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WO2018211096A1 - Elektrische maschine, insbesondere für ein fahrzeug - Google Patents

Elektrische maschine, insbesondere für ein fahrzeug Download PDF

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Publication number
WO2018211096A1
WO2018211096A1 PCT/EP2018/063165 EP2018063165W WO2018211096A1 WO 2018211096 A1 WO2018211096 A1 WO 2018211096A1 EP 2018063165 W EP2018063165 W EP 2018063165W WO 2018211096 A1 WO2018211096 A1 WO 2018211096A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stator
coolant
electrical machine
machine according
plastic
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/063165
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mirko HOERZ
Hans-Ulrich Steurer
Josef Sonntag
Stojan Markic
Andrej LICEN
Aleks MEDVESCEK
Peter Sever
Philip GRABHERR
Original Assignee
Mahle International Gmbh
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 Mahle International Gmbh filed Critical Mahle International Gmbh
Priority to US16/614,678 priority Critical patent/US11581771B2/en
Priority to DE112018002592.6T priority patent/DE112018002592A5/de
Priority to JP2019563867A priority patent/JP2020521421A/ja
Priority to CN201880042817.1A priority patent/CN110832744A/zh
Publication of WO2018211096A1 publication Critical patent/WO2018211096A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • 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
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    • 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
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    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/227—Heat sinks

Definitions

  • Electric machine in particular for a vehicle
  • the invention relates to an electric machine, in particular for a vehicle, as well as a vehicle with such a machine.
  • Such an electrical machine may generally be an electric motor or a generator.
  • the electric machine can be designed as an external rotor or as an internal rotor.
  • a generic machine for example from US 5,214,325. It comprises a housing which surrounds an interior space and which has a jacket radially surrounding the interior in a circumferential direction of the housing, axially on the one hand an axially delimiting the rear wall and axially on the other hand an axially delimiting the front side wall.
  • Firmly connected to the jacket is a stator of the machine.
  • a rotor of the machine is arranged, wherein a rotor shaft of the rotor is rotatably supported via a front shaft bearing on the front side wall.
  • the stator of a conventional electric machine comprises stator windings which are electrically energized during operation of the machine. This creates heat that must be dissipated to avoid overheating and associated damage or even destruction of the stator.
  • a cooling device for cooling the stator - in particular said stator windings.
  • Such a cooling device comprises one or more cooling channels through which a coolant flows and in the vicinity of Stator windings are arranged in the stator. Heat can be removed from the stator by transferring heat from the stator windings to the coolant.
  • an object of the present invention to provide an improved embodiment for an electric machine, in which this disadvantage is largely or even completely eliminated.
  • an improved embodiment for an electrical machine is to be created, which is characterized by improved cooling of the stator windings of the stator.
  • the basic idea of the invention is therefore to embed the stator windings of an electric machine together with a cooling channel through which cooling medium can flow for cooling the stator windings into a plastic mass of an electrically insulating plastic.
  • the plastic can act as a heat transfer medium for transferring heat from the stator windings to the coolant on the one hand and as an electrical insulator for the stator windings on the other hand.
  • a particularly good heat transfer between the stator windings and the guided through the cooling channel coolant is produced.
  • a plastic which has a high thermal conductivity.
  • thermosetting plastics are suitable.
  • the direct thermal coupling of the cooling channel with the coolant to the stator windings to be cooled by means of the invention essential embedding of these two components in a plastic plastic material leads to a comparison with conventional cooling devices particularly effective cooling of the stator windings.
  • the preparation of the plastic mass essential to the invention can preferably be carried out by means of injection molding, in which the stator windings to be cooled as well as the cooling channel for molding the plastic compound are encapsulated with the plastic.
  • the embedding of the stator windings and the cooling channel in the plastic material is therefore very simple. This results in considerable cost advantages in the production of the electric machine according to the invention.
  • An electric machine in particular for a vehicle, comprises a rotor which is rotatable about an axis of rotation. By the rotation axis, an axial direction of the electric machine is defined.
  • the machine also includes a stator having a plurality of stator windings.
  • the machine further comprises a coolant distribution chamber and an axially spaced-apart coolant collecting chamber.
  • the coolant distributor chamber communicates fluidically with the coolant collector chamber by means of at least one cooling channel through which a coolant can flow.
  • a plurality of between the coolant distribution chamber and the coolant collecting space provided such cooling channels.
  • the at least one cooling channel and the at least one stator winding for thermal coupling to the coolant are at least partially embedded in a plastic mass of an electrically insulating plastic.
  • the coolant distributor space and / or the coolant collector space for thermal coupling to the stator windings is arranged at least partially in the at least one plastic mass. This allows a particularly good heat transfer between the coolant distributor chamber or the coolant collector chamber and the stator windings, so that the coolant distributor chamber or the coolant collector chamber can also be used for direct absorption of heat from the stator windings.
  • the stator has stator teeth extending along the axial direction and spaced along a circumferential direction, which support the stator windings.
  • the plastic compound is arranged with the at least one cooling channel and with the at least one stator winding in a gap, which is formed between two stator teeth adjacent in the circumferential direction. This measure ensures a particularly good heat transfer between the stator windings and the cooling channel, since the cooling channel is arranged in the intermediate space in the immediate vicinity of the stator windings to be cooled.
  • said gap between the stator teeth can be used in the production of the plastic compound in the manner of a casting mold into which the plastic of the plastic compound is injected.
  • a further preferred embodiment proposes to divide the intermediate space into a first and a second subspace.
  • the at least one stator winding is arranged in the first subspace.
  • the second subspace of at least one cooling channel is arranged.
  • a positioning aid is formed, by means of which the at least one cooling channel can be positioned in the second subspace. This measure allows a precise and stable positioning of the cooling channel - which is typically a tubular body or a flat tube - when it is molded together with the stator windings in the space between the two stator teeth with the plastic material resulting plastic.
  • the positioning aid comprises two projections, which are formed on two stator teeth adjacent in the circumferential direction.
  • the two projections face each other in the circumferential direction of the rotor and protrude into the gap for positioning the cooling passage.
  • the plastic compound protrudes axially, preferably on both sides, out of the respective intermediate space.
  • the plastic mass can also be used for partially limiting the coolant distribution chamber or the coolant collecting space.
  • a required in the course of the manufacture of the machine removal of the projecting out of the gap portion of the plastic material can be omitted, which is associated with cost advantages in the manufacture of the machine.
  • a further advantageous embodiment therefore proposes that the at least one plastic mass measures the coolant distributor space and / or the coolant collector. At least partially limited. The provision of a separate boundary for the coolant distributor chamber or the coolant collector chamber, for example in the form of a housing, can thus be dispensed with.
  • the plastic mass arranged in the intermediate space consists of a single plastic material.
  • an additional electrical insulation made of an electrically insulating material is arranged in the intermediate space, preferably between the stator winding or plastic compound and the stator tooth. Since in this embodiment, only a single plastic material must be introduced into the interstices, the production of the plastic material from this plastic can be carried out in a single injection molding step. The production of the plastic material is therefore particularly simple, which involves cost advantages.
  • the plastic mass substantially completely fills the intermediate space.
  • undesirable gaps such as in the form of air gaps, which would lead to an undesirable reduction in heat transfer, avoided.
  • the electrically insulating plastic of the plastic mass comprises a thermoset or is a thermosetting plastic.
  • the electrically insulating plastic of the plastic mass may comprise a thermoplastic or be a thermoplastic.
  • a combination of a thermoset and a thermoplastic is conceivable in a further variant.
  • At least one cooling channel and the plastic mass can be provided in each case in at least one, preferably in each intermediate space, between two respective stator teeth adjacent in the circumferential direction. To this ensures that heat can be dissipated from all existing stator windings.
  • the at least one cooling channel is arranged radially outside and / or radially inside the respective stator winding in the intermediate space. This allows a space-saving arrangement of the cooling channel close to the stator windings to be cooled, so that the electric machine for cooling the stator windings requires little space.
  • a preferred embodiment proposes to form the at least one cooling channel as a tubular body, which surrounds a Rohrkorperinnenraum.
  • at least one separating element is formed on the tubular body, which divides the Rohrkorperinnenraum into at least two fluidly separate from each other cooling channels.
  • An advantageous development proposes to form the tubular body as a flat tube, which extends along the axial direction and has two broad sides and two narrow sides in a cross section perpendicular to the axial direction. Expediently, in the cross section perpendicular to the axial direction, at least one broad side of the flat tube extends substantially perpendicular to the radial direction.
  • a length of the two broad sides may preferably be at least four times, preferably at least ten times, a length of the two narrow sides.
  • the coolant distributor chamber and / or the coolant collector chamber are formed by a cavity which is present at least partially, preferably completely, in the plastic mass.
  • the plastic compound is an injection molding compound made of an electrically insulating plastic.
  • the stator comprises a, preferably annular, stator body, from which protrude the stator teeth.
