strömungskanal durch Umformung zumindest eines Blechs ausgebildet, so dass dieses eine radial verlaufende Rinne mit einer Konkavität ausbildet.

Die Rinne ist durch die konkave Seite des Blechs bzw. dessen Umformbereichs ausgebildet, wobei auf Grund der Umformung eines ebenen Blechs an dessen axial gegenüberliegenden Seite eine Konvexität ausgebildet ist.

Dabei kann der Strömungskanal durch Umformung und spiegelbildlicher Anordnung von wenigstens zwei Blechen ausgebildet sein, deren Konkavitäten einander zugewandt sind.

Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass an derselben axialen Position des Stators bzw. seines Blechpakets am Umfang verteilt mehrere derartiger Strömungskanäle angeordnet sein können. An den Seiten der Konvexitäten der beiden den Strömungskanal ausbildenden Bleche sind weitere umgeformte Bleche derart anordbar, dass die jeweilige Konkavität eines Blechs an der Konvexität eines benachbarten Blechs angeordnet ist, so dass eine formschlüssige und platzsparende Anlage der Bleche aneinander realisiert ist. Es lassen sich somit im Wesentlichen gleiche Bleche bzw. Bleche mit gleichen Umformungsbereichen verwenden, wobei das Blechpaket in zwei oder mehr Gruppen aus formschlüssig aneinander anliegenden Blechen aufgeteilt ist und diese spiegelbildlich derart angeordnet sind, dass die Konkavitäten der jeweiligen einander gegenüberliegenden und benachbarten Bleche der Blechgruppen zusammen einen Strömungskanal ausbilden.

In einerweiteren Ausführungsform ist mehreren Nuten jeweils wenigstens ein Strömungskanal zugeordnet.

In einer Ausführungsform des Stators, in der der Strömungskanal durch wenigstens einen radialen Schlitz in mindestens einem Blech des Blechpakets ausgebildet ist, haben somit alle Strömungskanale unterschiedliche Winkelpositionen, wenn in einem jeweiligen Blech lediglich ein Schlitz angeordnet ist.

Vorzugsweise ist allen Nuten jeweils wenigstens ein Strömungskanal zugeordnet.

Der erfindungsgemäße Stator weist den Vorteil auf, dass in konstruktiv einfacher Ausgestaltung eine optimale Kühlwirkung im gesamten Stator gewährleistet ist.

Durch eine Anordnung des Strömungskanals axial zentral im Stator muss Fluid zwecks Kühlung des Stators, ausgehend von dessen axialer Mitte zu einer axialen Stirnseite des Stators, an dem das Fluid aus dem Stator wieder austritt, lediglich über die halbe axiale Erstreckung des Stators geleitet werden.

Damit realisiert das Fluid eine gleichmäßige Kühlung an Bereichen der größten Wärme und folglich eine homogenisierte Temperaturverteilung im Stator.

Die unmittelbar realisierbare Anströmung der Wicklungen des Stators erhöht dabei die Effizienz der Kühlung. Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine elektrische Rotationsmaschine zur Verfügung gestellt, die einen erfindungsgemäßen Stator sowie einen radial innen im Stator angeordneten Rotor aufweist.

Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in

Fig. 1 : eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Rotationsmaschine,

Fig. 2: eine schematische Darstellung eines geschnittenen, erfindungsgemäßen Stators in einer teilweisen Vorderansicht,

Fig. 3: einen Ausschnitt eines geschnittenen, erfindungsgemäßen Stators gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 4: einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Stators gemäß der ersten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht,

Fig. 5: einen Ausschnitt eines axial zentralen Abschnitts eines erfindungsgemäßen

Stators gemäß einer zweiten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht, und Fig. 6: einen Ausschnitt des perspektivisch dargestellten, erfindungsgemäßen Stators gemäß der zweiten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Rotationsmaschine 2 dargestellt.

