WO2023143659A1 - Stator - Google Patents

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WO2023143659A1
WO2023143659A1 PCT/DE2022/100958 DE2022100958W WO2023143659A1 WO 2023143659 A1 WO2023143659 A1 WO 2023143659A1 DE 2022100958 W DE2022100958 W DE 2022100958W WO 2023143659 A1 WO2023143659 A1 WO 2023143659A1
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WO
WIPO (PCT)
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stator
laminations
group
fluid
stator laminations
Prior art date
Application number
PCT/DE2022/100958
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Vikrant Tailor
Tim FEREBAUER
Alexandre Fischer
Christian KÜHHIRT
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Publication of WO2023143659A1 publication Critical patent/WO2023143659A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator

Definitions

  • the present invention relates to a stator for an electrical machine, comprising a stator body, which is formed from a plurality of stator laminations arranged in layers, and the stator body has a plurality of fluid channels through which a cooling fluid can flow, as well as an A end shield and a B -End shield, which are each arranged on the end face and on opposite end faces of the stator body, with the A end shield and/or the B end shield having/has at least one hydraulic connection, by means of which the cooling fluid flows through the A end shield and/or the B end shield can be led to at least one of the fluid channels.
  • Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to internal combustion engines that require fossil fuels.
  • Significant efforts have already been made to improve the suitability for everyday use of electric drives and also to be able to offer users the driving comfort they are accustomed to.
  • This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor that is arranged concentrically and coaxially with a bevel gear differential, with a switchable 2-speed planetary gear set being arranged in the power train between the electric motor and the bevel gear differential, which is also is positioned coaxially to the electric motor or the bevel gear differential or spur gear differential.
  • the drive unit is very compact and allows a good compromise between climbing ability, acceleration and energy consumption due to the switchable 2-speed planetary gear set.
  • Such drive units are also referred to as e-axles or electrically operable drive train.
  • hybrid drive trains are also known.
  • Such drive trains of a hybrid vehicle include Usually a combination of an internal combustion engine and an electric motor, and allow - for example in urban areas - a purely electric mode of operation with simultaneous sufficient range and availability, especially for overland journeys.
  • Jacket cooling and winding overhang cooling are known, for example, from the prior art for cooling electrical machines using hydraulic fluids. While jacket cooling transfers the heat generated on the outer surface of the stator laminations into a cooling circuit, with end winding cooling the heat transfer takes place directly on the conductors outside of the stator laminations in the area of the winding overhangs into the fluid.
  • cooling channel courses are usually required which require a series and/or parallel connection of the cooling channels in the laminated core.
  • components are placed at the inlets and/or outlets of the cooling channels, which control the deflection of the cooling fluid into the corresponding cooling channels. It is also possible that several components are required for the deflection. What these components have in common is that additional contours must be present for the deflection of the cooling fluid. Some of these contours are complex and therefore usually expensive to manufacture. Furthermore, such components for deflecting the cooling fluid can lead to a high pressure loss in the cooling circuit, which is regularly undesirable.
  • GB 389 313 A discloses an air-cooled electric machine with a cooling channel geometry provided in the stator.
  • DE 10 2017 214 427 A1 describes a stator for an electrical machine, with at least one stator lamination stack, and with at least one end cap following the stator lamination stack in the axial direction of the stator, with at least one end cap being formed separately from the end cap and separately from the stator lamination stack and at least one of a first cooling channel through which a cooling medium can flow for cooling the stator is provided, which has a first longitudinal region running in the stator laminated core and a second longitudinal region which runs in the end cap, which connects at least one through which the cooling medium can flow and is fluidly connected to the first cooling channel having connected second cooling channel.
  • the object of the invention is therefore to avoid or at least mitigate the disadvantages known from the prior art and to provide a stator which does not require any additional components to form a series and/or parallel connection of fluid channels in the laminated core. It is also the object of the invention to realize a stator with a series and/or parallel connection of fluid channels in the laminated core, the pressure loss of which is as low as possible and at the same time ensures the highest possible heat transfer.