  • the plastic mass of the electrically insulating plastic is arranged on an outer peripheral side of the stator body and preferably forms a plastic coating on this outer peripheral side.
  • the stator can be electrically isolated from the environment.
  • the provision of a separate housing for receiving the stator body can thus be omitted.
  • a coating of at least one or both end sides of the stator body with the plastic compound is also conceivable in an optional variant.
  • the plastic compound can envelop the stator body, preferably completely.
  • the plastic mass surrounds at least one axially projecting from the gap of the stator body winding section at least one stator winding and thereby partially delimits the coolant distribution chamber and / or the coolant collector space, so that this winding section of the stator winding is electrically insulated from the coolant. An undesired electrical short circuit of the coolant with the stator winding during operation of the electric machine is prevented in this way.
  • the coolant distribution chamber communicates by means of a plurality of cooling channels fluidly with the coolant distribution chamber.
  • the plurality of cooling channels each at a distance to each other, along the axial direction. This measure ensures that all axial sections of the stator windings are cooled.
  • the cooling channels are arranged along a circumferential direction of the stator at a distance from each other. This measure ensures that all stator windings are cooled along the circumferential direction.
  • the coolant distributor space and / or coolant collector space is arranged exclusively in an axial extension of the stator body adjacent thereto.
  • the coolant distributor chamber or the coolant collector chamber does not project beyond this along a radial direction of the stator body or stator. This embodiment requires only very little installation space in the radial direction.
  • At least one stator winding is particularly preferably designed such that it is electrically isolated from the coolant and the stator body at least in the area within the respective intermediate space during operation of the electrical machine. This is especially preferred for all stator windings of the electrical machine. An undesired electrical short circuit of the stator winding with the stator body - during operation of the electric machine - with the coolant is prevented in this way.
  • This electrical insulation of the at least one stator winding from the stator body, preferably also from the stator teeth delimiting the gap is particularly expediently formed completely by the plastic compound and / or by the additional electrical insulation already mentioned above. The provision of a further electrical insulator can be omitted in this way.
  • the additional electrical insulation within the gap extends over the entire length of the gap measured along the axial direction so as to isolate the stator winding from the stator body and from the gap defining stator teeth.
  • the additional electrical insulation encloses the stator winding within the intermediate space over at least the entire length of the intermediate space along its circumference.
  • the at least one stator winding is also electrically insulated from the cooling channel formed as a tubular body.
  • the electrical insulation is formed by the plastic compound and / or the additional insulation.
  • stator windings can be part of a distributed winding.
  • the invention further relates to a vehicle, in particular a motor vehicle with a previously presented electric machine.
  • a vehicle in particular a motor vehicle with a previously presented electric machine.
  • FIG. 1 shows an example of an electrical machine according to the invention in a longitudinal section along the axis of rotation of the rotor
  • Fig. 2 shows the stator of the electric machine according to Figure 1 in a cross section perpendicular to the axis of rotation of the rotor
  • Fig. 3 is a detailed view of the stator of Figure 2 in the region of a gap between two adjacent in the circumferential direction
  • FIG. 4 shows a development of the variant according to FIG. 3 5 shows a first variant of the electric machine of FIG. 1, in which the coolant flowing through the cooling channels is also used to cool the shaft bearings of the rotor,
  • FIG. 6 shows a second variant of the electric machine according to FIG. 1, which requires very little installation space
  • Fig. 7 shows a third variant of the machine according to Figure 1, which allows a particularly effective cooling of the stator windings.
  • FIG. 1 illustrates an example of an electrical machine 1 according to the invention in a sectional representation.
  • the electric machine 1 is dimensioned so that it can be used in a vehicle, preferably in a road vehicle.
  • the electric machine 1 comprises a rotor 3 and a stator 2 which are only roughly illustrated in FIG. 1.
  • the stator 2 is shown in a separate section in FIG. 2 in a cross section perpendicular to the axis of rotation D along the section line II-II of FIG.
  • the rotor 3 has a rotor shaft 31 and can have a plurality of magnets (not shown in detail in FIG. 1) whose magnetic polarization alternates along the circumferential direction U.
  • the rotor 3 is rotatable about a rotation axis D whose position is determined by the central longitudinal axis M of the rotor shaft 31.
  • an axial direction A is defined, which extends parallel to the rotation axis D.
  • a radial direction R is perpendicular to the axial direction A.
  • a circumferential direction U rotates about the rotation axis D.
  • the rotor 3 is arranged in the stator 2.
  • the electrical machine 1 shown here is a so-called internal rotor. It is also conceivable, however, a realization as a so-called external rotor, in which the rotor 3 is arranged outside of the stator 2.
  • the rotor shaft 31 is rotatably mounted on the stator 2 in a first shaft bearing 32a and, axially spaced therefrom, in a second shaft bearing 32b about the rotation axis D.
  • the stator 2 also comprises, in a known manner, a plurality of stator windings 6 which can be electrically energized to produce a magnetic field. Magnetic interaction of the magnetic field generated by the magnets of the rotor 3 with the magnetic field generated by the stator windings 6 causes the rotor 3 to rotate.
  • the stator windings 6 may be part of a distributed winding.
  • the stator 2 may have an annular stator body 7, for example made of iron.
  • the stator body 7 can be formed from a plurality of stator body plates (not shown) stacked on each other along the axial direction A and glued together.
  • a plurality of stator teeth 8 are formed radially inwardly extending along the axial direction A, projecting radially inwardly away from the stator 7 and spaced along the circumferential direction U are arranged to each other.
  • Each stator tooth 8 carries a stator winding 6.
  • the individual stator windings 6 together form a winding arrangement.
  • the individual stator windings 6 of the entire winding arrangement may be electrically wired together in a suitable manner.
  • stator windings 6 During operation of the machine 1, the electrically energized stator windings 6 generate waste heat which has to be dissipated from the machine 1 in order to overheat and prevent concomitant damage or even destruction of the machine 1. Therefore, the stator windings 6 are cooled by means of a coolant K which is passed through the stator 2 and receives the heat generated by the stator windings 6 by heat transfer.
  • the machine 1 comprises a coolant distributor chamber 4, in which a coolant K can be introduced via a coolant inlet 33.
  • a coolant collecting chamber 5 is arranged.
  • the coolant distribution chamber 4 communicates by means of a plurality of cooling channels 10, of which only a single one can be seen in the illustration of FIG. 1, fluidically with the coolant collector chamber 5.
  • the coolant distributor chamber 4 and the coolant collector chamber 5 can each have an annular geometry.
  • a plurality of cooling channels 10 are arranged spaced from each other, each extending along the axial direction A from the annular coolant distributor space 4 to the annular coolant collecting chamber 5.
  • the coolant K introduced into the coolant distributor chamber 4 via the coolant inlet 33 can be distributed to the individual cooling channels 10.
  • the coolant K is collected in the coolant collector chamber 5 and discharged from the machine 1 via a coolant outlet 34 provided on the stator 2.
  • stator windings 6 are arranged in intermediate spaces 9, which are formed between two stator teeth 8 each adjacent in the circumferential direction U.
  • Said intermediate spaces 9 are also known to those skilled in the art as so-called “stator Grooves "or” stator slots “are known, which extend as well as the stator teeth 8 along the axial direction A.
  • FIG. 3 shows a gap 9 formed between two stator teeth 8 adjacent in the circumferential direction U-also referred to below as stator teeth 8a, 8b-in a detailed representation.
  • a plastic compound 1 1 is provided in accordance with Figure 3 in the interstices 9 of a plastic.
  • the plastic compound 1 1 is an injection molding compound made of an electrically insulating plastic. The use of an injection molding process simplifies and accelerates the production of the plastic compound.
  • the plastic material 1 1 consists of a single plastic material.
  • the plastic mass 1 which may for example consist of a thermosetting plastic or thermoplastics, which are arranged in the intermediate space 9 cooling channel 10 and arranged in the same space 9 stator winding 6 are embedded.
  • the stator winding 6 arranged in the interspace 9 according to FIG. 3 is in each case partially associated with a first stator winding 6a, which is supported by a first stator tooth 8a and is partially associated with a second stator winding 6b which extends from a first stator tooth 8a adjacent in the circumferential direction U, the second stator tooth 8b is worn.
  • a virtual separation line 12 is shown in FIG.
  • stator winding 6a carried by the stator tooth 8a.
  • the winding wires 13b shown on the right of the dividing line 12 belong to the stator winding 6b supported by the stator tooth 8b.
  • an additional electrical insulation 15 made of an electrically insulating material is arranged in the respective gap 9 between the plastic compound 11 and the stator body 7 or the two stator teeth 8a, 8b delimiting the gap 9 in the circumferential direction U. , Particularly cost-effective proves an electrical insulation 15 made of paper.
  • the cooling channels 10 can each be formed by a tubular body 13, for example made of aluminum, which surrounds a tubular body interior 22.
  • one or more separating elements 18 may be formed on the tubular body 16 which subdivide the cooling channel 10 into subcooling channels 19 which are fluidically separated from one another.