Die elektrische Rotationsmaschine 2 umfasst einen erfindungsgemäßen Stator 1 sowie einen auf einer Welle 51 angeordneten und relativ zum Stator 1 um eine Rotationsachse 4 drehbaren Rotor 3. Der Stator 1 ist im Wesentlichen in Form eines Hohlzylinders ausgebildet, wobei der Rotor 3 radial innerhalb des Stators 1 in einem von der Hohlzylinderform ausgebildeten Innenraum angeordnet ist. Der Stator 1 weist ein Blechpaket 10 und Wicklungen 40 auf, wobei das Blechpaket 10 axial verlaufende Nuten 20 ausbildet, durch welche die Wicklungen 40 geführt sind. Das Blechpaket 10 umfasst zudem einen Strömungskanal 30, welcher axial zentral im Stator 1 angeordnet ist, und welcher sich in radialer Richtung von der radialen Außenseite des Stators 1 zu einer Nut 20 erstreckt und mit dieser strömungstechnisch verbunden ist. Die Wicklungen 40 sind dabei mit stabförmigen bzw. linearen Wicklungsabschnitten 41 in der Nut 20 angeordnet und ragen jeweils an einer ersten axialen Stirnseite 7 sowie an einer zweiten axialen Stirnseite 8 des Rotors 1 aus der Nut 20 mit Wicklungsköpfen 42 heraus.

Weiterhin umfasst die elektrische Rotationsmaschine 2 ein Gehäuse 50, welches den Stator 1 und den Rotor 3 umgibt und eine Kapselung 52 des Stators 1 ausbildet, mit welcher der Stator 1 strömungstechnisch gegenüber dem Rotor 3 bzw. einem Spalt zwischen Rotor 3 und Stator 1 abgegrenzt ist. Das Gehäuse 50 bildet zudem mehrere strömungstechnische Anschlüsse 54, 55 aus. Ein strömungstechnischer Anschluss 54 zur Zufuhr von Fluid ist an der radialen Außenseite des Gehäuses 50 axial zentral in Bezug zum Stator 1 realisiert, wohingegen strömungstechnische Anschlüsse 55 zur Abfuhr von Fluid in axialer Richtung und radial etwa auf Höhe der Wicklungen 40 jeweils auf beiden axialen Seiten des Gehäuses 40 realisiert sind. Der strömungstechnische Anschluss 54 zur Zufuhr von Fluid ist dabei strömungstechnisch mit dem Strömungskanal 30 verbunden.

Bei einer Zufuhr von Fluid zur elektrischen Rotationsmaschine 2 zwecks Kühlung des Stators 1 wird das Fluid axial zentral in Bezug zum Stator 1 durch den strömungstechnischen Anschluss 54 zur Zufuhr und folglich durch den Strömungskanal 30 in die Nut 20 geleitet. In der Nut 20 fließt das Fluid nun zwischen den Wandungen der Nut 20 und einem Wicklungsabschnitt 41 der Wicklung 40 bzw. zwischen zwei Wicklungsabschnitten 41 der Wicklung 40 axial in Richtung auf die Wicklungsköpfe 42. Das an beiden axialen Stirnseiten 7, 8 des Stators 1 austretende und über die Wicklungsköpfe 42 fließende Fluid kann das Gehäuse 50 der elektrischen Rotationsmaschine 2 folglich über die strömungstechnischen Anschlüsse 55 zur Abfuhr wieder verlassen.

Der Verlauf des Fluids in der elektrischen Rotationsmaschine 2 ist anhand von Pfeilen verdeutlicht.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines geschnittenen, erfindungsgemäßen Stators 1 in einer teilweisen Vorderansicht, wobei hier lediglich ein Ausbruch aus dem Stator 1 gezeigt ist und nicht eigentlich an der radialen Innenseite sowie an der radialen Außenseite ausgebildete Rundungen zur Erzeugung einer jeweiligen Zylinderform.

Der Stator 1 aus Figur 2 entspricht dabei dem Stator 1 aus Figur 1, wobei in Figur 2 ein Aufbau des Stators 1 detaillierter ersichtlich ist.

In der geschnittenen Vorderansicht des Stators 1 ist hier ein Blech 11 des Blechpakets 10 des Stators 1 dargestellt, wobei das Blech 11 Zähne 12 ausbildet, welche in Umfangsrichtung die Nut 20 begrenzen.