  • a stator for an electrical machine comprising a stator body which consists of a plurality of layers arranged stator laminations, and the stator body has a plurality of fluid channels through which a cooling fluid can flow, as well as an A end shield and a B end shield, which are each arranged on the end face and on opposite end faces of the stator body, with the A end shield and /or the B end shield and/or the stator body have/has at least one hydraulic connection, by means of which the cooling fluid can be guided through the A end shield and/or the B end shield and/or the stator body to at least one of the fluid channels, the stator body a first group of stator laminations having a plurality of fluid passages extending substantially in the axial direction through the stator body, and a second group of stator laminations having a plurality of connecting passages extending substantially in the circumferential direction through the stator body, by means of which two in the circumferential direction adjacent fluid channels are fluidically coupled to one another
  • a core idea of the invention is, among other things, to map the course of the cooling channel completely or at least partially in the laminated core. The necessary deflections, which previously had to be implemented using separate components, are also implemented in the laminated core of the stator.
  • the two stator sheet metal groups have different sheet metal geometries, which are arranged in axial layers in such a way that cooling channels, including a deflection of the cooling fluid, can be formed in the stator body.
  • different sheet metal sections are used in the stator sheet metal groups.
  • the sheet metal sections can be cut, for example, with a stamping tool with controlled punches, as a result of which the stator sheet metal groups can be produced in a particularly cost-effective manner.
  • the fluid channels and/or the connecting channels are preferably designed as windows in the respective stator lamination group. By lining up the Stator laminations or the stator laminations from which they are each formed, the length or the axial extension of the fluid and / or connecting channels can be adjusted and adjusted.
  • the invention makes it possible to control the pressure loss via the number of stator laminations in the area of the deflection of the cooling fluid.
  • the pressure loss along the cooling channel can be adjusted or reduced to a desired minimum.
  • the pressure loss along the fluid ducts can be changed or adjusted.
  • the pressure losses for the deflections of the cooling fluid can be set separately on the opposite end faces of the annular cylindrical stator body.
  • the stator according to the invention is intended for use in an electrical machine.
  • the electrical machine is used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and it generally includes the stationary part, referred to as the stator, stand or armature, and a part that is referred to as the rotor or runner and is arranged such that it can move, in particular rotate, relative to the stationary part Part.
  • the electric machine is dimensioned in such a way that vehicle speeds of more than 50 km/h, preferably more than 80 km/h and in particular more than 100 km/h can be achieved.
  • the electric motor particularly preferably has an output of more than 30 kW, preferably more than 50 kW and in particular more than 70 kW.
  • the electrical machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, very particularly preferably greater than 12,500 rpm.
  • motor vehicles are land vehicles that are moved by machine power without being tied to railroad tracks.
  • a motor vehicle can be selected, for example, from the group of passenger cars (cars), trucks (lorries), mopeds, light motor vehicles, motorcycles, buses (COM) or tractors.
  • the stator according to the invention can preferably be configured for a radial flux machine.
  • the stator of a radial flow machine is usually constructed cylindrically or in the form of a cylindrical ring and generally consists of a stator body which is formed by electrical laminations which are electrically insulated from one another and are constructed in layers and packaged to form laminated cores. This structure keeps the eddy currents in the stator caused by the stator field low. Distributed over the circumference, grooves or peripherally closed recesses are let into the electrical lamination running parallel to the rotor shaft and accommodate the stator winding or parts of the stator winding.
  • the slots can be closed with locking elements such as locking wedges or covers or the like in order to prevent the stator winding from being detached.
  • the stator body is preferably designed in one piece.
  • a one-piece stator body is characterized in that the entire stator body is formed in one piece, viewed circumferentially.
  • the stator body is generally formed from a large number of stacked, laminated electrical laminations, each of the electrical laminations being closed to form a circular ring.
  • the individual laminations can be held together in the stator body, for example, by gluing, welding or screwing.
  • the fluid channels can extend axially parallel to the axis of rotation of a rotor which is mounted so as to be rotatable with respect to the stator, which has proven to be advantageous in terms of cooling capacity and pressure loss.
  • the first group of stator laminations is enclosed in the axial direction by two stator laminations of the first group of stator laminations. In this way, it can be achieved that the cooling fluid can be deflected at both end faces of the cylindrical ring-shaped stator body.
  • the axial extent of the first group of stator laminations corresponds to 3-10 times the axial extent of one of the second group of stator laminations, which is particularly advantageous with regard to the achievable cooling effect and the pressure loss has proven.
  • At least one end disk of the stator body is arranged axially on a second group of stator laminations in such a way that at least one of the fluid channels and at least one connecting channel is closed in the axial direction.