  • the flow behavior of the coolant K in the cooling channel 10 can be improved, whereby an improved heat transfer to the coolant K is accompanied.
  • the tubular body 16 is additionally mechanically stiffened in this way.
  • three such separating elements 18 are shown, so that four partial cooling channels 19 result.
  • the tube body 16 forming the cooling channel 10 is designed as a flat tube 17, which has two broad sides 20 and two narrow sides 21 in a cross section perpendicular to the axis of rotation D of the rotor 3 (see FIG. In the cross section shown in Figure 3 perpendicular to the axial direction A, the two broad sides 20 of the flat tube 17 extend perpendicular to the radial direction R.
  • a length of the two broad sides 20 is at least the Four times, preferably at least ten times, a length of the two narrow sides 21st
  • the cooling channels 10 are arranged radially outside the stator windings 6 in the respective intermediate space 9.
  • the radial distance of the cooling channels 10 to the axis of rotation D of the rotor 3 is thus greater than that of the stator windings 6 to the rotation axis D.
  • the cooling channels 10 formed by tubular bodies 16 or flat tubes 17 are first introduced into the intermediate spaces 9. Subsequently, the electrical insulation 15, for example made of paper, is inserted into the intermediate spaces 9. Thereafter, the stator windings 6 are arranged on the stator teeth 8 and thus also introduced into the interstices 9 and then overmoulded with the plastic material 1 1 resulting plastic material, for example a thermoset. In the course of the production of the plastic mass 1 1, the stator body 7 with the plastic material 1 1 resulting plastic, ie in particular with the thermoset, are overmolded.
  • the intermediate space 9 comprises a first subspace 9c, in which the stator winding 6 is arranged, and a second subspace 9d, in which the cooling channel 10 is arranged and which supplements the first subspace 9c to the intermediate space 9.
  • a fixing device 27 may be arranged between the two subspaces, by means of which the cooling channel 10 is fixed in the second subspace 9d.
  • Said fixing device 27 comprises two projections 28a, 28b, which are formed on the two adjacent in the circumferential direction U and the gap 9 limiting stator teeth 8a, 8b.
  • the two projections 28a, 28b are an Nander in the circumferential direction U facing and protrude to fix the cooling channel into the gap.
  • the protrusions 28a, 28b act as a radial stop for the cooling channel 10 formed as a tubular body 16 or flat tube 17, which prevents undesired movement of the cooling channel 10, in particular during manufacture of the plastic compound 1 1, by means of injection molding radially inwards.
  • FIG. 4 shows a development of the example of FIG. 3.
  • the embodiment of FIG. 4 differs from the example of FIG. 3 in that a cooling channel 10 is provided in the intermediate space 9 not only radially outside but additionally also radially inside, which, as in the example 3 may be formed as a tubular body 16 or as a flat tube 17.
  • the radially inner cooling channel 10 is shown as a flat tube 17 with two separating elements 18 and three partial cooling channels 19.
  • the integrally formed plastic mass 1 1 can protrude axially on both sides of the spaces 9.
  • This also makes it possible to embed the coolant distributor chamber 4 and, alternatively or additionally, the coolant collector chamber 5 for thermal coupling to the two axial end sections 14a, 14b of the respective stator winding 6 in the plastic compound 11, which are arranged axially outside the respective intermediate space 9.
  • an effective heat transfer with the coolant K present in the coolant distributor chamber 4 or coolant collector chamber 5 can be produced.
  • stator 2 with the stator body 7 and the stator teeth 8 is arranged axially between a first and a second end shield 25a, 25b.
  • a part of the coolant distributor chamber 4 is arranged in the first end shield 25a and a part of the coolant reservoir 5 is arranged in the second end shield 25b.
  • the coolant distributor chamber 4 and the coolant collector chamber 5 are thus each partially formed by a provided in the plastic material 1 1 cavity 41 a, 41 b.
  • the first cavity 41 a is supplemented by a formed in the first bearing plate 25 a cavity 42 a to the coolant distribution chamber 4.
  • the second cavity 41 b is supplemented by a formed in the second bearing plate 25 b cavity 42 b to the coolant plenum 5.
  • the plastic compound 1 1 thus limits the coolant distributor chamber 4 and the coolant collector chamber 5 at least partially.
  • a coolant supply 35 can be formed in the first end shield 25a, which connects the coolant distribution chamber 4 fluidically with a coolant inlet 33 provided on the outside, in particular as shown in FIG. 1, on the first end shield 25a.
  • a coolant outlet 36 can accordingly be formed, which fluidly connects the coolant collector chamber 5 with a coolant outlet 34 provided on the outside, in particular as shown in FIG. 1, on the bearing plate 25b.
  • the plastics material 1 1 made of the electrically insulating plastic can also be arranged on an outer circumferential side 30 of the stator body 7 and thus form a plastic coating 11 1 on the outer peripheral side 30.
  • the stator body 7 of the stator 2 which is typically formed of electrically conductive stator plates, can be electrically insulated from the environment. The provision of a separate housing for receiving the stator body 7 can thus be omitted.
  • FIG. 5 shows a variant of the example of FIG. 1.
  • the coolant supply 35 may be thermally coupled to the first shaft bearing 32a arranged in the first end shield 25a.
  • the coolant discharge 36 can be thermally coupled to the second shaft bearing 32b arranged in the second end shield 25b.
  • a separate cooling device for cooling the shaft bearings 32a, 32b can be dispensed with in this way, resulting in not inconsiderable cost advantages.
  • the coolant inlet 33 and the coolant outlet 34 are provided on the outer end face 26a, 26b of the respective end shield 25a, 25b. It is also conceivable, however, a circumferential or radial arrangement.
  • the stator windings 6 are arranged radially inside the cooling channels 10 with respect to the radial direction R.
  • the stator windings 6 are led out of the stator 2 to the outside with an electrical connection 50 through a bushing 39 provided in the second end shield 25b, so that they can be electrically energized from the outside.
  • the passage 39 is arranged radially between the coolant distributor chamber 4 or the coolant collector chamber 5 and the axis of rotation D.
  • the coolant distributor chamber 4 and the coolant collector chamber 5 are arranged exclusively in the axial extension of the cooling channels 10. This variant requires for the coolant distribution chamber 4 and for the coolant accumulator 5 space very little space.
  • stator windings 6 are arranged radially inside the cooling channels 10 with respect to the radial direction R.
  • the stator windings 6 are led out of the stator 2 to the outside with an electrical connection 50 through a bushing 39 provided in the second end shield 25b, so that they can be electrically energized from the outside.
  • the bushing 39 is arranged radially outside the coolant distributor chamber 4 or the coolant collector chamber 5 in the second bearing plate 25b.
  • the coolant distributor chamber 4 surrounds the first axial end section 14a of the respective stator winding 6 in a U-shaped manner in the longitudinal section along the rotation axis D shown in FIG. 7, ie axially endwise and radially inward and radially outward.
  • the coolant collector chamber 5 surrounds the second axial end section 14b of the respective stator winding 6 in a U-shaped manner, that is to say axially endwise and radially inward and radially outward.
  • cooling channels 10 are provided both radially inside and also radially outside of the stator winding 6.
  • stator windings 6, including their axial end sections 14a, 14b, are in direct thermal contact with the coolant K via the cooling channels 10 and the coolant distributor chamber 4 and the coolant collector chamber 5. allows a particularly effective cooling of the stator winding 6 including the thermally stressed special axial end portions 14a, 14b.
  • the plastic compound 1 1 can also surround the axially projecting from the gap 9 of the stator body winding section of the stator 6 and thereby partially delimiting the coolant distribution chamber 4 and the coolant accumulator 5, so that the respective stator winding 6 or the respective winding section of the stator winding 6 electrically opposite Coolant is isolated when this is performed during operation of the machine 1 through the respective cooling channel 10.
  • the coolant distribution chamber 4 and the coolant collecting chamber 5 are arranged in an axial extension of the stator body 7 adjacent to this.
  • the coolant distributor chamber 4 or the coolant collector chamber 5 does not protrude beyond the radial direction R of the stator body 7 or stator 2.
  • the stator winding 6 is in each case designed such that it is electrically isolated from the coolant K and from the stator body 7 of the stator 2 during operation of the electric machine 1, at least in the region within the respective intermediate space 9. An undesired electrical short circuit of the stator winding 6 with the stator body 7 - during operation of the electric machine 1 - with the coolant K is prevented in this way.
  • an electrical insulation of the stator winding 6 relative to the stator 7 - preferably also against the gap 9 limiting stator teeth 8 - completely by the plastic compound 1 1 and / or by - already mentioned above - additional electrical insulation 15 is formed.
  • the additional electrical insulation 15 extends within the gap 9 over the entire along the axial direction A measured length of the gap 9 so that it isolates the stator winding 6 from the stator 7 and / or from the stator 8. Also suitably encloses the additional electrical insulation 15, the stator winding 6 within the gap 9 over at least the entire length of the gap 9 along the circumferential boundary.