Es ist erkennbar, dass die Nut 20 des Stators 1 einen Nutgrund 21 , Nutflanken 22 und eine offenen Seite 23 umfasst. Der Nutgrund 21 entspricht der in Bezug zum Stator 1 radialen Außenseite der Nut 20, wobei der radial verlaufende Strömungskanal 30 strömungstechnisch mit der Nut 20 an deren Nutgrund 21 verbunden ist. Die Nutflanken 22 entsprechen den Seiten der Nut 20 in Umfangsrichtung, wobei eine jeweilige Nutflanke 22 durch die Wandung eines die Nut 20 begrenzenden Zahns 12 des Blechs 11 ausgebildet ist. Die Position der offenen Seite 23 der Nut 20 entspricht der radialen Innenseite 5 des Stators 1. Eine Kunststoffschiene 53 ist dabei an der offenen Seite 23 der Nut 20 angeordnet und liegt in Umfangsrichtung beidseitig jeweils an einem Zahn 12 an, wobei die Anlage an einem Zahn 12 flüssigkeitsdicht ausgestaltet ist, so dass die Nut 20 gegenüber einem Innenraum des Stators 1 bzw. einem hier nicht dargestellten Spalt zwischen Stator 1 und Rotor abgedichtet ist.

Aus Figur 2 ist zudem ersichtlich, dass die Wicklungsabschnitte 41 der Wicklung 40 radial beabstandet zueinander sowie beabstandet zum Nutgrund 21 , den Nutflanken 22 und der Kunststoffschiene 53 angeordnet sind, wodurch sich zwischen den Wicklungsabschnitten 41 und um die Wicklungsabschnitte 41 herum ein Freiraum 24 in der Nut 20 ausbildet. Ein Verlauf eines durch den Strömungskanal 30 in die Nut 20 eintretenden Fluids zwecks Kühlung des Stators 1 ist anhand eines Pfeils dargestellt. Das Fluid verteilt sich im Freiraum 24 der Nut 20 und durchströmt diese in axialer Richtung, wobei durch die Kunststoffschiene 53 gewährleistet ist, dass das Fluid nicht aus der Nut 20 in den Innenraum des Stators 1 bzw. in den Spalt zwischen Stator 1 und Rotor eindringen kann. Durch die Verteilung des Fluids im Freiraum 24 kann das Fluid an einen jeweiligen Wicklungsabschnitt 41 der Wicklung 40 sowie an die Nutflanken 22 bzw. an die Zähne 12 direkt herangeführt werden und durch eine Führung des Fluids direkt entlang der Wicklungsabschnitte 41 und der Zähne 12 eine effiziente Kühlung des Stators 1 realisieren.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt eines geschnittenen, erfindungsgemäßen Stators 1 gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt.

In der perspektivischen Darstellung der Figur 3 ist ersichtlich, dass ein Blechpaket 10 des Stators 1 in einem Strömungskanal 30 geschnitten ist, wobei die Schnittebene des Schnitts einer Ebene entspricht, in welcher eine Rotationsachse einer mit dem Stator 1 ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine (hier nicht dargestellt) liegt. Der Strömungskanal 30 ist durch eine Gruppe 14 von zueinander benachbarten, geschlitzten Blechen 11 ausgebildet, deren Schlitze 31 in derselben Winkelposition angeordnet sind, sodass sie gemeinsam einen Strömungskanal 30 ausbilden. Die Schlitze 31 der Bleche 11 erstrecken sich von einer radialen Außenseite des Stators 1 in radialer Richtung bis hin zu einer axial durch den gesamten Stator 1 verlaufenden Nut 20, so dass der Strömungskanal 30 und die Nut 20 strömungstechnisch miteinander verbunden sind. In der Nut 20 sind dabei mehrere stabförmige Wicklungsabschnitte 41 einer Wicklung 40 des Stators 1 angeordnet und die Nut 20 ist in Umfangsrichtung durch sich radial erstreckende Zähne 12 begrenzt. Zwecks Kühlung des Stators 1 wird Fluid durch die den Strömungskanal 30 ausbildenden Schlitze 31 geführt und folglich in der Nut 20 direkt an die Wicklungsabschnitte 41 der Wicklung 40 und die Zähne 12 des Blechpakets 10 geführt.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Stators 1 gemäß der ersten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht. Ergänzend zu Figur 3 ist in Figur 4 erkennbar, dass das Blechpaket 10 mehrere Gruppen 14 von Blechen 11 umfasst, deren Schlitze 31 jeweils in derselben Winkelposition angeordnet sind, wobei die mehreren Gruppen 14 in ihren Winkelpositionen zueinander jedoch verdreht sind. Jede Gruppe 14 bildet dabei genau einen Strömungskanal 30 aus.