  • the lens can be formed in particular from a sheet metal or a plastic.
  • the cover disk is particularly preferably a stator sheet metal.
  • the invention can also be further developed such that the lens has at least one supply channel, by means of which the hydraulic connection can be fluidically coupled to at least one of the fluid channels and/or connecting channels, which is particularly favorable hydraulically and in terms of connection technology.
  • stator laminations of the first group of stator laminations and/or the stator laminations of the second group of stator laminations are formed essentially in the same parts, which is particularly advantageous in terms of production technology. It is further provided according to the invention that the first group of stator laminations and the second group of stator laminations define an essentially meandering flow path for the cooling fluid, which has also proven to be particularly advantageous in terms of cooling capacity and pressure loss.
  • the cooling fluid has the function of dissipating heat as efficiently as possible from regions of the stator or of the electrical machine that are heating up and of avoiding undesired overheating of these regions.
  • the cooling fluid can in particular also provide lubrication and corrosion protection for the moving parts and/or the metal surfaces of the cooling system of the stator or the electrical machine. In addition, it can in particular also remove contaminants (e.g. due to abrasion), water and air.
  • the invention can also be implemented in an advantageous manner such that the cooling fluid is a liquid, in particular a cooling oil.
  • aqueous cooling fluids for example also emulsions.
  • Figure 1 shows a stator with end shields in a perspective view
  • FIG. 2 shows a stator with end shields in an exploded view
  • FIG. 3 shows a stator with exposed fluid channels and end shields in an exploded view
  • FIG. 4 a detailed view of a stator with exposed fluid channels in a perspective view
  • FIG. 5 shows a detailed view of a stator with free, meandering fluid channels in a perspective view.
  • FIG. 1 shows a stator 1 for an electrical machine, comprising a stator body 3 which is formed from a plurality of stator laminations 4 arranged in layers.
  • the stator body 3 has a plurality of fluid channels 5 through which a cooling fluid 6 can flow, as well as an A end shield 7 and a B end shield 8 which are each arranged on the end face and on opposite end faces 9 of the stator body 3 .
  • the A end shield 7 has a hydraulic connection 10, by means of which the cooling fluid 6 can be guided through the A end shield 7 to at least one of the fluid channels 5.
  • the stator body 3 is constructed from a first group of stator laminations 11, which has a plurality of fluid channels 12 extending essentially in the axial direction through the stator body 3, and a second group of stator laminations 13, which have a plurality of essentially in the circumferential direction has the stator body 3 extending connecting channels 14, by means of which two circumferentially adjacent fluid channels 12 are fluidically coupled to each other. This can be understood particularly well from the detail view in FIG.
  • the fluid channels 12 which have a circumferentially closed contour, extend axially parallel to the axis of rotation of a rotor that is rotatably mounted relative to the stator 1 .
  • a plurality of first groups of stator laminations 11 are arranged axially next to one another. It can also be seen from FIG. 5 that the first group of stator laminations 11 and the second group of stator laminations 13 define an essentially meandering flow path for the cooling fluid 6 .
  • the first group of stator laminations 11 is bordered in the axial direction by two stator laminations 13 of the first group of stator laminations 13 .
  • at least one closing disk 15 of the stator body 3 is arranged on a second group of stator laminations 13 in such a way that at least one of the fluid channels 12 and at least one connecting channel 14 is closed in the axial direction.
  • FIG. 4 shows that the closing disk 15 has at least one supply channel 16, by means of which the hydraulic connection 10 can be fluidically coupled to at least one of the fluid channels 12 and/or connecting channels 14.