  • the stator winding 6 is also electrically insulated from the cooling channel designed as a tubular body 16.
  • the electrical insulation is formed by the plastic compound and, alternatively or additionally, the additional electrical insulation 15.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1), insbesondere für ein Fahrzeug, - mit einem Rotor (3), der um eine Rotationsachse (D) drehbar ist, durch welche eine axiale Richtung (A) der elektrischen Maschine (1 ) definiert ist, und mit einem Stator (2), der mehrere Statorwicklungen (6) aufweist, - mit einem Kühlmittelverteilerraum (3) und einem axial im Abstand zu diesem angeordneten Kühlmittelsammlerraum (4), wobei der Kühlmittelverteilerraum mittels wenigstens eines von einem Kühlmittel (K) durchströmbaren Kühlkanals (10) fluidisch mit dem Kühlmittelsammlerraum (5) kommuniziert, - wobei der zumindest eine Kühlkanal (10) und die zumindest eine Statorwicklung (6) zur thermischen Ankopplung an das Kühlmittel (K) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, in eine Kunststoffmasse (1 1 ) aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff eingebettet sind.

Description

Elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Maschine.
Bei einer derartigen elektrischen Maschine kann es sich allgemein um einen Elektromotor oder um einen Generator handeln. Die elektrische Maschine kann als Außenläufer oder als Innenläufer ausgebildet sein.
Eine gattungsgemäße Maschine ist beispielsweise aus der US 5,214,325 bekannt. Sie umfasst ein Gehäuse, das einen Innenraum umgibt und das einen in einer Umfangsrichtung des Gehäuses umlaufenden, den Innenraum radial begrenzenden Mantel, axial einerseits eine den Innenraum axial begrenzende Rückseitenwand und axial andererseits eine den Innenraum axial begrenzende Vorderseitenwand aufweist. Fest mit dem Mantel ist ein Stator der Maschine verbunden. Im Stator ist ein Rotor der Maschine angeordnet, wobei eine Rotorwelle des Rotors über ein vorderes Wellenlager an der Vorderseitenwand drehbar gelagert ist.
Typischerweise umfasst der Stator einer herkömmlichen elektrischen Maschine Statorwicklungen, die im Betrieb der Maschine elektrisch bestromt werden. Dabei entsteht Wärme, die zur Vermeidung einer Überhitzung und einer damit verbundenen Beschädigung oder gar Zerstörung des Stators abgeführt werden muss. Hierzu ist es aus herkömmlichen elektrischen Maschinen bekannt, diese mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen des Stators - insbesondere besagter Statorwicklungen - auszustatten. Eine solche Kühleinrichtung umfasst einen oder mehrere Kühlkanäle, die von einem Kühlmittel durchströmt werden und in der Nähe der Statorwicklungen im Stators angeordnet sind. Durch Wärmeübertragung von den Statorwicklungen auf das Kühlmittel kann Wärme vom Stator abgeführt werden.
Als nachteilig erweist sich dabei, dass ein effizienter Wärmeübergang vom Stator auf das durch den jeweiligen Kühlkanal strömende Kühlmittel nur mit erheblichem konstruktiven Aufwand verbunden ist. Dies wirkt sich jedoch nachteilig auf die Herstellungskosten der elektrischen Maschine aus.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für eine elektrische Maschine zu schaffen, bei welcher dieser Nachteil weitgehend oder gar vollständig beseitigt ist. Insbesondere soll eine verbesserte Ausführungsform für eine elektrische Maschine geschaffen werden, welche sich durch eine verbesserte Kühlung der Statorwicklungen des Stators auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundidee der Erfindung ist demnach, die Statorwicklungen einer elektrischen Maschine zusammen mit einem mit Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal zum Kühlen der Statorwicklungen in eine Kunststoffmasse aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff einzubetten. Somit kann der Kunststoff als wärmeübertragendes Medium zur Übertragung von Wärme von den Statorwicklungen auf das Kühlmittel einerseits und als elektrischer Isolator für die Statorwicklungen andererseits wirken. Auf diese Weise wird insbesondere ein besonders guter Wärmeübergang zwischen den Statorwicklungen und dem durch den Kühlkanal geführten Kühlmittel hergestellt. Dies gilt insbesondere, wenn ein Kunststoff verwendet wird, der eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Hierzu eignen sich besonders sogenannte duroplastische Kunststoffe. Durch Verwendung eines elektrisch isolierenden Kunststoffs wird gleichzeitig sichergestellt, dass die zu kühlenden Statorwicklungen durch den Kunststoff nicht auf unerwünschte Weise elektrisch kurzgeschlossen werden.
Die direkte thermische Ankopplung des Kühlkanals mit dem Kühlmittel an die zu kühlenden Statorwicklungen mithilfe der erfindungswesentlichen Einbettung dieser beiden Komponenten in eine Kunststoffmasse aus Kunststoff führt zu einer gegenüber herkömmlichen Kühleinrichtungen besonders effektiven Kühlung der Statorwicklungen. Somit kann auch bei hoher Abwärme-Entwicklung im Stator, wie sie beispielsweise in einem Hochlastbetrieb der elektrischen Maschine auftritt, sichergestellt werden, dass die anfallende Abwärme vom Stator abgeführt werden kann. Eine Beschädigung oder gar Zerstörung der elektrischen Maschine durch Überhitzung des Stators kann somit vermieden werden. Die Herstellung der erfindungswesentlichen Kunststoffmasse kann bevorzugt mittels Spritzgießens erfolgen, bei welchem die zu kühlenden Statorwicklungen sowie der Kühlkanal zur Ausbildung der Kunststoffmasse mit dem Kunststoff umspritzt werden. Die Einbettung der Statorwicklungen und des Kühlkanal in die Kunststoffmasse gestaltet sich daher sehr einfach. Daraus ergeben sich erhebliche Kostenvorteile bei der Herstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug, umfasst einen Rotor, der um eine Rotationsachse drehbar ist. Durch die Rotationsachse wird eine axiale Richtung der elektrischen Maschine definiert. Die Maschine umfasst außerdem einen Stator, der mehrere Statorwicklungen aufweist. Die Maschine umfasst ferner einen Kühlmittelverteilerraum und einen axial im Abstand zu diesem angeordneten Kühlmittelsammlerraum. Dabei kommuniziert der Kühlmittelverteilerraum mittels wenigstens eines von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanals fluidisch mit dem Kühlmittelsammlerraum. Bevorzugt sind zwischen dem Kühlmittelverteilerraum und dem Kühlmittelsammlerraum mehrere solche Kühlkanäle vorgesehen. Erfindungsgemäß sind der zumindest eine Kühlkanal und die zumindest eine Statorwicklung zur thermischen Ankopplung an das Kühlmittel zumindest abschnittsweise in eine Kunststoffmasse aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff eingebettet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kühlmittelverteilerraum und/oder der Kühlmittelsammlerraum zur thermischen Ankopplung an die Statorwicklungen wenigstens teilweise in der zumindest einen Kunststoffmasse angeordnet. Dies ermöglicht einen besonders guten Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittelverteilerraum bzw. Kühlmittelsammlerraum und den Statorwicklungen, sodass auch der Kühlmittelverteilerraum bzw. der Kühlmittelsammlerraum zur direkten Aufnahme von Wärme von den Statorwicklungen verwendet werden kann.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform besitzt der Stator sich entlang der axialen Richtung erstreckende und entlang einer Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnete Statorzähne, welche die Statorwicklungen tragen. Bei dieser Ausführungsform ist die Kunststoffmasse mit dem zumindest einen Kühlkanal und mit der zumindest einen Statorwicklung in einem Zwischenraum angeordnet, welcher zwischen zwei in der Umfangsrichtung benachbarten Statorzähnen ausgebildet ist. Diese Maßnahme stellt einen besonders guten Wärmeübergang zwischen den Statorwicklungen und dem Kühlkanal sicher, da der Kühlkanal in dem Zwischenraum in unmittelbarer Nachbarschaft zu den zu kühlenden Statorwicklungen angeordnet ist. Darüber hinaus kann besagter Zwischenraum zwischen den Statorzähnen bei der Herstellung der Kunststoffmasse in der Art einer Gussform verwendet werden, in welche der Kunststoff der Kunst- stoffmasse eingespritzt wird. Dies vereinfacht die Herstellung der Kunststoffmas- se, da die Bereitstellung einer separaten Gussform entfallen kann. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung schlägt vor, den Zwischenraum in einen ersten und einen zweiten Teilraum zu unterteilen. Bei dieser Ausgestaltung ist im ersten Teilraum die zumindest eine Statorwicklung angeordnet. Im zweiten Teilraum ist der zumindest eine Kühlkanal angeordnet. Zwischen den beiden Teilräumen ist eine Positionierhilfe ausgebildet, mittels welcher der zumindest eine Kühlkanal im zweiten Teilraum positioniert werden kann. Diese Maßnahme erlaubt eine präzise und stabile Positionierung des Kühlkanal - bei welchem es sich typischerweise um einen Rohrkörper bzw. um ein Flachrohr handelt -, wenn dieser zusammen mit den Statorwicklungen im Zwischenraum zwischen den beiden Statorzähnen mit dem die Kunststoffmasse ergebenden Kunststoff umspritzt wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung umfasst die Positionierhilfe zwei Vorsprünge, die an zwei in der Umfangsrichtung benachbarten Statorzähnen ausgebildet sind. Die beiden Vorsprünge sind einander in der Umfangsrichtung des Rotors zugewandt und ragen zum Positionieren des Kühlkanals in den Zwischenraum hinein. Diese Ausgestaltung erlaubt eine besonders genaue Ausrichtung des Kühlkanals im Zwischenraum vor dem Umspritzen mit dem Kunststoff der Kunststoffmasse.
