WO2021078458A1 - Stator für eine elektrische maschine - Google Patents

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WO2021078458A1
WO2021078458A1 PCT/EP2020/076553 EP2020076553W WO2021078458A1 WO 2021078458 A1 WO2021078458 A1 WO 2021078458A1 EP 2020076553 W EP2020076553 W EP 2020076553W WO 2021078458 A1 WO2021078458 A1 WO 2021078458A1
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WO
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stator
channel
coolant
axial
end plate
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/076553
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin JELINEWSKI
Stephan Scharr
David Wörzler
Mathias Döring
Andreas Hölscher
Manfred TILL
Eckhardt LÜBKE
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
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    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/193—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil with provision for replenishing the cooling medium; with means for preventing leakage of the cooling medium

Definitions

  • the invention relates to a stator for an electrical machine and an electrical specific machine with such a stator, wherein the electrical machine is set up to drive a motor vehicle.
  • an electrical machine for driving a motor vehicle can be operated with high performance, an effective cooling of the electrical machine is necessary.
  • the waste heat generated by the electrical machine at high outputs can limit the output for certain applications, e.g. electrically driven axles.
  • the temperature of the rotor of the electrical machine's critical factor but also the temperature of the stator of the electrical machine, especially in the end windings and slots of the stator. As soon as the electrical machine exceeds a limit temperature, a control of the electrical machine typically lowers the power.
  • DE 10 2017 214 427 B4 discloses a stator for an electrical machine, with a stator lamination package and with at least one end cap following the stator lamination package in the axial direction of the stator.
  • a line element is formed separately from the end cap and separately from the laminated stator core, the line element being reshaped in a partial area and thereby widened.
  • the line element is designed as an inherently rigid tubular element and comprises a first cooling channel through which a cooling medium can flow.
  • a first length region of the first cooling channel runs in the stator core and a second length region of the second cooling channel runs in the end cap.
  • the end cap has at least one second cooling channel through which the cooling medium can flow and fluidically connected to the first cooling channel.
  • a stator according to the invention for an electrical machine comprises a laminated core which is arranged axially between a first and a second end disk, a cooling line for introducing a coolant into at least one distributor channel on the respective end disk outside the end disks and the stator, as well as fluidly with the at least one distributor channel is connected in the respective end disk, the laminated core having a plurality of axial channels for guiding the coolant through the stator, the axial channels for the inflow of the coolant being fluidically connected to the at least one distributor channel in the respective end disk, with an outflow for the Coolant is formed through at least one end-face opening in the respective end disk, the at least one opening being configured to spray the coolant from the axial channels onto the end windings of the stator.
  • the at least one distributor channel is designed for feeding coolant from the cooling line into the axial channels of the laminated core, the at least one opening being designed for spraying the coolant from the axial channels onto the end windings of the stator. Due to the large and direct wetting of the surfaces of the end windings by means of coolant from the axial channels, the cooling potential of the electrical machine increases, with direct and un indirect cooling at the location where heat is generated, in particular at the winding heads of the stator.
  • a plurality of distribution channels and openings are preferably formed in the respective end disk.
  • the two end plates are thus provided alkanälen both for the coolant to flow into the axial channels and for the coolant to flow out of the axial channels.
  • a fluid-technical connection is to be understood as a connection between two fluid-carrying components or channels, which causes a volumetric flow of the coolant.
  • the electrical machine also includes a rotatable rotor with a rotor shaft that is arranged within the stator and is movable.
  • the electric machine can be operated as a motor or as a generator. If the electrical machine is operated as a motor, an ins- special time-variable voltage can be applied to the stator and the windings located therein in order to generate a time-variable magnetic field which acts in the rotor to induce a torque and thus to generate a rotary movement.
  • electrical energy can be generated by induction of a varying magnetic field, for example by rotating the rotor, in a looped or wound conductor of the stator in order to induce a current in the conductor.
  • the rotor shaft can preferably be cooled with coolant via a cooling channel formed therein.
  • coolant is to be understood as a cooling medium, in particular a cooling liquid, for example oil-based or water-based.
  • the coolant is intended to absorb and dissipate heat.
  • the coolant flows into the two end disks via the cooling line, the coolant in the end disks being conducted to the axial ducts in the laminated core of the stator via the at least one distributor channel, and the coolant exiting through the at least one opening in the respective end disk the axial channels is injected onto the end windings of the stator in order to cool the stator not only from the inside via the coolant-carrying axial channels, but also from the outside via the coolant-sprayed surface of the end windings.
  • the coolant draws heat from the components that are flowed through or wetted and thus cools them down.
  • the coolant is then collected and recooled, for example by means of a heat exchanger, in order then to be fed back to the cooling line and thus to form a cooling circuit.
  • a cooling line is to be understood as an element carrying coolant, for example a hose, pipe or housing section with a cooling channel formed therein.
  • the cooling line is net angeord outside the stator and the end plates, in particular between a first and second electrical machine, both electrical machines being supplied with coolant from the cooling line.
  • the laminated core has, for example, sheet metal layers arranged one behind the other in the axial direction of the stator.
  • Radially formed and axially extending stator teeth are arranged in recesses of the laminated core, the stator teeth receiving coils of an electrical winding.
  • the axial channels are arranged in the area of stator teeth and extend essentially parallel and over the entire axial length of the stator teeth.
  • the areas on the stator teeth are magnetically favorable for the arrangement of the axial channels, because this allows a short thermal chain to be set.
  • the metal sheets of the laminated core preferably form the wall of the respective axial channels, the coolant then directly touching surfaces of the laminated core as it flows through the axial channels.
  • the axial channels preferably border the stator teeth outward in the radial direction.
  • an axial channel is formed in the circumferential direction centrally between two stator slots.
  • an axial channel is formed in the circumferential direction centrally between each two stator slots and in the radial direction outside the stator teeth. The closer the axial channels are to the heat-generating components of the stator, the lower the thermal chain and the higher the efficiency of the cooling.
  • deflection channels are arranged in the respective end plate, the respective deflection channel being set up to deflect the coolant from one of the axial channels into an axial channel adjoining it in the circumferential direction.
  • the respective deflection channel is preferably designed as an elongated groove in the circumferential direction and connects two axial channels that are adjacent in the circumferential direction to one another by fluid technology.
  • the coolant flows through thedelei device into the respective end discs, the coolant in the respective end disc is passed via the at least one distributor channel to the axial channels in the Blechpa chain of the stator, and the coolant via the respective Umlen kungskanal in the each other end plate is deflected by 180 ° and introduced into an axial channel adjoining in the circumferential direction, the coolant via the at least one opening in the respective end plate in which the coolant Was fed via the at least one distributor channel, is sprayed from the axial channels onto the end windings of the stator.
  • the at least one distribution channel and / or the at least one deflection channel are each designed as a recess in an end face of the respective end disk facing the laminated core.
  • Either the at least one distribution channel or the at least one deflection channel is therefore each formed as a recess in the end face of the respective end disk facing the laminated core.
  • both the at least one distribution channel and the at least one deflection channel are each designed as a recess in the end face of the respective end disk facing the laminated core.
  • the respective end plate comes to rest axially on a respective front end of the laminated core in such a way that at least the at least one distributor channel and the respective deflection channel are in fluid-tight contact with the laminated core respective end plate and the laminated core, or a direct seal from the at least one distribution channel and the respective deflection channel formed on the laminated core, so that no coolant from the at least one distributor channel or the respective deflection channel can unintentionally flow out via the end faces of the laminated core.