Aus Figur 4 ist zudem ersichtlich, dass der radial innere Bereich 9 des Stators 1 im Wesentlichen vollständig von axial verlaufenden Nuten 20 abgedeckt ist. Dabei ist jeder der Strömungskanäle 30 mit einer anderen Nut 20 strömungstechnisch verbunden.

Der in Figur 4 dargestellte Stator 1 entspricht dabei nur einem Abschnitt eines Stators, wobei der dargestellte Abschnitt in Bezug zu einem vollständigen Stator ein axial zentraler Abschnitt des Stators 1 ist.

Weiterhin zeigt Figur 4, dass die Wicklung 40 des Stators 1 Wicklungsköpfe 42 axial benachbart zum Blechpaket 10 aufweist.

Bei Zufuhr eines Fluids zwecks Kühlung des Stators 1 zu einem jeweiligen Strömungskanal 30 wird das Fluid durch den jeweiligen Strömungskanal 30 in eine Nut 20 geleitet, in welcher sich jeweilige Wicklungsabschnitte 41 der Wicklung 40 des Stators 1 befinden. Das Fluid verläuft in den Nuten 20 anschließend in axialer Richtung direkt entlang den Wicklungsabschnitten 41 und den die Nut 20 in Umfangsrichtung begrenzenden Zähnen 12 nach axial außen. Das Fluid kühlt dabei die Wicklungsabschnitte 41 und Zähne 12 in der Nut 20 und kühlt nach dem axialen Austritt aus einer Nut 20 die sich dort befindlichen Wicklungsköpfe 42.

In Fig. 5 ist ein Ausschnitt eines axial zentralen Abschnitts eines erfindungsgemäßen Stators 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht gezeigt. Vom Stator 1 sind dabei lediglich ein Abschnitt eines Blechpakts 10 und ein Abschnitt eines weiteren Blechpakets 15 dargestellt.

Ein jeweiliges Blechpaket 10, 15 des Stators 1 gemäß der zweiten Ausführungsform entspricht im Wesentlichen einem Blechpaket aus Figur 3 oder 4, wobei ein einzelnes Blech 11 eines Blechpakets 10, 15 des Stators 1 gemäß der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dem in Figur 2 gezeigten Aufbau eines Blechs 11 entspricht. Ein Unterschied der zweiten Ausführungsform des Stators 1 ist dabei die alternative Ausgestaltung der Strömungskanäle 30 gegenüber den Ausgestaltungsformen gemäß der Figuren 2, 3 und 4.

Die Bleche 11 des Blechpakets 10 entsprechen ersten umgeformten Blechen 33 und die Bleche 11 des weiteren Blechpakets 15 entsprechen zweiten umgeformten Blechen 34.

Ein jeweiliges Blech 11, 33, 34 des Blechpakets 10 und des weiteren Blechpakets 15 ist derart umgeformt, dass an einer jeweiligen Winkelposition einer Nut 20 des Blechs 11 , 33, 34 eine radial verlaufende Rinne 32 realisiert, wodurch an einer axialen Seite eines jeweiligen Blechs 11 , 33, 34 Konkavitäten und an der gegenüberliegenden axialen Seite des Blechs 11 , 33, 34 entsprechend Konvexitäten ausgebildet sind.

Die Blechpakete 10, 15 sind derart aus den umgeformten Blechen 33, 34 aufgebaut, dass die jeweilige Konkavität eines Blechs 11 , 33, 34 auf der Konvexität eines benachbarten Blechs 11 , 33, 34 angeordnet ist, so dass eine passgenaue Anlage der Bleche 11, 33, 34 aneinander realisiert ist.

Die beiden Blechpakete 10, 15 sind zwecks Ausbildung von Strömungskanälen 30 nun spiegelbildlich zueinander angeordnet und liegen in axialer Richtung plan aneinander an. Die beiden dabei aneinander anliegenden Bleche 11 , 33, 34 des Blechpakets 10 und des weiteren Blechpakets 15 bilden nun durch die folglich zueinander gerichteten Konkavitäten bzw. Rinnen 32 der Bleche 11 , 33, 34 jeweils ein Strömungskanal 30.

Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt des perspektivisch dargestellten, erfindungsgemäßen Stators 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.

Der Stator 1 in Figur 6 umfasst dabei den axial zentralen Abschnitt gemäß Figur 5, wobei zudem das Blechpaket 10 und das weitere Blechpaket 15 hier vollständig dargestellt sind.