Zweckmäßig ragt die Kunststoffmasse axial, vorzugsweise beidseitig, aus dem jeweiligen Zwischenraum heraus. Somit kann die Kunststoffmasse auch zum teilweisen Begrenzen des Kühlmittelverteilerraums bzw. des Kühlmittelsammlerraums verwendet werden. Insbesondere kann ein im Zuge der Herstellung der Maschine erforderliches Entfernen des aus dem Zwischenraum herausragenden Teils der Kunststoffmasse entfallen, womit Kostenvorteile bei der Herstellung der Maschine einhergehen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung schlägt daher vor, dass die zumindest eine Kunststoffmasse den Kühlmittelverteilerraum und/oder den Kühlmittelsammler- räum zumindest teilweise begrenzt. Die Bereitstellung einer separaten Begrenzung für den Kühlmittelverteilerraum bzw. den Kühlmittelsammlerraum, etwa in Form eines Gehäuses, kann somit entfallen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht die in dem Zwischenraum angeordnete Kunststoffmasse aus einem einzigen Kunststoffmaterial. Bei dieser Ausführungsform ist in dem Zwischenraum, bevorzugt zwischen der Statorwicklung bzw. Kunststoffmasse und dem Statorzahn, eine zusätzliche elektrische Isolation aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet. Da bei dieser Ausführungsform nur ein einziges Kunststoffmaterial in die Zwischenräume eingebracht werden muss, kann die Herstellung der Kunststoffmasse aus diesem Kunststoff in einem einzigen Spritzgussschritt erfolgen. Die Herstellung der Kunststoffmasse gestaltet sich daher besonders einfach, womit Kostenvorteile einhergehen.
Zweckmäßig füllt die Kunststoffmasse den Zwischenraum im Wesentlichen vollständig aus. Auf diese Weise wird die Ausbildung von unerwünschten Zwischenräumen, etwa in der Art von Luftspalten, die zu einer unerwünschten Minderung des Wärmeübergangs führen würden, vermieden.
Zweckmäßig umfasst der elektrisch isolierende Kunststoff der Kunststoffmasse einen Duroplasten oder ist ein Duroplast. Alternativ kann der elektrisch isolierende Kunststoff der Kunststoffmasse einen Thermoplasten umfassen oder ein Thermoplast sein. Auch eine Kombination aus einem Duroplasten und einem Thermoplasten ist in einer weiteren Variante denkbar.
Zweckmäßig können in zumindest einem, vorzugsweise in jedem Zwischenraum, zwischen zwei jeweils in Umfangsrichtung benachbarten Statorzähnen jeweils zumindest ein Kühlkanal und die Kunststoffmasse vorgesehen sein. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass aus allen vorhandenen Statorwicklungen betriebsmäßig erzeugte Abwärme abgeführt werden kann.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Kühlkanal radial außerhalb und/oder radial innerhalb der jeweiligen Statorwicklung in dem Zwischenraum angeordnet. Dies ermöglicht eine platzsparende Anordnung des Kühlkanals nahe an den zu kühlenden Statorwicklungen, so dass die elektrische Maschine für die Kühlung der Statorwicklungen nur wenig Bauraum benötigt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung schlägt vor, den zumindest einen Kühlkanal als Rohrkörper auszubilden, der einen Rohrkorperinnenraum umgibt. Bei dieser Variante ist am Rohrkörper wenigstens ein Trennelement ausgeformt, welches den Rohrkorperinnenraum in wenigstens zwei fluidisch voneinander getrennte Teilkühlkanäle unterteilt. Mittels besagter Trennelemente kann der Rohrkörper ausgesteift werden, sodass sich seine mechanische Festigkeit erhöht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung schlägt vor, den Rohrkörper als Flachrohr auszubilden, welches sich entlang der axialen Richtung erstreckt und in einem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung zwei Breitseiten und zwei Schmalseiten aufweist. Zweckmäßig erstreckt sich in dem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung zumindest eine Breitseite des Flachrohrs im Wesentlichen senkrecht zur radialen Richtung. Eine Länge der beiden Breitseiten kann dabei bevorzugt wenigstens das Vierfache, vorzugsweise wenigstens das Zehnfache, einer Länge der beiden Schmalseiten betragen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der Kühlmittelverteilerraum und/oder der Kühlmittelsammlerraum durch einen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in der Kunststoffmasse vorhandenen Hohlraum gebildet. Die Bereitstellung einer separaten Umhüllung bzw. eines Gehäuses zur Begren- zung des Kühlmittel Verteilers bzw. Kühlmittelsammlerraums kann somit entfallen. Damit gehen nicht unerhebliche Kostenvorteile einher.
Besonders bevorzugt ist die Kunststoffmasse eine Spritzgussmasse aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff. Die Anwendung eines Spritzgussverfahrens vereinfacht und beschleunigt die Herstellung der Kunststoffmasse. Dies führt zu Kostenvorteilen bei der Herstellung der elektrischen Maschine.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Stator einen, vorzugsweise ringförmigen, Statorkörper, von welchem die Statorzähne abstehen. Bei dieser Weiterbildung ist die Kunststoffmasse aus dem elektrisch isolierenden Kunststoff auf einer Außenumfangsseite des Statorkörpers angeordnet ist und vorzugsweise auf dieser Außenumfangsseite eine Kunststoffbeschichtung ausbildet. Somit kann der Stator elektrisch gegen die Umgebung isoliert werden. Die Bereitstellung eines separaten Gehäuses zur Aufnahme des Statorkörpers kann somit entfallen. Auch eine Beschichtung zumindest einer oder beider Stirnseiten des Statorkörpers mit der Kunststoffmasse ist in einer optionalen Variante denkbar. In einer weiteren Variante kann die Kunststoffmasse den Statorkörper, vorzugsweise vollständig, umhüllen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umgibt die Kunststoffmasse zumindest eine axial aus der Zwischenraum des Statorkörpers herausragenden Wicklungsabschnitt zumindest einer Statorwicklung zumindest teilweise und begrenzt dabei den Kühlmittelverteilerraum und/oder den Kühlmittelsammlerraum teilweise, so dass dieser Wicklungsabschnitt der Statorwicklung elektrisch gegenüber dem Kühlmittel isoliert ist. Ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss des Kühlmittels mit der Statorwicklung im Betrieb der elektrischen Maschine wird auf diese Weise verhindert. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kommuniziert der Kühlmittelverteilerraum mittels einer Mehrzahl von Kühlkanälen fluidisch mit dem Kühlmittelverteilerraum.
Zweckmäßig erstreckt sich die Mehrzahl von Kühlkanälen, jeweils im Abstand zueinander, entlang der axialen Richtung. Diese Maßnahme stellt sicher, dass alle axialen Abschnitte der Statorwicklungen gekühlt werden.
Bevorzugt sind die Kühlkanäle entlang einer Umfangsrichtung des Stators im Abstand zueinander angeordnet. Diese Maßnahme stellt sicher, dass entlang der Umfangsrichtung alle Statorwicklungen gekühlt werden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Kühlmittelverteilerraum und/oder Kühlmittelsammlerraum ausschließlich in einer axialen Verlängerung des Statorkörpers benachbart zu diesem angeordnet. Bevorzugt ragt bei dieser Ausführungsform der Kühlmittelverteilerraum bzw. der Kühlmittelsammlerraum entlang einer radialen Richtung des Statorkörpers bzw. Stators nicht über diesen hinaus. Diese Ausführungsform benötigt in radialer Richtung nur sehr wenig Bauraum.