  • the respective end disk is axially braced with the respective laminated core.
  • an inflow for the coolant is formed on an outer circumference of the respective end plate, wherein the inflow is fluidically connected to the at least one distributor channel.
  • the inflow to the respective end disk is preferably formed via a section limited in the circumferential direction on the outer circumference of the respective end disk and fluidly connected to the cooling line via a supply channel.
  • the inflow preferably has the same depression as the distribution channel in the end face of the respective end disk.
  • the at least one distribution channel is at least partially circumferential in the circumferential direction at the respective end disc formed.
  • the at least one distribution channel is therefore designed in the form of a ring in the end face of the respective end disk, the coolant flowing in via the outer circumference of this ring-shaped geometry.
  • the respective end disk has in particular a central bore for the axial passage of the stator windings, the respective end disk with the central bore adjoining the stator windings.
  • the at least one distributor channel preferably has a plurality of recesses formed in the radial direction for introducing the coolant into the respective axial channel.
  • the recesses are formed radially inward on an inner circumference of the ring-shaped distribution channel.
  • the recesses preferably have the same recess in the end face of the respective end disk as the distributor channel and, when the end disks are mounted on the stator, are positioned relative to the axial channels in such a way that coolant flows through each recess into a respective axial channel aligned with it.
  • the respective Umlen kungskanal is formed in the circumferential direction between each recess and each egg ner opening.
  • a recess for introducing the coolant into a respective first Axialka channel a deflection channel for deflecting the coolant from the respective first axial channel into a circumferentially adjoining second axial channel, and an opening for spraying the coolant out of the respective second axial channel arranged on the end windings of the stator.
  • the recess, the deflection channel and the opening are repeated uniformly in the circumferential direction on the respective end plate, the recess being fluidly connected to exactly one axial channel, the deflecting channel also being fluidically connected to exactly two axial channels, and the opening with exactly one Axialka channel is fluidly connected, the four aforementioned axial channels in the aforementioned sequence in the circumferential direction adjacent to each other are beaded det.
  • the at least one opening is preferably set up to accommodate a diaphragm.
  • a screen is to be understood as an element which at least partially closes the respective opening or changes its cross section in such a way that the volume flow and in particular also a spray direction and a spray jet are set.
  • the orifice also sets a pressure of the cooling means in the axial channels.
  • the axial channels are preferably designed to be distributed circumferentially over the circumference of the stator in the laminated core.
  • the stator is cooled via the axial channels formed in the circumferential direction, ie over 360 ° in the laminated core.
  • the axial channels are uniform, preferably symmetrical in the laminated core of the stator and extend parallel to an axis of rotation of the rotor shaft from one end to the other end of the stator.
  • the axial channels are set up to have coolant flowing through them alternately from the first and second end plates in order to set a homogeneous temperature distribution over the circumference of the stator.
  • the axial channels and end plates are therefore designed in such a way that the flow of coolant, i.e. the flow of coolant in the axial channels in the circumferential direction, alternates from the first to the second end plate and from the second to the first end plate. This not only enables homogeneous cooling and temperature distribution in the stator to be achieved, but also homogeneous cooling on both sides of the end windings of the stator.
  • the coolant is introduced into the axial channels via the first end disk, for example, and discharged from the axial channels via the second end disk and sprayed onto the end windings of the stator.
  • the coolant is then introduced into the Axialkanä le via the second end disk and discharged from the axial channels via the first end disk and sprayed onto the end windings of the stator.
  • an alternating flow direction in the axial channels can also be achieved, for example, by introducing coolant into the axial channels via the first end plate, diverting it via the second end plate into a second axial channel adjoining in the circumferential direction, and back into the second axial channel via this second axial channel the first end plate is initiated, wherein thedemit tel is injected from the first end plate onto the end windings of the stator.
  • coolant is then introduced into the axial channels via the second end disk, deflected via the first end disk into a fourth axial channel adjacent in the circumferential direction, and introduced back into the second end disk via this fourth axial channel, whereby the coolant is sprayed from the second end disk onto the end windings of the stator.
  • cooling fins for heat dissipation are formed in the axial channels.
  • the heat dissipation is improved by means of the cooling fins in the axial channels, namely in that a greater wetting of the surface effective for cooling is aimed at.
  • the flow rate of the coolant in the axial channels is also increased due to the reduction in cross section.
  • the efficiency of the cooling fins can be increased if the flow at the cooling fins is set to be laminar at least in sections.
  • An optimized flow guidance of the coolant for improved heat dissipation can be achieved in particular by adapting geometries and targeted deflections and an alternating flow of coolant over the circumference of the axial channels.
  • the respective cooling rib has a first, second and third web, the three webs dividing the axial channel into three axial channel areas and extending at least partially in the axial direction of the axial channel.
  • the respective cooling rib extends in the respective axial channel over the entire length of the axial channel.
  • the first, second and third webs are designed in such a way that they extend radially inward from the wall of the axial channel and meet in a common center.
  • the three webs can, for example, be of the same length or have different lengths. In particular, only two of the three webs can be of the same length.
  • the three axial channel areas are preferably at least partially elliptical.
  • the three axial channel areas are essentially heart-shaped. Further preferred embodiments for the three axial channel areas are shown in particular in FIGS. 6 and 7.
  • the axial channels have means for fluid sealing.
  • the fluid sealing of the axial channels takes place by gluing the laminated core of the stator.
  • the fluid sealing of the axial channels takes place by means of inlays or inserts which are fluid-tight and adapt to the geometry of the respective axial channel, and are thus designed to correspond to them.
  • a circumferentially closed hose or piping in the respective axial channel is to be available as an insert.
  • the invention also relates to an electrical machine for driving a motor vehicle, comprising a stator according to the invention.
  • the electrical machine is used either alone or in combination with a further electrical machine or an internal combustion engine to drive the motor vehicle.
  • the electrical machine is set up to drive an axle of the motor vehicle.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of an electrical machine according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the electrical machine according to FIG. 1,
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of two end plates as well as interposed axial channels in a transparently shown stator of the electrical machine according to FIG. 1 and FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a schematic perspective illustration of one of the two identically zueinan the end disks according to FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a schematic detailed sectional illustration through several axial channels of the stator
  • FIG. 6 shows an enlarged schematic detailed illustration of an axial channel according to FIG. 5, and
  • FIG. 7 shows an enlarged schematic detailed illustration of an axial channel according to a further exemplary embodiment.
  • an electrical machine 1 comprises a stator 2 which is fixed to the housing and a rotatable rotor 17 which is arranged within the stator 2 and in the present case is partially covered by the stator 2.
  • the rotor 17 comprises a rotor shaft 18 with a cooling channel 19 formed therein.
  • a first and a second end plate 4, 5 are arranged on the end face of a laminated core 3 of the stator 2.
  • the laminated core 3 of the stator 2 is therefore arranged axially between the two end disks 4, 5.
  • a cooling line 6 is arranged outside the Endschei ben 4, 5 and the stator 2, which is directed to guide and initiate a cooling means in a respective distributor channel 7 on the respective endplate 4, 5 and fluidly connected to the respective distributor channel 7 in the respective end plate 4, 5 is connected.
  • the distribution channels 7 in the respective end plate 4, 5 are not shown in Fig. 1 for reasons of perspective, but shown in the fol lowing figures.
  • the electric machine 1 of FIG. 1 is provided in a longitudinal section.
  • the cooling channel 19 in the rotor shaft 18 of the rotor 17 is clearly visible, with the cooling channel 19 for cooling the rotor shaft 3 having coolant flowing through it.