  • the connection 10 can widen in a funnel-like manner in the direction of the supply channels 16 in order to allow cooling fluid 6 to flow to a plurality of fluid channels 12 or connecting channels 14 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1 ) für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper (3), welcher aus einer Mehrzahl an schichtweise angeordneten Statorblechen (4) gebildet ist, und der Statorkörper (3) eine Mehrzahl von Fluidkanälen (5) aufweist, welche von einem Kühlfluid (6) durchströmbar sind, sowie ein A-Lagerschild (7) und ein B-Lagerschild (8), welche jeweils stirnseitig und an gegenüberliegenden Stirnseiten (9) des Statorkörpers (3) angeordnet sind, wobei das A-Lagerschild (7) und/oder das B-Lagerschild (8) und/oder der Statorkörper (3) wenigstens einen Hydraulikanschluss (10) aufweisen/aufweist, mittels dessen das Kühlfluid (6) durch das A-Lagerschild (7) und/oder das B- Lagerschild (8) und/oder den Statorkörper (3) zu wenigstens einem der Fluidkanäle (5) führbar ist, wobei der Statorkörper (3) eine erste Gruppe von Statorblechen (11 ) aufweist, die eine Mehrzahl von sich im Wesentlichen in axialer Richtung durch den Statorkörper (3) erstreckender Fluidkanäle (12) besitzt, und eine zweite Gruppe von Statorblechen (13), die eine Mehrzahl von sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung durch den Statorkörper (3) erstreckender Verbindungskanäle (14) aufweist, mittels derer zwei in Umfangsrichtung benachbarte Fluidkanäle (12) fluidisch miteinander gekoppelt sind.

Description

Stator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper, welcher aus einer Mehrzahl an schichtweise angeordneten Statorblechen gebildet ist, und der Statorkörper eine Mehrzahl von Fluidkanälen aufweist, welche von einem Kühlfluid durchströmbar sind, sowie ein A- Lagerschild und ein B-Lagerschild, welche jeweils stirnseitig und an gegenüberliegenden Stirnseiten des Statorkörpers angeordnet sind, wobei das A- Lagerschild und/oder das B-Lagerschild wenigstens einen Hydraulikanschluss aufweisen/aufweist, mittels dessen das Kühlfluid durch das A-Lagerschild und/oder das B-Lagerschild zu wenigstens einem der Fluidkanäle führbar ist.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2- Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.
Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
Bei der Entwicklung der für E-Achsen oder Hybridmodule vorgesehenen elektrischen Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten zu steigern, so dass der hierzu notwendigen Kühlung der elektrischen Maschinen wachsende Bedeutung zukommt. Aufgrund der notwendigen Kühlleistungen haben sich in den meisten Konzepten Hydraulikflüssigkeiten, wie Kühlöle, zum Abtransport von Wärme aus den thermisch beaufschlagten Bereichen einer elektrischen Maschine durchgesetzt.
Die Mantelkühlung sowie die Wickelkopfkühlung sind beispielsweise aus dem Stand der Technik für die Realisierung einer Kühlung von elektrischen Maschinen mittels Hydraulikflüssigkeiten bekannt. Während die Mantelkühlung die entstehende Wärme an der äußeren Oberfläche des Statorblechpakets in einen Kühlkreislauf überträgt, erfolgt bei der Wickelkopfkühlung der Wärmeübergang direkt an den Leitern außerhalb des Statorblechpakets im Bereich der Wickelköpfe in das Fluid.
Weitere Verbesserungen bieten getrennt ausgeführte Kühlkanäle, welche sowohl in das Blechpaket des Stators (siehe z. B. EP3157138 A1 ) als auch in die Nut zusätzlich zu den Leitern eingebracht werden (siehe z. B. Markus Schiefer:
Indirekte Wicklungskühlung von hochausgenutzten permanenterregten Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung, Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017).
Zunehmend kommen, beispielsweise aus Gründen der Gewichtsersparnis, auch gehäuselose elektrische Maschinen zum Einsatz. Bei derartigen gehäuselosen elektrischen Maschinen hoher Leistungsklassen ist es in der Regel erforderlich, die Blechpakete aktiv zu kühlen. Hierzu werden meist Kühlkanalverläufe benötigt die eine Reihen- und/oder Parallelschaltung der Kühlkanäle im Blechpaket erfordern. Um das zu realisieren, werden an den Ein- und/oder Ausgängen der Kühlkanäle Bauteile platziert, die die Umlenkung des Kühlfluids in die entsprechenden Kühlkanäle steuern. Dabei ist es auch möglich das mehrere Bauteile für die Umlenkung erforderlich sind. Diese Bauteile haben die Gemeinsamkeit, das jeweils zusätzlich Konturen für die Umlenkung des Kühlfluids vorhanden sein müssen. Diese Konturen sind teilweise komplex und damit in der Regel teuer in der Herstellung. Ferner können derartige Bauteile zur Umlenkung des Kühlfluids zu einem hohen Druckverlust in dem Kühlkreislauf führen, was regelmäßig unerwünscht ist.