Besonders bevorzugt ist zumindest eine Statorwicklung derart ausgebildet, dass sie im Betrieb der elektrischen Maschine zumindest im Bereich innerhalb des jeweiligen Zwischenraums elektrisch vom Kühlmittel und vom Statorkörper isoliert. Besonders bevorzugt gilt dies für alle Statorwicklungen der elektrischen Maschine. Ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss der Statorwicklung mit dem Statorkörper - im Betrieb der elektrischen Maschine - mit dem Kühlmittel wird auf diese Weise verhindert. Besonders zweckmäßig ist diese elektrische Isolierung der zumindest einen Statorwicklung vom Statorkörper, vorzugsweise auch von den den Zwischenraum begrenzenden Statorzähnen, vollständig durch die Kunststoffmasse und/oder durch den - bereits oben erwähnten - zusätzliche elektrische Isolation gebildet. Die Bereitstellung eines weiteren elektrischen Isolators kann auf diese Weise entfallen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die zusätzliche elektrische Isolation innerhalb des Zwischenraums über die gesamte entlang der axialen Richtung gemessene Länge des Zwischenraums, so dass sie die Statorwicklung vom Statorkörper und von den den Zwischenraum begrenzenden Statorzähnen isoliert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umschließt die zusätzliche elektrische Isolation die Statorwicklung innerhalb des Zwischenraums über mindestens die gesamte Länge des Zwischenraums entlang dessen Umfang.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die zumindest eine Statorwicklung auch elektrisch von dem als Rohrkörper ausgebildeten Kühlkanal isoliert. Dabei ist die elektrische Isolierung durch die Kunststoffmasse und/oder die zusätzliche Isolation gebildet.
Besonders bevorzugt können die Statorwicklungen Teil einer verteilten Wicklung sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer vorangehend vorgestellten elektrischen Maschine. Die oben erläuterten Vorteile der elektrischen Maschine übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Fahrzeug. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse des Rotor
Fig. 2 den Stator der elektrischen Maschine gemäß Figur 1 in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse des Rotors
Fig. 3 eine Detaildarstellung des Stators der Figur 2 im Bereich eines Zwischenraum zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten
Statorzähnen
Fig. 4 eine Weiterbildung der Variante gemäß Figur 3 Fig. 5 eine erste Variante der elektrischen Maschine der Figur 1 , bei welcher das durch die Kühlkanäle strömende Kühlmittel auch zur Kühlung der Wellenlager des Rotors verwendet wird,
Fig. 6 eine zweite Variante der elektrischen Maschine gemäß Figur 1 , welche besonders wenig Bauraum beansprucht,
Fig. 7 eine dritte Variante der Maschine gemäß Figur 1 , welche eine besonders effektive Kühlung der Statorwicklungen ermöglicht.
Figur 1 illustriert ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 in einer Schnittdarstellung. Die elektrische Maschine 1 ist so dimensioniert, dass sie in einem Fahrzeug, vorzugsweise in einem Straßenfahrzeug, eingesetzt werden kann.
Die elektrische Maschine 1 umfasst einen in der Figur 1 nur grobschematisch dargestellten Rotor 3 und einen Stator 2. Zur Verdeutlichung ist der Stator 2 in Figur 2 in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse D entlang der Schnittlinie II - II der Figur 1 in separater Darstellung dargestellt. Entsprechend Figur 1 besitzt der Rotor 3 eine Rotorwelle 31 und kann mehrere, in der Figur 1 nicht näher dargestellte Magnete aufweisen, deren magnetischer Polarisation entlang der Umfangsrichtung U abwechselt. Der Rotor 3 ist um eine Rotationsachse D drehbar, deren Lage durch die Mittellängsachse M der Rotorwelle 31 festgelegt ist. Durch die Rotationsachse D wird eine axiale Richtung A definiert, welche sich parallel zur Rotationsachse D erstreckt. Eine radiale Richtung R steht senkrecht zur axialen Richtung A. Eine Umfangsrichtung U rotiert um die Rotationsachse D. Wie Figur 1 erkennen lässt, ist der Rotor 3 im Stator 2 angeordnet. Somit handelt es sich bei der hier gezeigten elektrischen Maschine 1 um einen sogenannten Innenläufer. Denkbar ist aber auch eine Realisierung als sogenannter Außenläufer, bei welcher der Rotor 3 außerhalb des Stators 2 angeordnet ist. Die Rotorwelle 31 ist in einem ersten Wellenlager 32a und, dazu axial beabstandet, in einem zweiten Wellenlager 32b um die Rotationsachse D drehbar am Stator 2 gelagert.
Der Stator 2 umfasst außerdem in bekannter Weise mehrere, zum Erzeugen eines magnetischen Feld elektrisch bestrombare Statorwicklungen 6. Durch magnetische Wechselwirkung des von den Magneten des Rotor 3 erzeugten magnetischen Feldes mit dem von den Statorwicklungen 6 erzeugten magnetischen Feld wird der Rotor 3 in Rotation versetzt. Die Statorwicklungen 6 können Teil einer verteilten Wicklung sein.
Dem Querschnitt der Figur 2 entnimmt man, dass der Stator 2 einen ringförmigen Statorkörper 7, beispielsweise aus Eisen, aufweisen kann. Insbesondere kann der Statorkörper 7 aus mehreren, entlang der axialen Richtung A aufeinandergesta- pelten und miteinander verklebten Statorkörperplatten (nicht gezeigt) gebildet sein. An dem Statorkörper 7 sind radial innen mehrere Statorzähne 8 angeformt, die sich entlang der axialen Richtung A erstrecken, radial nach innen vom Statorkörper 7 weg abstehen und entlang der Umfangsrichtung U beabstandet zueinander angeordnet sind. Jeder Statorzahn 8 trägt eine Statorwicklung 6. Die einzelnen Statorwicklungen 6 bilden zusammen eine Wicklungsanordnung. Je nach Anzahl der von den Statorwicklungen 6 zu bildenden magnetischen Pole können die einzelnen Statorwicklungen 6 der gesamten Wicklungsanordnung in geeigneter Weise elektrisch miteinander verdrahtet sein.
Im Betrieb der Maschine 1 erzeugen die elektrisch bestromten Statorwicklungen 6 Abwärme, die aus der Maschine 1 abgeführt werden muss, um eine Überhitzung und eine damit einhergehende Beschädigung oder gar Zerstörung der Maschine 1 verhindern. Daher werden die Statorwicklungen 6 mithilfe eines Kühlmittels K gekühlt, welches durch den Stator 2 geführt wird und die von den Statorwicklungen 6 erzeugte Abwärme durch Wärmeübertragung aufnimmt.
Um das Kühlmittel K durch den Stator 2 zu führen, umfasst die Maschine 1 einen Kühlmittelverteilerraum 4, in welchen über einen Kühlmitteleinlass 33 ein Kühlmittel K eingeleitet werden kann. Entlang der axialen Richtung A im Abstand zum Kühlmittelverteilerraum 4 ist ein Kühlmittelsammlerraum 5 angeordnet. Der Kühlmittelverteilerraum 4 kommuniziert mittels mehrerer Kühlkanäle 10, von welchen in der Darstellung der Figur 1 nur ein einziger erkennbar ist, fluidisch mit dem Kühlmittelsammlerraum 5. In einem in den Figuren nicht gezeigten Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung A können der Kühlmittelverteilerraum 4 und der Kühlmittelsammlerraum 5 jeweils eine ringförmige Geometrie besitzen. Entlang der Umfangsrichtung U sind mehrere Kühlkanäle 10 beabstandet zueinander angeordnet, die sich jeweils entlang der axialen Richtung A vom ringförmigen Kühlmittelverteilerraum 4 zum ringförmigen Kühlmittelsammlerraum 5 erstrecken. Somit kann das über den Kühlmitteleinlass 33 in den Kühlmittelverteilerraum 4 eingebrachtes Kühlmittel K auf die einzelnen Kühlkanäle 10 verteilt werden. Nach dem Durchströmen der Kühlkanäle 10 und der Aufnahme von Wärme von den Statorwicklungen wird das Kühlmittel K im Kühlmittelsammlerraum 5 gesammelt und über einen am Stator 2 vorgesehenen Kühlmittelauslass 34 wieder aus der Maschine 1 ausgeleitet.
Wie die Darstellungen der Figuren 1 und 2 erkennen lassen, sind die Statorwicklungen 6 in Zwischenräumen 9 angeordnet, die zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung U benachbarten Statorzähnen 8 ausgebildet sind. Besagte Zwischenräume 9 sind dem einschlägigen Fachmann auch als sogenannte "Stator- Nuten" oder "Stator-Schlitze" bekannt, die sich ebenso wie die Statorzähne 8 entlang der axialen Richtung A erstrecken.