  • the stator 2 is shown in the present case in a sectional plane and comprises the laminated core 3 arranged axially between the two end disks 4, 5.
  • the laminated core 3 has several axial channels 8 for guiding coolant through the stator. gate 2 open.
  • the axial channels 8 are fluidically connected to the respective distributor channel 7 in the respective end plate 4, 5 for the inflow of the coolant.
  • An outflow for the coolant takes place through several face openings 9 in the respective end disk 4, 5.
  • the openings 9 are set up to inject the coolant from the axial channels 8 onto the end windings 10 of the stator 2, thereby also following the face outside extending end windings 10 of the stator 2 to cool.
  • a respective diaphragm 13 for setting a flow rate and a geometry of a respective coolant jet 20 is received in the respective opening 9. This brings about greater wetting of the end windings 10 with coolant.
  • the coolant jets 20 spraying out of the openings 9 are also shown in FIGS. 1 and 3.
  • a supply 11 for the supply of coolant from the cooling line 6 is formed on an outer circumference of the respective end disk 4, 5.
  • the respective inflow 11 is fluidically connected to the respective distribution channel 7.
  • the coolant therefore flows via the respective inflow 11 into the respective distribution channel 7 of the respective end disk 4, 5.
  • the respective distributor channel 7 is formed circumferentially in the circumferential direction on the respective end plate 4, 5 and has a plurality of recesses 12 formed in the radial direction for introducing the coolant into the respective axial channel 8.
  • the respective deflection channel 14 is set up for deflecting the coolant from one of the axial channels 8 into an axial channel 8 adjoining it in the circumferential direction.
  • the frontal openings 9 in the respective end plate 4, 5 serve as a drain for the coolant, the coolant being sprayed through the openings 9 from the axial channels 8 onto the end windings 10 of the stator 2.
  • the coolant jets 20 shown in FIGS. 1, 2 and 3 illustrate how the coolant is sprayed out of the openings 9. Due to the perspective illustration, the distribution channel 9, the recesses 12 and the deflection channels 14 in the second end plate 5 are not visible in the present case. Fig.
  • Both end disks 4, 5 of the electrical machine 1 are of identical design and, in the assembled state, are arranged on the end face of the laminated core 3.
  • the distribution channel 7 and the deflection channels 14 are each formed as depressions in the end face of the end plate 4, 5 facing the laminated core 3.
  • the inflow 11 for the coolant is also designed as a recess on the outer circumference of the respective end disk 4, 5 and is fluidically connected to the distributor channel 7.
  • the distributor channel 7 is formed all around in the circumferential direction on the respective end plate 4, 5 and has a plurality of recesses 12 formed in the radial direction for introducing the coolant into the respective axial channel 8.
  • each end plate 4, 5 has nine recesses 12, nine deflection channels 14 and nine openings 9.
  • the two end plates 4, 5 in the assembled state on the Blechpa ket 3 of the stator 2 are rotated relative to one another in such a way that the respective recesses 12 on the first end plate 4 are always fluidly connected to the respective deflection channels 14 via a respective axial channel 8 the second end plate 5 are connected, the respective deflection channels 14 on the second end plate 5 are always fluidly connected to the openings 9 on the first end plate 4 via a respective further axial channel 8.
  • the Axialkanä le 8 are therefore set up to have coolant flowing against them alternately from the first and second end disks 4, 5, in order to set a homogeneous temperature distribution over the circumference of the stator 2.
  • the arrows in some of the axial channels 8 and circumferential channels 14 visualize the direction of flow of the coolant.
  • a total of 36 axial channels 8 are formed evenly distributed in the laminated core 3 of the stator 2.
  • a section of the stator 2 is shown, in the present case five Axialkanä le 8 in the laminated core 3 of the stator 2 are shown.
  • the axial channels 8 are in the area arranged by stator teeth 22.
  • the axial channels 8 are formed in the circumferential direction centrally between two stator slots 21 and in the radial direction outside of the stator teeth 22.
  • cooling ribs 15 are formed for improved heat dissipation, the respective cooling rib 15 having a first, second and third web 16a, 16b, 16c.
  • the three webs 16a, 16b, 16c divide the axial channel 8 into three axial channel areas and extend at least partially in the axial direction of the axial channel 8. This results in a substantially heart-shaped cross section of the respective axial channel area.
  • FIG. 6 shows one of the axial channels 8 shown in FIG. 5 on an enlarged scale.
  • the axial channel 8 formed in the laminated core 3 of the stator 2 extends linearly from a first end face of the stator 2 to a second end face of the stator 2.
  • the cooling rib 15 formed from the three webs 16a, 16b, 16c extends over the entire length of the Axial channel and divides it into the three axial channel areas.
  • the ur nal cross section of the axial channel 8 without cooling rib 15 essentially corresponds to a triangle with inwardly rounded corners. This results in the three heart-shaped axial channel areas that are partially twisted and distorted.
  • Fig. 7 shows a further preferred embodiment of an axial channel 8 in the laminated core 5 of the stator 2.
  • a cooling rib 15 is formed in the axial channel 8 for improved heat dissipation.
  • the cooling rib 15 has a first, second and third web 16a, 16b, 16c, the three webs 16a, 16b, 16c dividing the axial channel 8 into three axial channel regions.
  • the cooling rib 13 extends in the axial direction Rich of the axial channel 8 and, like the wall of the axial channel 8 adjoining the laminated core 5, has means for fluid sealing.
  • nodemit tel can escape in the radial direction via the laminated core 3 from the axial channel 8 into the stator 2.
  • the original cross section of the axial channel 8 without cooling rib 15 corresponds essentially to a triangle with outwardly rounded corners. In the present case, this results in three elliptical-arc-shaped axial channel areas that are partially twisted and distorted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (2) für eine elektrische Maschine (1), umfassend ein Blechpaket (3), das axial zwischen einer ersten und einer zweiten Endscheibe (4, 5) angeordnet ist, wobei eine Kühlleitung (6) zur Einleitung eines Kühlmittels in mindestens einen Verteilerkanal (7) an der jeweiligen Endscheibe (4, 5) außerhalb der Endscheiben (4, 5) und des Stators (2) angeordnet sowie fluidtechnisch mit dem mindestens einen Verteilerkanal (7) in der jeweiligen Endscheibe (4, 5) verbunden ist, wobei das Blechpaket (3) mehrere Axialkanäle (8) zur Führung des Kühlmittels durch den Stator (2) aufweist, wobei die Axialkanäle (8) zur Einströmung des Kühlmittels mit dem mindestens einen Verteilerkanal (7) in der jeweiligen Endscheibe (4, 5) fluidtechnisch verbunden sind, wobei ein Abfluss für das Kühlmittel durch mindestens eine stirnseitige Öffnung (9) in der jeweiligen Endscheibe (4, 5) ausgebildet ist, wobei die mindestens eine Öffnung (9) dazu eingerichtet ist, das Kühlmittel aus den Axialkanälen (8) auf Wickelköpfe (10) des Stators (2) zu spritzen. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine (1) zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen erfindungsgemäßen Stator (2).

Description

Stator für eine elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine sowie eine elektri sche Maschine mit einem solchen Stator, wobei die elektrische Maschine zum An trieb eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist.