Aus der umfangreicheren Darstellung in Figur 6 gegenüber der Figur 5 wird somit deutlich, dass alle Strömungskanäle 30 zwischen dem Blechpaket 10 und dem weiteren Blechpaket 15 realisiert werden und somit alle Strömungskanäle 30 auch an derselben axialen Position des Stators 1, nämlich axial zentral im Stator 1, angeordnet sind. Dadurch, dass die Strömungskanäle 30 axial zentral in Bezug zum Stator 1 angeordnet sind, kann durch die Strömungskanäle 30 in die Nuten 20 geleitetes Fluid zwecks Kühlung des Stators 1 gleichermaßen in Richtung beider axialer Stirnseiten 7, 8 des Stators 1 strömen. Das Fluid muss damit lediglich über die Hälfte der axialen Erstreckung des Stators 1 geleitet werden und realisiert somit eine gleichmäßige Kühlung an Bereichen der größten Wärme im Stator 1 und folglich eine homogenisierte Temperaturverteilung im Stator 1. Mit dem erfindungsgemäßen Stator sowie einer damit ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine lässt sich bei konstruktiv einfacher Ausgestaltung eine optimale Kühlwirkung im gesamten Stator gewährleisten.

Bezuqszeichenliste

1 Stator

2 elektrische Rotationsmaschine

3 Rotor

4 Rotationsachse

5 radiale Innenseite des Stators

7 erste axiale Stirnseite des Stators

8 zweite axiale Stirnseite des Stators

9 radial innerer Bereich des Stators

10 Blechpaket

11 Blech

12 Zahn

13 radial innerer Bereich des Blechpakets

14 Gruppe von Blechen

15 weiteres Blechpaket

20 Nut

21 Nutgrund

22 Nutflanke

23 offene Seite der Nut

24 Freiraum

30 Strömungskanal

31 Schlitz

32 radial verlaufende Rinne

33 erstes umgeformtes Blech

34 zweites umgeformtes Blech

40 Wicklungen

41 Wicklungsabschnitt

42 Wicklungskopf 50 Gehäuse der elektrischen Rotationsmaschine

51 Welle

52 Kapselung

53 Kunststoffschiene 54 strömungstechnischer Anschluss zur Zufuhr von Fluid

55 strömungstechnischer Anschluss zur Abfuhr von Fluid

Claims

Patentansprüche

1. Stator (1 ) für eine elektrische Rotationsmaschine (2), umfassend zumindest ein im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweisendes Blechpaket (10), in welchem zumindest ein radial verlaufender Strömungskanal (30) ausgebildet ist zur Zufuhr eines Fluids in den radial inneren Bereich (13) der Hohlzylinderform des Blechpakets (10) zwecks Kühlung und/oder Schmierung des Stators (1) an seinem radial inneren Bereich (9).

2. Stator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) an seinem radial inneren Bereich (9) wenigstens eine axial verlaufende Nut (20) aufweist, an der der Strömungskanal (30) endet.

3. Stator (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer jeweiligen Nut (20) zumindest ein Wicklungsabschnitt (41) wenigstens einer Wicklung (40) des Stators (1) angeordnet ist.

4. Stator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) fluid-dicht gekapselt ist, wobei ein diese Kapselung (52) realisierendes Gehäuse (50) des Stators (1) zumindest einen strömungstechnischen Anschluss (54, 55) zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid in bzw. aus dem gekapselten Bereich aufweist.

5. Stator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (30) durch wenigstens einen radialen Schlitz (31) in mindestens einem Blech (11) des Blechpakets (10) ausgebildet ist.

6. Stator (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (30) durch eine Gruppe (14) von zueinander benachbarten geschlitzten Blechen (11) ausgebildet ist, deren Schlitze

(31) in derselben Winkelposition angeordnet sind.

7. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (30) durch Umformung zumindest eines Blechs (11 , 33, 34) ausgebildet ist, so dass dieses eine radial verlaufende Rinne

(32) mit einer Konkavität ausbildet.

8. Stator (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (30) ausgebildet ist durch

Umformung und spiegelbildliche Anordnung von wenigstens zwei Blechen (11 , 33,

34), deren Konkavitäten einander zugewandt sind.

9. Stator (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren Nuten (20) jeweils wenigstens ein Strömungskanal (30) zugeordnet ist.

10. Elektrische Rotationsmaschine (2), umfassend einen Stator (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie radial innen im Stator (1) angeordnet einen Rotor (3).