Nun sei das Augenmerk auf die Darstellung der Figur 3 gerichtet, welche einen zwischen zwei in Umfangsrichtung U benachbarten Statorzähnen 8 - im Folgenden auch als Statorzähne 8a, 8b bezeichnet - ausgebildeten Zwischenraum 9 in einer Detaildarstellung zeigt. Um die Wärmeübertragung der von den Statorwicklungen 6 erzeugten Abwärme auf das durch die Kühlkanäle 10 strömende Kühlmittel K zu verbessern, ist entsprechend Figur 3 in den Zwischenräumen 9 jeweils eine Kunststoffmasse 1 1 aus einem Kunststoff vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die Kunststoffmasse 1 1 eine Spritzgussmasse aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff. Die Anwendung eines Spritzgussverfahrens vereinfacht und beschleunigt die Herstellung der Kunststoffmasse. Beim Beispiel der Figur 3 besteht die Kunststoffmasse 1 1 aus einem einzigen Kunststoffmaterial. In die Kunststoffmasse 1 1 , die beispielsweise aus einem Duroplasten oder Thermoplasten bestehen kann, sind der in den Zwischenraum 9 angeordnete Kühlkanal 10 und die in demselben Zwischenraum 9 angeordnete Statorwicklung 6 eingebettet. Es versteht sich, die dass die gemäß Figur 3 in dem Zwischenraum 9 angeordnete Statorwicklung 6 jeweils teilweise einer ersten Statorwicklung 6a zugehörig ist, die von einem ersten Statorzahn 8a getragen ist, und teilweise einer zweiten Statorwicklung 6b zugeordnet ist, die von einem dem ersten Statorzahn 8a in Umfangsrichtung U benachbarten, zweiten Statorzahn 8b getragen ist. Zur Verdeutlichung dieses Szenarios ist in Figur 3 eine virtuelle Trennlinie 12 eingezeichnet. Die in Figur 3 links der Trennlinie 12 gezeigten Wicklungsdrähte 13a gehören zu der von dem Statorzahn 8a getragenen Statorwicklung 6a. Die rechts der Trennlinie 12 gezeigten Wicklungsdrähte 13b gehören zu der von dem Statorzahn 8b getragenen Statorwicklung 6b. Wie die Detaildarstellung der Figur 3 weiter erkennen lässt, ist im jeweiligen Zwischenraum 9 zwischen der Kunststoffmasse 1 1 und dem Statorkörper 7 bzw. den beiden den Zwischenraum 9 in Umfangsrichtung U begrenzenden Statorzähnen 8a, 8b eine zusätzliche elektrische Isolation 15 aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet. Als besonders kostengünstig erweist sich eine elektrische Isolation 15 aus Papier. Auf diese Weise kann im Falle, dass die Kunststoffmasse 1 1 aufgrund von thermischer Überlastung aufspringt oder auf andere Weise beschädigt wird, ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss der Statorwicklung 6 mit dem Material des Statorkörpers 7 bzw. der Statorzähne 8 bzw. 8a, 8b - typischerweise Eisen oder ein anderes geeignetes, elektrisch leitendes Material - vermieden werden.
Wie die Detaildarstellung der Figur 3 belegt, können die Kühlkanäle 10 jeweils durch einen Rohrkörper 13, beispielsweise aus Aluminium, gebildet sein, der einen Rohrkörperinnenraum 22 umgibt. Optional können, wie in der Detaildarstellung der Figur 3 gezeigt, am Rohrkörper 16 ein oder mehrere Trennelemente 18 ausgeformt sein, welche den Kühlkanal 10 in fluidisch voneinander getrennte Teilkühlkanäle 19 unterteilt. Auf diese Weise kann das Strömungsverhalten des Kühlmittels K im Kühlkanal 10 verbessert werden, womit ein verbesserter Wärmeübergang auf das Kühlmittel K einhergeht. Außerdem wird der Rohrkörper 16 auf diese Weise zusätzlich mechanisch ausgesteift. In Figur 3 sind exemplarisch drei solche Trennelemente 18 dargestellt, so dass sich vier Teilkühlkanäle 19 ergeben. Selbstredend ist in Varianten des Beispiels eine andere Anzahl an Trennelementen 18 möglich. Der den Kühlkanal 10 bildenden Rohrkörper 16 ist als Flachrohr 17 ausgebildet, welches in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse D des Rotors 3 (vgl. Figur 3) zwei Breitseiten 20 und zwei Schmalseiten 21 besitzt. In dem in Figur 3 gezeigten Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung A erstrecken sich die beiden Breitseiten 20 des Flachrohrs 17 senkrecht zur radialen Richtung R. Eine Länge der beiden Breitseiten 20 beträgt wenigstens das Vierfache, vorzugsweise wenigstens das Zehnfache, einer Länge der beiden Schmalseiten 21 .
Im Beispiel der Figuren 1 bis 3 sind die Kühlkanäle 10 radial außerhalb der Statorwicklungen 6 im jeweiligen Zwischenraum 9 angeordnet. Der radiale Abstand der Kühlkanäle 10 zur Rotationsachse D des Rotors 3 ist also größer als jener der Statorwicklungen 6 zur Rotationsachse D. Denkbar ist aber auch eine Anordnung der Kühlkanäle 10 radial innen.
Zur Herstellung einer elektrischen Maschine 1 gemäß den Figuren 1 bis 3 werden zunächst die durch Rohrkörper 16 bzw. Flachrohre 17 gebildeten Kühlkanäle 10 in die Zwischenräume 9 eingebracht. Anschließend wird die elektrische Isolation 15, beispielsweise aus Papier, in die Zwischenräume 9 eingesetzt. Danach werden die Statorwicklungen 6 auf den Statorzähnen 8 angeordnet und somit auch in die Zwischenräume 9 eingebracht und anschließend mit dem die Kunststoffmas- se 1 1 ergebenden Kunststoff, beispielsweise einem Duroplasten, umspritzt. Im Zuge der Herstellung der Kunststoffmasse 1 1 kann auch der Statorkörper 7 mit dem die Kunststoffmasse 1 1 ergebenden Kunststoff, also insbesondere mit dem Duroplasten, umspritzt werden.
Gemäß Figur 3 umfasst der Zwischenraum 9 einen ersten Teilraum 9c, in welchem die Statorwicklung 6 angeordnet ist, und einen zweiten Teilraum 9d, in welchem der Kühlkanal 10 angeordnet ist und welcher den ersten Teilraum 9c zum Zwischenraum 9 ergänzt. Wie die Figuren 3 und 4 erkennen lassen, kann
zwischen den beiden Teilräumen eine Fixiereinrichtung 27 angeordnet sein, mittels welcher der Kühlkanal 10 im zweiten Teilraum 9d fixiert wird. Besagte Fixiereinrichtung 27 umfasst zwei Vorsprünge 28a, 28b, die an den beiden in der Umfangsrichtung U benachbarten und den Zwischenraum 9 begrenzenden Statorzähnen 8a, 8b ausgebildet sind. Die beiden Vorsprünge 28a, 28b sind ei- nander in der Umfangsrichtung U zugewandt und ragen zur Fixierung des Kühlkanals in den Zwischenraum hinein. Die Vorsprünge 28a, 28b wirken für den als Rohrkörper 16 bzw. Flachrohr 17 ausgebildeten Kühlkanal 10 als radialer Anschlag, der eine unerwünschte Bewegung des Kühlkanals 10, insbesondere beim Herstellen der Kunststoffmasse 1 1 mittels Spritzgießens radial nach innen verhindert.
Die Figur 4 zeigt eine Weiterbildung des Beispiels der Figur 3. Die Weiterbildung der Figur 4 unterscheidet sich vom Beispiel der Figur 3 darin, dass im Zwischenraum 9 nicht nur radial außen, sondern zusätzlich auch radial innen ein Kühlkanal 10 vorgesehen ist, der wie im Beispiel der Figur 3 als Rohrkörper 16 bzw. als Flachrohr 17 ausgebildet sein kann. Exemplarisch ist der radial innere Kühlkanal 10 als Flachrohr 17 mit zwei Trennelementen 18 und drei Teilkühlkanälen 19 dargestellt. Obige Erläuterungen zum Beispiel der Figur 3 gelten, soweit sinnvoll, mutatis mutandis auch für das Beispiel der Figur 4.
Im Folgenden wird wieder auf die Figur 1 Bezug genommen. Wie die Figur 1 anschaulich belegt, kann die einstückig ausgebildete Kunststoffmasse 1 1 axial beidseitig aus den Zwischenräumen 9 herausragen. Dies erlaubt es, auch den Kühlmittelverteilerraum 4 sowie, alternativ oder zusätzlich, den Kühlmittelsammlerraum 5 zur thermischen Ankopplung an die beiden axialen Endabschnitte 14a, 14b der jeweiligen Statorwicklung 6 in die Kunststoffmasse 1 1 einzubetten, die axial außerhalb des jeweiligen Zwischenraum 9 angeordnet sind. Auf diese Weise kann auch im Bereich der üblicherweise thermisch besonders belasteten axialen Endabschnitte 14a, 14b der betreffenden Statorwicklung 6 ein effektiver Wärmeübergang mit dem im Kühlmittelverteilerraum 4 bzw. Kühlmittelsammlerraum 5 vorhandenen Kühlmittel K hergestellt werden. Diese Maßnahme erlaubt eine besonders effektive Kühlung der beiden axialen Endabschnitte 14a, 14b der Statorwicklung 6. Ferner ist gemäß Figur 1 der Stator 2 mit dem Statorkörper 7 und den Statorzähnen 8 axial zwischen einem ersten und einem zweiten Lagerschild 25a, 25b angeordnet.