Damit eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs mit hohen Leis tungen betrieben werden kann, ist eine effektive Kühlung der elektrischen Maschine notwendig. Die bei hohen Leistungen entstehende Abwärme der elektrischen Ma schine kann für bestimmte Anwendungen, z.B. elektrisch angetriebene Achsen, leis tungsbegrenzend sein. Kritisch ist nicht nur die Temperatur des Rotors der elektri schen Maschine, sondern auch die Temperatur des Stators der elektrischen Maschi ne, insbesondere in Wickelköpfen und Nuten des Stators. Sobald die elektrische Ma schine eine Grenztemperatur überschreitet, senkt typischerweise eine Steuerung der elektrischen Maschine die Leistung.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2017 214 427 B4 einen Stator für eine elektrische Maschine, mit einem Statorblech paket und mit wenigstens einer in axialer Richtung des Stators auf das Statorblechpaket folgenden Endkappe. Ein Leitungselement ist separat von der Endkappe und separat von dem Statorblechpaket ausgebildet, wobei das Leitungselement in einem Teilbereich umgeformt und dadurch aufgeweitet ist. Das Leitungselement ist als eigensteifes Rohrelement ausgebildet und umfasst einen von einem Kühlmedium durchströmbanen ersten Kühlkanal. Ein erster Längenbereich des ersten Kühlkanals verläuft in dem Statorblechpaket und ein zweiter Längenbe reich des zweiten Kühlkanals verläuft in der Endkappe. Die Endkappe weist wenigs tens einen von dem Kühlmedium durchströmbaren und fluidisch mit dem ersten Kühlkanal verbundenen zweiten Kühlkanal auf.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Stator für eine elektri sche Maschine sowie eine elektrische Maschine mit verbesserter Kühlung zu schaf fen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 und 15. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein erfindungsgemäßer Stator für eine elektrische Maschine umfasst ein Blechpaket, das axial zwischen einer ersten und einer zweiten Endscheibe angeordnet ist, wobei eine Kühlleitung zur Einleitung eines Kühlmittels in mindestens einen Verteilerkanal an der jeweiligen Endscheibe außerhalb der Endscheiben und des Stators angeord net sowie fluidtechnisch mit dem mindestens einen Verteilerkanal in der jeweiligen Endscheibe verbunden ist, wobei das Blechpaket mehrere Axialkanäle zur Führung des Kühlmittels durch den Stator aufweist, wobei die Axialkanäle zur Einströmung des Kühlmittels mit dem mindestens einen Verteilerkanal in der jeweiligen Endschei be fluidtechnisch verbunden sind, wobei ein Abfluss für das Kühlmittel durch mindes tens eine stirnseitige Öffnung in der jeweiligen Endscheibe ausgebildet ist, wobei die mindestens eine Öffnung dazu eingerichtet ist, das Kühlmittel aus den Axialkanälen auf Wickelköpfe des Stators zu spritzen.
Mit anderen Worten ist der mindestens eine Verteilerkanal zum Einspeisen von Kühlmittel aus der Kühlleitung in die Axialkanäle des Blechpakets ausgebildet, wobei die mindestens eine Öffnung zum Verspritzen des Kühlmittels aus den Axialkanälen auf die Wickelköpfe des Stators ausgebildet ist. Aufgrund der großen und direkten Benetzung der Oberflächen der Wickelköpfe mittels Kühlmittel aus den Axialkanälen erhöht sich das Kühlpotenzial der elektrischen Maschine, wobei eine direkte und un mittelbare Kühlung am Ort der Wärmeentwicklung, insbesondere an den Wickelköp fen des Stators, bewirkt wird.
Bevorzugt sind mehrere Verteilerkanäle sowie Öffnungen in der jeweiligen Endschei be ausgebildet. Die beiden Endscheiben sind somit sowohl zum Einströmen des Kühlmittels in die Axialkanäle als auch zum Abströmen des Kühlmittels aus den Axi alkanälen vorgesehen. Unter einer fluidtechnischen Verbindung ist eine Verbindung zwischen zwei fluidführenden Bauteilen oder Kanälen zu verstehen, die einen Volu menstrom des Kühlmittels bewirkt.
Die elektrische Maschine umfasst neben dem gehäusefesten Stator auch einen in nerhalb des Stators angeordneten sowie drehbeweglichen Rotor mit einer Rotorwel le. Insbesondere kann die elektrische Maschine als Motor oder als Generator betrie ben werden. Wenn die elektrische Maschine als Motor betrieben wird, kann eine ins- besondere zeitvariable Spannung an den Stator und an die darin befindlichen Wick lungen angelegt werden, um ein zeitvariables Magnetfeld zu erzeugen, das im Rotor wirkt, um ein Drehmoment zu induzieren und damit eine Drehbewegung zu erzeu gen. Wenn die elektrische Maschine als Generator betrieben wird, kann beispiels weise elektrische Energie durch Induktion eines variierenden Magnetfeldes, bei spielsweise durch Rotation des Rotors, in einen geschleiften oder gewickelten Leiter des Stators erzeugt werden, um einen Strom in den Leiter zu induzieren.
Vorzugsweise kann die Rotorwelle über einen darin ausgebildeten Kühlkanal mit Kühlmittel gekühlt werden. Unter dem Begriff Kühlmittel ist ein Kühlmedium insbe sondere eine Kühlflüssigkeit zu verstehen, beispielsweise auf Ölbasis oder Wasser basis. Das Kühlmittel ist dazu vorgesehen, Wärme aufzunehmen und abzuführen.
Das Kühlmittel strömt erfindungsgemäß über die Kühlleitung in die beiden Endschei ben ein, wobei das Kühlmittel in den Endscheiben über den mindestens einen Vertei lerkanal zu den Axialkanälen im Blechpaket des Stators geleitet wird, und wobei das Kühlmittel über die mindestens eine Öffnung in der jeweiligen Endscheibe aus den Axialkanälen auf die Wickelköpfe des Stators gespritzt wird, um den Stator nicht nur über die kühlmittelführenden Axialkanäle von innen, sondern über die kühlmittelbe spritzte Oberfläche der Wickelköpfe auch von außen zu kühlen. Entlang des Strö mungsweges entzieht das Kühlmittel den jeweiligen Bauteilen, die durchströmt oder benetzt werden, Wärme und kühlt sie somit ab. Anschließend wird das Kühlmittel aufgefangen und rückgekühlt, beispielsweise mittels eines Wärmetauschers, um dann wieder der Kühlleitung zugeführt zu werden und derart einen Kühlkreislauf aus zubilden.
Unter einer Kühlleitung ist ein kühlmittelführendes Element zu verstehen, beispiels weise ein Schlauch, Rohr oder Gehäuseabschnitt mit einem darin ausgebildeten Kühlkanal. Die Kühlleitung ist außerhalb des Stators und der Endscheiben angeord net, insbesondere zwischen einer ersten und zweiten elektrischen Maschine, wobei beide elektrische Maschinen mit Kühlmittel aus der Kühlleitung versorgt werden. Das Blechpaket weist beispielsweise in axialer Richtung des Stators aufeinanderfol gende bzw. hintereinander angeordnete Blechlagen auf. In Ausnehmungen des Blechpakets sind radial ausgebildete sowie sich axial erstreckende Statorzähne an geordnet, wobei die Statorzähne Spulen einer elektrischen Wicklung aufnehmen. Beispielsweise sind die Axialkanäle im Bereich von Statorzähnen angeordnet und erstrecken sich im Wesentliche parallel sowie über die gesamte axiale Länge der Statorzähne. Die Bereiche an den Statorzähnen sind magnetisch günstig für die An ordnung der Axialkanäle, denn dadurch lässt sich eine kurze thermische Wirkkette einstellen. Vorzugsweise bilden die Bleche des Blechpaketes die Wandung der je weiligen Axialkanäle, wobei dann das Kühlmittel beim Durchfluss durch die Axialka näle unmittelbar Oberflächen des Blechpakets berührt.