GB 389 313 A offenbart eine luftgekühlte elektrische Maschine mit einer in dem Stator vorgesehenen Kühlkanalgeometrie. DE 10 2017 214 427 A1 beschreibt einen Stator für eine elektrische Maschine, mit wenigstens einem Statorblechpaket, und mit wenigstens einer in axialer Richtung des Stators auf das Statorblechpaket folgenden Endkappe, wobei wenigstens ein separat von der Endkappe und separat von dem Statorblechpaket ausgebildetes und wenigstens einen von einem Kühlmedium zum Kühlen des Stators durchström baren ersten Kühlkanal aufweisendes Leitungselement vorgesehen ist, welches einen in dem Statorblechpaket verlaufenden ersten Längenbereich und einen zweiten Längenbereich aufweist, welcher in der Endkappe verläuft, die wenigstens einen von dem Kühlmedium durchström baren und fluidisch mit dem ersten Kühlkanal verbundenen zweiten Kühlkanal aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden oder zumindest abzumildern, und einen Stator bereitzustellen, welcher zur Ausbildung von einer Reihen- und/oder Parallelschaltung von Fluidkanälen im Blechpaket keine zusätzlichen Bauteile benötigt. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung einen Stator mit einer Reihen- und/oder Parallelschaltung von Fluidkanälen im Blechpaket zu realisieren, deren Druckverlust möglichst gering ist und gleichzeitig einen möglichst hohen Wärmeübergang sicherzustellt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper, welcher aus einer Mehrzahl an schichtweise angeordneten Statorblechen gebildet ist, und der Statorkörper eine Mehrzahl von Fluidkanälen aufweist, welche von einem Kühlfluid durchströmbar sind, sowie ein A- Lagerschild und ein B-Lagerschild, welche jeweils stirnseitig und an gegenüberliegenden Stirnseiten des Statorkörpers angeordnet sind, wobei das A- Lagerschild und/oder das B-Lagerschild und/oder der Statorkörper wenigstens einen Hydraulikanschluss aufweisen/aufweist, mittels dessen das Kühlfluid durch das A-Lagerschild und/oder das B-Lagerschild und/oder den Statorkörper zu wenigstens einem der Fluidkanäle führbar ist, wobei der Statorkörper eine erste Gruppe von Statorblechen aufweist, die eine Mehrzahl von sich im Wesentlichen in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckenden Fluidkanälen besitzt, und eine zweite Gruppe von Statorblechen, die eine Mehrzahl von sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung durch den Statorkörper erstreckenden Verbindungskanälen aufweist, mittels derer zwei in Umfangsrichtung benachbarte Fluidkanäle fluidisch miteinander gekoppelt sind.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine Umlenkung und Steuerung des Druckverlusts der Fluidkanäle und des entsprechenden Kühlsystems einfach durch entsprechend ausgebildete Statorblechgruppen bewirkt werden kann. Zusätzliche Bauteile zur Umlenkung des Kühlfluids können somit entfallen. Hierdurch kann die Anzahl der Bauteile des Stators sowie die Kosten seiner Herstellung reduziert werden. Ein Kerngedanke der Erfindung besteht u.a. also darin, den Kühlkanalverlauf vollständig oder zumindest teilweise im Blechpaket abzubilden. Hierbei werden auch die notwendigen Umlenkungen, welche bislang durch separate Bauteile realisiert werden mussten, im Blechpaket des Stators umgesetzt.
Die beiden Statorblechgruppen weisen dabei unterschiedliche Blechgeometrien auf, die axial so geschichtet angeordnet sind, dass Kühlkanäle inklusive einer Umlenkung des Kühlfluids im Statorkörper ausgebildet werden können. Dazu werden in den Statorblechgruppen verschiedene Blechschnitte verwendet. Die Blechschnitte können beispielsweise mit einen Stanzwerkzeug mit gesteuerten Stempeln geschnitten werden, wodurch die Herstellung der Statorblechgruppen besonders kostengünstig erfolgen kann. Die Fluidkanäle und/oder die Verbindungskanäle sind dabei bevorzugt als Fenster in der jeweiligen Statorblechgruppe ausgebildet. Durch das Aneinanderreihen der Statorblechgruppen bzw. der Statorbleche aus denen sie jeweils gebildet sind, kann die Länge bzw. die axiale Erstreckung der Fluid- und/oder Verbindungskanäle eingestellt und angepasst werden.