Bevorzugt grenzen die Axialkanäle in radialer Richtung nach außen an den Statorzähnen. Insbesondere ist jeweils ein Axialkanal in Umfangsrichtung mittig zwi schen jeweils zwei Statornuten ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungs form ist jeweils ein Axialkanal in Umfangsrichtung mittig zwischen jeweils zwei Statornuten sowie in radialer Richtung außerhalb der Statorzähne ausgebildet. Je näher die Axialkanäle an den wärmeentwickelnden Komponenten des Stators ange ordnet sind, umso geringer ist die thermische Wirkkette und umso höher ist die Effizi enz der Kühlung.
Beispielsweise sind mehrere Umlenkungskanäle in der jeweiligen Endscheibe ange ordnet, wobei der jeweilige Umlenkungskanal zum Umlenken des Kühlmittels aus einem der Axialkanäle in einen in Umfangsrichtung daran angrenzenden Axialkanal eingerichtet ist. Der jeweilige Umlenkungskanal ist vorzugsweise als längliche Nut in Umfangsrichtung ausgebildet und verbindet zwei in Umfangsrichtung benachbarte Axialkanäle fluidtechnisch miteinander. Mithin strömt das Kühlmittel über die Kühllei tung in die jeweilige End scheiben ein, wobei das Kühlmittel in der jeweiligen End scheibe über den mindestens einen Verteilerkanal zu den Axialkanälen im Blechpa ket des Stators geleitet wird, wobei ferner das Kühlmittel über den jeweiligen Umlen kungskanal in der jeweils anderen Endscheibe um 180° umgelenkt und in einen in Umfangsrichtung angrenzenden Axialkanal eingeleitet wird, wobei das Kühlmittel über die mindestens eine Öffnung in der jeweiligen Endscheibe, in der das Kühlmittel über den mindestens einen Verteilerkanal eingespeist wurde, aus den Axialkanälen auf die Wickelköpfe des Stators gespritzt wird.
Beispielsweise sind der mindestens eine Verteilerkanal und/oder der mindestens ei ne Umlenkungskanal jeweils als Vertiefung in einer zum Blechpaket weisenden Stirn fläche der jeweiligen Endscheibe ausgebildet. Mithin ist entweder der mindestens eine Verteilerkanal oder der mindestens eine Umlenkungskanal jeweils als Vertiefung in der zum Blechpaket weisenden Stirnfläche der jeweiligen Endscheibe ausgebildet. Alternativ sind sowohl der mindestens eine Verteilerkanal als auch der mindestens eine Umlenkungskanal jeweils als Vertiefung in der zum Blechpaket weisenden Stirn fläche der jeweiligen Endscheibe ausgebildet.
Die jeweilige Endscheibe kommt axial an einem jeweiligen stimseitigen Ende des Blechpakets zur Anlage, und zwar derart, dass wenigstens der mindestens eine Ver teilerkanal und der jeweilige Umlenkungskanal fluiddicht an dem Blechpaket anlie- gen. Mithin wird zumindest mittelbar, beispielsweise über mindestens eine Dichtung zwischen der jeweiligen Endscheibe und dem Blechpaket, oder unmittelbar eine Ab dichtung des mindestens einen Verteilkanals und des jeweiligen Umlenkungskanals am Blechpaket ausgebildet, sodass kein Kühlmittel aus dem mindestens einen Ver teilerkanal oder dem jeweiligen Umlenkungskanal ungewollt über die Stirnflächen des Blechpakets ausströmen kann. Insbesondere ist die jeweilige Endscheibe mit dem jeweiligen Blechpaket axial verspannt.
Beispielsweise ist ein Zufluss für das Kühlmittel an einem Außenumfang der jeweili gen Endscheibe ausgebildet, wobei der Zufluss mit dem mindestens einen Verteiler kanal fluidtechnisch verbunden ist. Der Zufluss an der jeweiligen Endscheibe ist be vorzugt über einen in Umfangsrichtung begrenzten Abschnitt an dem Außenumfang der jeweiligen Endscheibe ausgebildet und fluidtechnisch über einen Zuführkanal mit der Kühlleitung verbunden. Der Zufluss weist vorzugsweise die gleiche Vertiefung wie der Verteilerkanal in der Stirnfläche der jeweiligen Endscheibe auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Verteilerkanal zumindest abschnittsweise umlaufend in Umfangsrichtung an der jeweiligen End- scheibe ausgebildet. Mithin ist der mindestens eine Verteilerkanal ringförmig in der Stirnfläche der jeweiligen Endscheibe ausgebildet, wobei der Zufluss des Kühlmittels über den Außenumfang dieser ringförmigen Geometrie erfolgt. Die jeweilige End scheibe weist insbesondere eine zentrale Bohrung zur axialen Durchführung der Statorwicklungen auf, wobei die jeweilige Endscheibe mit der zentralen Bohrung an den Statorwicklungen angrenzt.
Vorzugsweise weist der mindestens eine Verteilerkanal mehrere in radialer Richtung ausgebildete Ausnehmungen zur Einleitung des Kühlmittels in den jeweiligen Axial kanal auf. Beispielsweise sind die Ausnehmungen an einem Innenumfang des ring förmigen Verteilerkanals radial nach innen ausgebildet. Die Ausnehmungen weisen vorzugsweise die gleiche Vertiefung in der Stirnfläche der jeweiligen Endscheibe wie der Verteilerkanal auf und sind im montierten Zustand der Endscheiben am Stator derart positioniert zu den Axialkanälen, dass durch jede Ausnehmung Kühlmittel in einen jeweiligen damit fluchtenden Axialkanal strömt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der jeweilige Umlen kungskanal in Umfangsrichtung zwischen jeweils einer Ausnehmung und jeweils ei ner Öffnung ausgebildet. Beispielsweise sind in beiden Endscheiben in Umfangsrich tung eine Ausnehmung zum Einleiten des Kühlmittels in einen jeweils ersten Axialka nal, ein Umlenkungskanal zum Umlenken des Kühlmittels aus dem jeweils ersten Axialkanal in einen in Umfangsrichtung angrenzenden zweiten Axialkanal, und eine Öffnung zum Abspritzen des Kühlmittels aus dem jeweiligen zweiten Axialkanal auf die Wickelköpfe des Stators angeordnet. Insbesondere wiederholen sich die Aus nehmung, der Umlenkungskanal und die Öffnung in Umfangsrichtung gleichmäßig an der jeweiligen Endscheibe, wobei die Ausnehmung mit genau einem Axialkanal fluid technisch verbunden ist, wobei ferner der Umlenkungskanal mit genau zwei Axialka nälen fluidtechnisch verbunden ist, und wobei die Öffnung mit genau einem Axialka nal fluidtechnisch verbunden ist, wobei die vier zuvor genannten Axialkanäle in der zuvor genannten Reihenfolge in Umfangsrichtung benachbart zueinander ausgebil det sind. Bevorzugt ist die mindestens eine Öffnung dazu eingerichtet, eine Blende aufzuneh men. Unter einer Blende ist ein Element zu verstehen, das die jeweilige Öffnung zu mindest teilweise verschließt bzw. ihren Querschnitt derart verändert, dass der Vo lumenstrom und insbesondere auch eine Spritzrichtung und ein Spritzstrahl einge stellt wird. Neben dem Volumenstrom stellt die Blende auch einen Druck des Kühl mittels in den Axialkanälen ein.
Bevorzugt sind die Axialkanäle umlaufend verteilt über den Umfang des Stators in dem Blechpaket ausgebildet. Mit anderen Worten wird der Stator über die in Um fangsrichtung umlaufend, also über 360° im Blechpaket ausgebildeten Axialkanäle gekühlt. Beispielsweise sind die Axialkanäle gleichmäßig, vorzugsweise symmetrisch im Blechpaket des Stators ausgebildet und erstrecken sich parallel zu einer Dreh achse der Rotorwelle von einem stirnseitigen Ende bis zum anderen stirnseitigen Ende des Stators.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Axialkanäle dazu eingerichtet, abwechselnd von der ersten und zweiten Endscheibe mit Kühlmittel durchströmt zu werden, um eine homogene Temperaturverteilung über den Umfang des Stators einzustellen. Mithin sind die Axialkanäle und Endscheiben derart ausge bildet, dass der Durchfluss von Kühlmittel, also die Durchströmung mit Kühlmittel in den Axialkanälen in Umfangsrichtung abwechselnd von der ersten zur zweiten End scheibe sowie von der zweiten zur ersten Endscheibe erfolgt. Dadurch lässt sich nicht nur eine homogene Kühlung und Temperaturverteilung im Stator erzielen, son dern auch eine homogene beidseitige Kühlung der Wickelköpfe des Stators.
Zur Einstellung einer homogenen Temperaturverteilung über den Umfang des Sta tors wird das Kühlmittel beispielsweise über die erste Endscheibe in die Axialkanäle eingeleitet und über die zweite Endscheibe aus den Axialkanälen ausgeleitet und auf die Wickelköpfe des Stators gespritzt. In jedem zweiten Axialkanal in Umfangsrich tung gesehen, wird dann das Kühlmittel über die zweite Endscheibe in die Axialkanä le eingeleitet und über die erste Endscheibe aus den Axialkanälen ausgeleitet und auf die Wickelköpfe des Stators gespritzt. Alternativ dazu kann eine abwechselnde Durchflussrichtung in den Axialkanälen bei spielsweise auch dadurch erzielt werden, dass Kühlmittel über die erste Endscheibe in die Axialkanäle eingeleitet, über die zweite Endscheibe jeweils in einen in Um fangsrichtung angrenzenden zweiten Axialkanal umgelenkt, und über diesen zweiten Axialkanal wieder zurück in die erste Endscheibe eingeleitet wird, wobei das Kühlmit tel aus der ersten Endscheibe auf die Wickelköpfe des Stators gespritzt wird. In je dem dritten Axialkanal in Umfangsrichtung gesehen, wird dann Kühlmittel über die zweite Endscheibe in die Axialkanäle eingeleitet, über die erste Endscheibe jeweils in einen in Umfangsrichtung angrenzenden vierten Axialkanal umgelenkt, und über die sen vierten Axialkanal wieder zurück in die zweite Endscheibe eingeleitet, wobei das Kühlmittel aus der zweiten Endscheibe auf Wickelköpfe des Stators gespritzt wird.
Beispielsweise sind in den Axialkanälen Kühlrippen zur Wärmeabfuhr ausgebildet.
Die Wärmeabfuhr wird mittels der Kühlrippen in den Axialkanälen verbessert, und zwar dadurch, dass eine größere Benetzung der zur Kühlung wirksamen Fläche er zielt wird. Beispielsweise wird mittels Kühlrippen in den Axialkanälen aufgrund der Querschnittsminderung auch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in den Axialkanälen erhöht. Insbesondere kann der Wirkungsgrad der Kühlrippen erhöht werden, wenn die Strömung an den Kühlrippen zumindest abschnittsweise laminar eingestellt wird. Eine optimierte Strömungsführung des Kühlmittels zur verbesserten Wärmeabfuhr kann insbesondere durch Anpassung von Geometrien sowie gezielten Umlenkungen und einer über den Umfang abwechselnden Durchströmung der Axial kanäle mit Kühlmittel erzielt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die jeweilige Kühl rippe einen ersten, zweiten und dritten Steg auf, wobei die drei Stege den Axialkanal in drei Axialkanalbereiche teilen und sich zumindest teilweise in axialer Richtung des Axialkanals erstrecken. Insbesondere erstreckt sich die jeweilige Kühlrippe in dem jeweiligen Axialkanal über die gesamte Länge des Axialkanals. Der erste, zweite und dritte Steg sind derart ausgebildet, dass sie sich von der Wandung des Axialkanals radial nach innen erstrecken und in einem gemeinsamen Zentrum Zusammentreffen. Die drei Stege können beispielsweise gleich lang sein oder unterschiedliche Längen aufweisen. Insbesondere können auch nur zwei der drei Stege gleich lang sein. Vor- zugsweise sind die drei Axialkanalbereiche zumindest teilweise elliptisch ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die drei Axialkanalbereiche im We sentlichen herzförmig ausgebildet. Weitere bevorzugte Ausführungsform für die drei Axialkanalbereiche sind insbesondere in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Axialkanäle Mittel zur Fluidabdichtung auf. Beispielsweise erfolgt die Fluidabdichtung der Axial kanäle durch Verklebung des Blechpakets des Stators. Gemäß eines weiteren Bei spiels erfolgt die Fluidabdichtung der Axialkanäle durch Einlagen oder Inserts, die fluiddicht sind und sich der Geometrie des jeweiligen Axialkanals anpassen, somit korrespondierend dazu ausgebildet sind. Beispielsweise ist als Einlage ein umfangs seitig geschlossener Schlauch oder eine Verrohrung im jeweiligen Axialkanal zu ver stehen.
Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahr zeugs, umfassend einen erfindungsgemäßen Stator. Die elektrische Maschine wird entweder allein oder in Kombination mit einer weiteren elektrischen Maschine oder einer Brennkraftmaschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet. Beispielsweise ist die elektrische Maschine zum Antrieb einer Achse des Kraftfahrzeugs eingerichtet.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit dem gleichen Bezugszei chen versehen sind. Hierbei zeigt
Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen elektri schen Maschine,
Fig. 2 eine schematische Längsschnittdarstellung der elektrischen Maschine ge mäß Fig. 1 ,
Fig. 3 eine schematische Perspektivdarstellung zweier Endscheiben sowie dazwi schen angeordneten Axialkanälen in einem transparent dargestellten Stator der elektrischen Maschine gemäß Fig. 1 und Fig. 2, Fig. 4 eine schematische Perspektivdarstellung einer der beiden identisch zueinan der ausgebildeten Endscheiben gemäß Fig. 3,
Fig. 5 eine schematische Detailschnittdarstellung durch mehrere Axialkanäle des Stators,
Fig. 6 eine vergrößerte schematische Detaildarstellung eines Axialkanals gemäß Fig. 5, und
Fig. 7 eine vergrößerte schematische Detaildarstellung eines Axialkanals gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Gemäß Fig. 1 umfasst eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 1 einen gehäu sefesten Stator 2 und einen drehbeweglichen Rotor 17, der innerhalb des Stators 2 angeordnet ist und vorliegend von dem Stator 2 teilweise verdeckt ist. Der Rotor 17 umfasst eine Rotorwelle 18 mit einem darin ausgebildeten Kühlkanal 19. Stirnseitig an einem Blechpaket 3 des Stators 2 ist eine erste und eine zweite Endscheibe 4, 5 angeordnet. Mithin ist das Blechpaket 3 des Stators 2 axial zwischen den beiden Endscheiben 4, 5 angeordnet. Ferner ist eine Kühlleitung 6 außerhalb der Endschei ben 4, 5 und des Stators 2 angeordnet, die zur Führung und Einleitung eines Kühl mittels in einen jeweiligen Verteilerkanal 7 an der jeweiligen Endscheibe 4, 5 einge richtet und dazu fluidtechnisch mit dem jeweiligen Verteilerkanal 7 in der jeweiligen Endscheibe 4, 5 verbunden ist. Die Verteilerkanäle 7 in der jeweiligen Endscheibe 4, 5 sind in Fig. 1 aus perspektivischen Gründen nicht gezeigt, jedoch in den nachfol genden Figuren dargestellt.