Ferner ist es durch die Erfindung möglich, den Druckverlust über die Anzahl der Statorbleche im Bereich der Umlenkung des Kühlfluids zu steuern. Hierdurch kann der Druckverlust entlang des Kühlkanals eingestellt bzw. auf ein angestrebtes Minimum reduziert werden. Durch die Veränderung der Anzahl der Einzelbleche in den äußeren Gruppen, einer der äußeren Gruppen von Statorblechen, welche mittels der Verbindungskanäle die Umlenkung des Kühlfluids in dem Statorkörper realisiert, kann der Druckverlust entlang der Fluidkanäle verändert bzw. angepasst werden. Dabei lassen sich beispielsweise die Druckverluste für die Umlenkungen des Kühlfluids an den sich gegenüberliegenden Stirnseiten des zylinderringförmigen Statorkörpers separat einstellen.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Der erfindungsgemäße Stator ist zur Verwendung in einer elektrischen Maschine vorgesehen. Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel den als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt. Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Der erfindungsgemäße Stator kann bevorzugt für eine Radialflussmaschine konfiguriert sein. Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch bzw. zylinderringförmig aufgebaut und besteht in der Regel aus einem Statorkörper, der durch gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen gebildet ist. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten oder umfänglich geschlossene Ausnehmungen eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin, können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.
Der Statorkörper ist bevorzugt einteilig ausgebildet. Ein einteiliger Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass der gesamte Statorkörper umfänglich gesehen einteilig ausgebildet ist. Der Statorkörper ist dabei in der Regel aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet, wobei jedes der Elektrobleche zu einem Kreisring geschlossen ausgebildet ist. Die Einzelbleche können in dem Statorkörper beispielsweise durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fluidkanäle sich achsparallel zur Drehachse eines drehbar zum Stator gelagerten Rotors erstrecken, was sich hinsichtlich der Kühlleistung und des Druckverlusts als vorteilhaft erwiesen hat. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Gruppe von Statorblechen in axialer Richtung von zwei Statorblechen der ersten Gruppe von Statorblechen eingefasst ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass eine Umlenkung des Kühlfluids an beiden Stirnseiten des zylinderringförmigen Statorkörpers erfolgen kann.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die axiale Erstreckung der ersten Gruppe von Statorblechen 3-10 mal der axialen Erstreckung einer der zweiten Gruppe von Statorblechen entspricht, was sich hinsichtlich der erzielbaren Kühlwirkung und des Druckverlustes als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
Erfindungsgemäß ist es ferner vorgesehen, dass das axial an einer zweiten Gruppe von Statorblechen wenigstens ein Abschlussscheibe des Statorkörpers so angeordnet ist, dass wenigstens einer der Fluidkanäle und wenigstens ein Verbindungskanal in axialer Richtung verschlossen ist. Die Abschlussscheibe kann insbesondere aus einem Blech oder einem Kunststoff gebildet sein. Besonders bevorzugt ist die Abschlussscheibe ein Statorblech.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Abschlussscheibe wenigstens einen Zufuhrkanal aufweist, mittels dessen der Hydraulikanschluss mit wenigstens einem der Fluidkanäle und/oder Verbindungskanäle fluidisch koppelbar ist, was hydraulisch wie anschlusstechnisch besonders günstig ist.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von ersten Gruppen an Statorblechen axial aneinander angeordnet ist, wodurch die Länge des Statorkörpers einstellbar ist.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Statorbleche der ersten Gruppe von Statorblechen und/oder die Statorbleche der zweiten Gruppe von Statorblechen im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet sind, was fertigungstechnisch besonders vorteilhaft ist. Es ist erfindungsgemäß ferner vorgesehen, dass die erste Gruppe von Statorblechen und die zweite Gruppe von Statorblechen einen im Wesentlichen mäanderartigen Strömungspfad für das Kühlfluid definieren, was sich hinsichtlich der Kühlleistung und des Druckverlusts ebenfalls als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
Das Kühlfluid hat in dem Stator bzw. in der elektrischen Maschine die Funktion, Wärme möglichst effizient aus sich erwärmenden Bereichen des Stators bzw. der elektrischen Maschine abzuführen und ein unerwünschtes Überhitzen dieser Bereiche zu vermeiden. Neben dieser Hauptaufgabe kann das Kühlfluid insbesondere auch die Schmierung und den Korrosionsschutz für die beweglichen Teile und/oder die Metalloberflächen des Kühlsystems des Stators bzw. der elektrischen Maschine bereitstellen. Außerdem kann es insbesondere auch Verunreinigungen (beispielsweise durch Abrieb), Wasser und Luft abführen.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass das Kühlfluid eine Flüssigkeit, insbesondere ein Kühlöl, ist. Grundsätzlich ist es allerdings auch denkbar, wässrige Kühlfluide, beispielsweise auch Emulsionen, zu verwenden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 einen Stator mit Lagerschilden in einer perspektivischen Ansicht,
Figur 2 einen Stator mit Lagerschilden in einer Explosionsdarstellung,
Figur 3 einen Stator mit freigestellten Fluidkanälen und Lagerschilden in einer Explosionsdarstellung,
Figur 4 eine Detailansicht eines Stators mit freigestellten Fluidkanälen in einer perspektivischen Ansicht, Figur 5 eine Detailansicht eines Stators mit freigestellten, mäanderförmig verlaufenden Fluidkanälen in einer perspektivischen Ansicht.
Die Figur 1 zeigt einen Stator 1 für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper 3, welcher aus einer Mehrzahl an schichtweise angeordneten Statorblechen 4 gebildet ist.
Der Statorkörper 3 weist eine Mehrzahl von Fluidkanälen 5 auf, welche von einem Kühlfluid 6 durchströmbar sind, sowie ein A-Lagerschild 7 und ein B-Lagerschild 8, welche jeweils stirnseitig und an gegenüberliegenden Stirnseiten 9 des Statorkörpers 3 angeordnet sind. Wie aus der Figur 2 ersichtlich wird, weist das A- Lagerschild 7 einen Hydraulikanschluss 10 auf, mittels dessen das Kühlfluid 6 durch das A-Lagerschild 7 zu wenigstens einem der Fluidkanäle 5 führbar ist.
Der Statorkörper 3 ist aufgebaut aus einer ersten Gruppe von Statorblechen 11 , die eine Mehrzahl von sich im Wesentlichen in axialer Richtung durch den Statorkörper 3 erstreckenden Fluidkanälen 12 besitzt, und einer zweiten Gruppe von Statorblechen 13, die eine Mehrzahl von sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung durch den Statorkörper 3 erstreckenden Verbindungskanälen 14 aufweist, mittels derer zwei in Umfangsrichtung benachbarte Fluidkanäle 12 fluidisch miteinander gekoppelt sind. Dies lässt sich besonders gut aus der Detaildarstellung der Figur 5 nachvollziehen.
Die Fluidkanäle 12, welche eine umfänglich geschlossene Kontur aufweisen, erstrecken sich dabei achsparallel zur Drehachse eines drehbar zum Stator 1 gelagerten Rotors. Zur Einstellung der axialen Erstreckung des Stators 1 bzw. der axialen Erstreckung der Fluidkanäle 12 über möglichst die gesamte axiale Länge des Stators 1 ist eine Mehrzahl von ersten Gruppen an Statorblechen 11 axial aneinander angeordnet. Ersichtlich ist aus der Figur 5 ferner, dass die erste Gruppe von Statorblechen 11 und die zweite Gruppe von Statorblechen 13 einen im Wesentlichen mäanderartigen Strömungspfad für das Kühlfluid 6 definieren. Hierzu ist die erste Gruppe von Statorblechen 11 in axialer Richtung von zwei Statorblechen 13 der ersten Gruppe von Statorblechen 13 eingefasst. Axial ist ferner jeweils an einer zweiten Gruppe von Statorblechen 13 wenigstens eine Abschlussscheibe 15 des Statorkörpers 3 so angeordnet, dass wenigstens einer der Fluidkanäle 12 und wenigstens ein Verbindungskanal 14 in axialer Richtung verschlossen ist.
In der Figur 4 ist gezeigt, dass die Abschlussscheibe 15 wenigstens einen Zufuhrkanal 16 aufweist, mittels dessen der Hydraulikanschluss 10 mit wenigstens einem der Fluidkanäle 12 und/oder Verbindungskanäle 14 fluidisch koppelbar ist. Der Anschluss 10 kann sich hierzu in Richtung der Zufuhrkanäle 16 trichterartig aufweiten, um einen Zufluss von Kühlfluid 6 zu einer Mehrzahl an Fluidkanälen 12 bzw. Verbindungskanälen 14 zu erlauben.