Gemäß Fig. 2 ist die elektrische Maschine 1 nach Fig. 1 in einem Längsschnitt dar gestellt. In Fig. 2 ist der Kühlkanal 19 in der Rotorwelle 18 des Rotors 17 deutlich sichtbar, wobei der Kühlkanal 19 zur Kühlung der Rotorwelle 3 von Kühlmittel durch strömt wird. Der Stator 2 ist vorliegend in einer Schnittebene dargestellt und umfasst das axial zwischen den beiden Endscheiben 4, 5 angeordnete Blechpaket 3. Das Blechpaket 3 weist mehrere Axialkanäle 8 zur Führung von Kühlmittel durch den Sta- tor 2 auf. Die Axialkanäle 8 sind zur Einströmung des Kühlmittels mit dem jeweiligen Verteilerkanal 7 in der jeweiligen Endscheibe 4, 5 fluidtechnisch verbunden. Ein Ab fluss für das Kühlmittel erfolgt durch mehrere stirnseitige Öffnungen 9 in der jeweili gen Endscheibe 4, 5. Die Öffnungen 9 sind dazu eingerichtet, das Kühlmittel aus den Axialkanälen 8 auf Wickelköpfe 10 des Stators 2 zu spritzen, um dadurch auch die sich stirnseitig nach außen erstreckenden Wickelköpfe 10 des Stators 2 zu kühlen. In der jeweiligen Öffnung 9 ist eine jeweilige Blende 13 zur Einstellung einer Durchfluss rate und einer Geometrie eines jeweiligen Kühlmittelstrahls 20 aufgenommen. Dadurch wird eine größere Benetzung der Wickelköpfe 10 mit Kühlmittel bewirkt. Die aus den Öffnungen 9 spritzenden Kühlmittelstrahlen 20 sind auch in Fig. 1 und Fig. 3 gezeigt.
In Fig. 3 sind der Rotor 17, die Rotorwelle 18 und das Blechpaket 3 des Stators 2 ausgeblendet, wobei lediglich die beiden Endscheiben 4, 5, die im Blechpaket 3 aus gebildeten Axialkanäle 8 und die Kühlleitung 6 dargestellt sind. Jeweils ein Zu fluss 11 für die Einspeisung von Kühlmittel aus der Kühlleitung 6 ist an einem Au ßenumfang der jeweiligen Endscheibe 4, 5 ausgebildet. Der jeweilige Zufluss 11 ist mit dem jeweiligen Verteilerkanal 7 fluidtechnisch verbunden. Mithin strömt das Kühlmittel über den jeweiligen Zufluss 11 in den jeweiligen Verteilerkanal 7 der jewei ligen Endscheibe 4, 5 ein. Der jeweilige Verteilerkanal 7 ist umlaufend in Umfangs richtung an der jeweiligen Endscheibe 4, 5 ausgebildet und weist mehrere in radialer Richtung ausgebildete Ausnehmungen 12 zur Einleitung des Kühlmittels in den je weiligen Axialkanal 8 auf. Ferner sind mehrere Um lenkungskanäle 14 in der jeweili gen Endscheibe 4, 5 angeordnet. Der jeweilige Umlenkungskanal 14 ist zum Umlen ken des Kühlmittels aus einem der Axialkanäle 8 in einen in Umfangsrichtung daran angrenzenden Axialkanal 8 eingerichtet. Die stirnseitigen Öffnungen 9 in der jeweili gen Endscheibe 4, 5 dienen als Abfluss für das Kühlmittel, wobei das Kühlmittel über die Öffnungen 9 aus den Axialkanälen 8 auf die Wickelköpfe 10 des Stators 2 ge spritzt wird. Die in Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten Kühlmittelstrahlen 20 veran schaulichen wie das Kühlmittel aus den Öffnungen 9 abgespritzt wird. Aufgrund der perspektivischen Darstellung sind der Verteilerkanal 9, die Ausnehmungen 12 und die Umlenkungskanäle 14 in der zweiten Endscheibe 5 vorliegend nicht sichtbar. Fig. 4 zeigt eine der beiden Endscheiben 4, 5 gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 in einer ver größerten perspektivischen Darstellung. Beide Endscheiben 4, 5 der elektrischen Maschine 1 sind identisch ausgebildet und im montierten Zustand stirnseitig am Blechpaket 3 angeordnet. Der Verteilerkanal 7 und die Umlenkungskanäle 14 sind jeweils als Vertiefungen in der zum Blechpaket 3 weisenden Stirnfläche der jeweili gen Endscheibe 4, 5 ausgebildet. Der Zufluss 11 für das Kühlmittel ist ebenfalls als Vertiefung an dem Außenumfang der jeweiligen Endscheibe 4, 5 ausgebildet und mit dem Verteilerkanal 7 fluidtechnisch verbunden. Der Verteilerkanal 7 ist umlaufend in Umfangsrichtung an der jeweiligen Endscheibe 4, 5 ausgebildet und weist mehrere in radialer Richtung ausgebildete Ausnehmungen 12 zur Einleitung des Kühlmittels in den jeweiligen Axialkanal 8 auf. Der jeweilige Umlenkungskanal 14 ist in Umfangs richtung zwischen jeweils einer Ausnehmung 12 und jeweils einer Öffnung 9 ausge bildet. Vorliegend folgt im Uhrzeigersinn stets der Umlenkungskanal 14 auf die Aus nehmung 12, wobei die Öffnung 9 jeweils auf den Umlenkungskanal 14 folgt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die jeweilige Endscheibe 4, 5 jeweils neun Ausnehmungen 12, neun Umlenkungskanäle 14 sowie neun Öffnungen 9 auf.
Nach Fig. 3 sind die beiden Endscheiben 4, 5 im montierten Zustand am Blechpa ket 3 des Stators 2 derart zueinander verdreht, dass die jeweiligen Ausnehmun gen 12 an der ersten Endscheibe 4 über einen jeweiligen Axialkanal 8 stets fluid technisch mit den jeweiligen Umlenkungskanälen 14 an der zweiten Endscheibe 5 verbunden sind, wobei die jeweiligen Umlenkungskanäle 14 an der zweiten End scheibe 5 über einen jeweiligen weiteren Axialkanal 8 stets fluidtechnisch mit den Öffnungen 9 an der ersten Endscheibe 4 verbunden sind. Mithin sind die Axialkanä le 8 dazu eingerichtet, abwechselnd von der ersten und zweiten Endscheibe 4, 5 mit Kühlmittel angeströmt zu werden, um eine homogene Temperaturverteilung über den Umfang des Stators 2 einzustellen. Die Pfeile in einigen der Axialkanäle 8 und Um fangskanäle 14 visualisieren die Strömungsrichtung des Kühlmittels. Gemäß der vor liegenden Ausführungsform sind im Blechpaket 3 des Stators 2 insgesamt 36 Axial kanäle 8 gleichmäßig verteilt ausgebildet.
In Fig. 5 ist ein Ausschnitt des Stators 2 dargestellt, wobei vorliegend fünf Axialkanä le 8 im Blechpaket 3 des Stators 2 abgebildet sind. Die Axialkanäle 8 sind im Bereich von Statorzähnen 22 angeordnet. Vorliegend sind die Axialkanäle 8 in Umfangsrich tung mittig zwischen jeweils zwei Statornuten 21 sowie in radialer Richtung außer halb der Statorzähne 22 ausgebildet. In den Axialkanälen 8 sind Kühlrippen 15 zur verbesserten Wärmeabfuhr ausgebildet, wobei die jeweilige Kühlrippe 15 einen ers ten, zweiten und dritten Steg 16a, 16b, 16c aufweist. Die drei Stege 16a, 16b, 16c teilen den Axialkanal 8 in drei Axialkanalbereiche auf und erstrecken sich zumindest teilweise in axialer Richtung des Axialkanals 8. Dadurch ergibt sich ein im Wesentli chen herzförmiger Querschnitt des jeweiligen Axialkanalbereichs.
Fig. 6 zeigt einen der in Fig. 5 dargestellten Axialkanäle 8 vergrößert. Der im Blech paket 3 des Stators 2 ausgebildete Axialkanal 8 erstreckt sich linear von einer ersten Stirnfläche des Stators 2 bis zu einer zweiten Stirnfläche des Stators 2. Die aus den drei Stegen 16a, 16b, 16c gebildete Kühlrippe 15 erstreckt sich über die gesamte Länge des Axialkanals und unterteilt diesen in den drei Axialkanalbereichen. Der ur sprüngliche Querschnitt des Axialkanals 8 ohne Kühlrippe 15 entspricht im Wesentli chen einem Dreieck mit nach innen abgerundeten Ecken. Daraus ergeben sich vor liegend die drei herzförmigen Axialkanalbereiche, die teilweise verdreht und verzerrt sind.
Fig. 7 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Axialkanals 8 im Blech paket 5 des Stators 2. Vorliegend ist in dem Axialkanal 8 eine Kühlrippe 15 zur ver besserten Wärmeabfuhr ausgebildet. Die Kühlrippe 15 weist einen ersten, zweiten und dritten Steg 16a, 16b, 16c auf, wobei die drei Stege 16a, 16b, 16c den Axialka nal 8 in drei Axialkanalbereiche teilen. Die Kühlrippe 13 erstreckt sich in axialer Rich tung des Axialkanals 8 und weist ebenso wie die an dem Blechpaket 5 angrenzende Wandung des Axialkanals 8 Mittel zur Fluidabdichtung auf. Somit kann kein Kühlmit tel in radialer Richtung über das Blechpaket 3 aus dem Axialkanal 8 in den Stator 2 austreten. Der ursprüngliche Querschnitt des Axialkanals 8 ohne Kühlrippe 15 ent spricht im Wesentlichen einem Dreieck mit nach außen abgerundeten Ecken. Daraus ergeben sich vorliegend drei ellipsenbogenförmige Axialkanalbereiche, die teilweise verdreht und verzerrt sind. Bezugszeichen Elektrische Maschine Stator Blechpaket erste Endscheibe zweite Endscheibe Kühlleitung Verteilerkanal Axialkanal Öffnung Wickelkopf Zufluss Ausnehmung Blende Umlenkungskanal Kühlrippe a erster Steg b zweiter Steg c dritter Steg Rotor Rotorwelle Kühlkanal Kühlmittelstrahl Statornut Statorzahn

Claims

Patentansprüche
1. Stator (2) für eine elektrische Maschine (1 ), umfassend ein Blechpaket (3), das axial zwischen einer ersten und einer zweiten Endscheibe (4, 5) angeordnet ist, wo bei eine Kühlleitung (6) zur Einleitung eines Kühlmittels in mindestens einen Vertei lerkanal (7) an der jeweiligen Endscheibe (4, 5) außerhalb der Endscheiben (4, 5) und des Stators (2) angeordnet sowie fluidtechnisch mit dem mindestens einen Ver teilerkanal (7) in der jeweiligen Endscheibe (4, 5) verbunden ist, wobei das Blechpa ket (3) mehrere Axialkanäle (8) zur Führung des Kühlmittels durch den Stator (2) aufweist, wobei die Axialkanäle (8) zur Einströmung des Kühlmittels mit dem mindes tens einen Verteilerkanal (7) in der jeweiligen Endscheibe (4, 5) fluidtechnisch ver bunden sind, wobei ein Abfluss für das Kühlmittel durch mindestens eine stirnseitige Öffnung (9) in der jeweiligen Endscheibe (4, 5) ausgebildet ist, wobei die mindestens eine Öffnung (9) dazu eingerichtet ist, das Kühlmittel aus den Axialkanälen (8) auf Wickelköpfe (10) des Stators (2) zu spritzen.
2. Stator (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Umlenkungs kanäle (14) in der jeweiligen Endscheibe (4, 5) angeordnet sind, wobei der jeweilige Umlenkungskanal (14) zum Umlenken des Kühlmittels aus einem der Axialkanäle (8) in einen in Umfangsrichtung daran angrenzenden Axialkanal (8) eingerichtet ist.
3. Stator (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verteilerkanal (7) und/oder der mindestens eine Umlenkungskanal (14) jeweils als Vertiefung in einer zum Blechpaket (3) weisenden Stirnfläche der jeweiligen End scheibe (4, 5) ausgebildet sind.
4. Stator (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zufluss (11 ) für das Kühlmittel an einem Außenumfang der jeweiligen Endschei be (4, 5) ausgebildet ist, wobei der Zufluss (1 1 ) mit dem mindestens einen Verteiler kanal (7) fluidtechnisch verbunden ist.
5. Stator (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verteilerkanal (7) zumindest abschnittsweise umlaufend in Um fangsrichtung an der jeweiligen Endscheibe (4, 5) ausgebildet ist.
6. Stator (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verteilerkanal (7) mehrere in radialer Richtung ausgebildete Ausnehmungen (12) zur Einleitung des Kühlmittels in den jeweiligen Axialkanal (8) aufweist.
7. Stator (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Umlen kungskanal (14) in Umfangsrichtung zwischen jeweils einer Ausnehmung (12) und jeweils einer Öffnung (9) ausgebildet ist.
8. Stator (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (9) dazu eingerichtet ist, eine Blende (13) aufzuneh men.
9. Stator (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkanäle (8) umlaufend verteilt über den Umfang des Stators (2) in dem Blechpaket (3) ausgebildet sind.
10. Stator (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkanäle (8) dazu eingerichtet sind, abwechselnd von der ersten und zweiten Endscheibe (4, 5) mit Kühlmittel durchströmt zu werden, um eine homogene Tempe raturverteilung über den Umfang des Stators (2) einzustellen.
11 . Stator (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlrippen (15) zur Wärmeabfuhr in den Axialkanälen (8) ausgebildet sind.
12. Stator (2) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Kühl rippe (15) einen ersten, zweiten und dritten Steg (16a, 16b, 16c) aufweist, wobei die drei Stege (16a, 16b, 16c) den Axialkanal (8) in drei Axialkanalbereiche teilen und sich zumindest teilweise in axialer Richtung des Axialkanals (8) erstrecken.
13. Stator (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkanäle (8) Mittel zur Fluidabdichtung aufweisen.
14. Stator (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkanäle (8) im Bereich von Statorzähnen (22) angeordnet sind.
15. Elektrische Maschine (1 ) zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Stator (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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