Somit ergibt sich also ein Kühlkreislauf, der das Kühlfluid 6 durch den Hydraulikanschluss 10 des A-Lagerschilds 7 zu dem Zufuhrkanal 16 die Abschlussscheibe 15 führt, von dem aus das Kühlfluid 6 dann über die annähernd gesamte axiale Erstreckung des Stators 1 mäanderförmig durch die Fluidkanäle 12 und Verbindungskanäle 14 geleitet wird. Das Kühlfluid 6 kann dann an einer geeigneten Stelle wieder aus dem Stator 1 herausgeführt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. Bezuqszeichenliste
I Stator 3 Statorkörper
4 Statorblechen
5 Fluidkanälen
6 Kühlfluid
7 A-Lagerschild 8 B-Lagerschild
9 Stirnseiten
10 Hydraulikanschluss
I I Statorblechen
12 Fluidkanälen 13 Statorblechen
14 Verbindungskanälen
15 Abschlussscheibe
16 Zufuhrkanal

Claims
Ansprüche Stator (1 ) für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper (3), welcher aus einer Mehrzahl an schichtweise angeordneten Statorblechen (4) gebildet ist, und der Statorkörper (3) eine Mehrzahl von Fluidkanälen (5) aufweist, welche von einem Kühlfluid (6) durchströmbar sind, sowie ein A- Lagerschild (7) und ein B-Lagerschild (8), welche jeweils stirnseitig und an gegenüberliegenden Stirnseiten (9) des Statorkörpers (3) angeordnet sind, wobei das A-Lagerschild (7) und/oder das B-Lagerschild (8) und/oder der Statorkörper (3) wenigstens einen Hydraulikanschluss (10) aufweisen/aufweist, mittels dessen das Kühlfluid (6) durch das A-Lagerschild (7) und/oder das B- Lagerschild (8) und/oder den Statorkörper (3) zu wenigstens einem der Fluidkanäle (5) führbar ist, wobei der Statorkörper (3) eine erste Gruppe von Statorblechen (11 ) aufweist, die eine Mehrzahl von sich im Wesentlichen in axialer Richtung durch den Statorkörper (3) erstreckender Fluidkanäle (12) besitzt, und eine zweite Gruppe von Statorblechen (13), die eine Mehrzahl von sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung durch den Statorkörper (3) erstreckender Verbindungskanäle (14) aufweist, mittels derer zwei in Umfangsrichtung benachbarte Fluidkanäle (12) fluidisch miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe von Statorblechen (11 ) in axialer Richtung von zwei Statorblechen (13) der zweiten Gruppe von Statorblechen (13) eingefasst ist, wobei das axial an einer zweiten Gruppe von Statorblechen (13) wenigstens eine Abschlussscheibe (15) des Statorkörpers (3) so angeordnet ist, dass wenigstens einer der Fluidkanäle (12) und wenigstens ein Verbindungskanal (14) in axialer Richtung verschlossen ist, wobei die erste Gruppe von Statorblechen (11 ) und die zweite Gruppe von Statorblechen (13) einen im Wesentlichen mäanderartigen Strömungspfad für das Kühlfluid (6) definieren. Stator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanäle (12) sich achsparallel zur Drehachse eines drehbar zum Stator (1 ) gelagerten Rotors erstrecken.
3. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung der ersten Gruppe von Statorblechen (11 ) 3-10 mal der axialen Erstreckung einer der zweiten Gruppe von Statorblechen (13) entspricht.
4. Stator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Abschlussscheibe (15) wenigstens einen Zufuhrkanal (16) aufweist, mittels dessen der Hydraulikanschluss (10) mit wenigstens einem der Fluidkanäle (12) und/oder Verbindungskanäle (14) fluidisch koppelbar ist.
5. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von ersten Gruppen an Statorblechen (11 ) axial aneinander angeordnet ist.
6. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorbleche der ersten Gruppe von Statorblechen (11 ) und/oder die Statorbleche der zweiten Gruppe von Statorblechen (13) im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet sind.
7. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid (6) eine Flüssigkeit, insbesondere ein Kühlöl, ist.
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