Wie die Figur 1 erkennen lässt, ist ein Teil des Kühlmittelverteilerraums 4 in dem ersten Lagerschild 25a und ein Teil des Kühlmittelsammlerraums 5 in dem zweiten Lagerschild 25b angeordnet. Der Kühlmittelverteilerraum 4 und der Kühlmittelsammlerraum 5 sind somit jeweils teilweise durch einen in der Kunststoffmasse 1 1 vorgesehenen Hohlraum 41 a, 41 b gebildet.
Der erste Hohlraum 41 a wird dabei durch einen im ersten Lagerschild 25a ausgebildeten Hohlraum 42a zum Kühlmittelverteilerraum 4 ergänzt. Entsprechend wird der zweite Hohlraum 41 b durch einen im zweiten Lagerschild 25b ausgebildeten Hohlraum 42b zum Kühlmittelsammlerraum 5 ergänzt. Bei der vorangehend erläuterten Ausführungsvariante begrenzt die Kunststoffmasse 1 1 den Kühlmittelverteilerraum 4 sowie den Kühlmittelsammlerraum 5 also zumindest teilweise.
Im ersten Lagerschild 25a kann ferner eine Kühlmittelzuführung 35 ausgebildet sein, welche den Kühlmittelverteilerraum 4 fluidisch mit einem außen, insbesondere wie in Figur 1 dargestellt umfangsseitig, am ersten Lagerschild 25a vorgesehenen Kühlmitteleinlass 33 verbindet. Im zweiten Lagerschild 25b kann entsprechend eine Kühlmittelabführung 36 ausgebildet sein, welche den Kühlmittelsammlerraum 5 fluidisch mit einem außen, insbesondere wie in Figur 1 dargestellt umfangsseitig, am Lagerschild 25b vorgesehenen Kühlmittelauslass 34 verbindet. Dies ermöglicht eine Anordnung des Kühlmittelverteilerraums 4 bzw. des Kühlmittelsammlerraum 5 jeweils radial außen am ersten bzw. zweiten Endabschnitt 14a, 14b der betreffenden Statorwicklung 6 und auch in der Verlängerung dieser Endabschnitte 14a, 14b entlang der axialen Richtung A. Die im Betrieb der Maschine 1 thermisch besonders belasteten Endabschnitte 14a, 14b der Statorwicklungen 6 werden auch mittels dieser Maßnahme besonders effektiv gekühlt.
Gemäß Figur 1 kann die Kunststoffmasse 1 1 aus dem elektrisch isolierenden Kunststoff auch auf einer Außenumfangsseite 30 des Statorkörpers 7 angeordnet sein und somit auf der Außenumfangsseite 30 eine Kunststoffbeschichtung 1 1 .1 ausbilden. Somit kann der typischerweise aus elektrisch leitenden Statorplatten gebildete Statorkörper 7 des Stators 2 elektrisch gegen die Umgebung isoliert werden. Die Bereitstellung eines separaten Gehäuses zur Aufnahme des Statorkörpers 7 kann somit entfallen.
Die Figur 5 zeigt eine Variante des Beispiels der Figur 1 . Um auch die Rotorwelle 31 sowie die beiden Wellenlager 32a, 32b im Betrieb der Maschine 1 zu kühlen, kann die Kühlmittelzuführung 35 thermisch an das im ersten Lagerschild 25a angeordnete, erste Wellenlager 32a gekoppelt sein. Ebenso kann die Kühlmittelabführung 36 thermisch an das im zweiten Lagerschild 25b angeordnete, zweite Wellenlager 32b gekoppelt sein. Eine separate Kühleinrichtung zum Kühlen der Wellenlager 32a, 32b kann auf diese Weise entfallen, woraus sich nicht unerhebliche Kostenvorteile ergeben. Im Beispiel der Figur 5 sind der Kühlmitteleinlass 33 und der Kühlmittelauslass 34 an der äußeren Stirnseite 26a, 26b des jeweiligen Lagerschilds 25a, 25b vorgesehen. Denkbar ist aber auch eine umfangsseitige bzw. radiale Anordnung. Bei der Variante gemäß den Figuren 5 und 1 sind die Statorwicklungen 6 bzgl. der radialen Richtung R radial innerhalb der Kühlkanäle 10 angeordnet.
Die Statorwicklungen 6 sind mit einem elektrischen Anschluss 50 durch eine im zweiten Lagerschild 25b vorgesehene Durchführung 39 aus dem Stator 2 heraus nach außen geführt, so dass sie von außen elektrisch bestromt werden können. Die Durchführung 39 ist radial zwischen dem Kühlmittelverteilerraum 4 bzw. dem Kühlmittelsammlerraum 5 und der Drehachse D angeordnet.
Im Beispiel der Figur 6, welche eine gegenüber der Figur 5 vereinfachte Ausführungsform zeigt, sind der Kühlmittelverteilerraum 4 und der Kühlmittelsammlerraum 5 ausschließlich in der axialen Verlängerung der Kühlkanäle 10 angeordnet. Diese Variante erfordert für den Kühlmittelverteilerraum 4 sowie für den Kühlmittelsammlerraum 5 besonders wenig Bauraum.
Bei der Variante gemäß Figur 6 sind die Statorwicklungen 6 bzgl. der radialen Richtung R radial innerhalb der Kühlkanäle 10 angeordnet. Die Statorwicklungen 6 sind mit einem elektrischen Anschluss 50 durch eine im zweiten Lagerschild 25b vorgesehene Durchführung 39 aus dem Stator 2 heraus nach außen geführt, so dass sie von außen elektrisch bestromt werden können. Die Durchführung 39 ist bzgl. der radialen Richtung radial außerhalb des Kühlmittelverteilerraums 4 bzw. des Kühlmittelsammlerraum 5 im zweiten Lagerschild 25b angeordnet.
Im Beispiel der Figur 7 ist eine Weiterbildung der Figur 5 gezeigt. Bei dieser Weiterbildung umgibt der Kühlmittelverteilerraum 4 in dem in Figur 7 dargestellten Längsschnitt entlang der Rotationsachse D den ersten axialen Endabschnitt 14a der jeweiligen Statorwicklung 6 U-förmig, also axial endseitig sowie radial innen und radial außen. Entsprechend umgibt der Kühlmittelsammlerraum 5 in dem Längsschnitt entlang der Rotationsachse D den zweiten axialen Endabschnitt 14b der jeweiligen Statorwicklung 6 U-förmig, also axial endseitig sowie radial innen und radial außen. Bei dieser Variante sind Kühlkanäle 10 sowohl radial innerhalb also auch radial außerhalb der Statorwicklung 6 vorgesehen. Somit sind die jeweiligen Statorwicklungen 6 einschließlich ihrer axialen Endabschnitte 14a, 14b über die Kühlkanäle 10 sowie den Kühlmittelverteilerraum 4 sowie den Kühlmittelsammlerraum 5 in direktem thermischem Kontakt mit dem Kühlmittel K. Dies er- laubt eine besonders effektive Kühlung der Statorwicklung 6 einschließlich der thermisch besonderen Belastungen ausgesetzten axialen Endabschnitte 14a, 14b.
Die Kunststoffmasse 1 1 kann auch den axial aus dem Zwischenraum 9 des Statorkörpers herausragenden Wicklungsabschnitt der Statorwicklung 6 umgeben und dabei den Kühlmittelverteilerraum 4 bzw. den Kühlmittelsammlerraum 5 teilweise begrenzen, so dass die betreffende Statorwicklung 6 bzw. der betreffende Wicklungsabschnitt der Statorwicklung 6 elektrisch gegenüber dem Kühlmittel isoliert ist, wenn dieses im Betrieb der Maschine 1 durch den betreffenden Kühlkanal 10 geführt wird.
Zweckmäßig sind der Kühlmittelverteilerraum 4 sowie der Kühlmittelsammlerraum 5 in einer axialen Verlängerung des Statorkörpers 7 benachbart zu diesem angeordnet. Bevorzugt ragt der Kühlmittelverteilerraum 4 bzw. der Kühlmittelsammlerraum 5 entlang der radialen Richtung R des Statorkörpers 7 bzw. Stators 2 nicht über diesen hinaus.
Die Statorwicklung 6 ist jeweils derart ausgebildet, dass sie im Betrieb der elektrischen Maschine 1 zumindest im Bereich innerhalb des jeweiligen Zwischenraums 9 elektrisch vom Kühlmittel K und vom Statorkörper 7 des Stators 2 isoliert ist. Ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss der Statorwicklung 6 mit dem Statorkörper 7 - im Betrieb der elektrischen Maschine 1 - mit dem Kühlmittel K wird auf diese Weise verhindert. Zweckmäßig ist eine solche elektrische Isolierung der Statorwicklung 6 gegenüber dem Statorkörper 7- vorzugsweise auch gegenüber den den Zwischenraum 9 begrenzenden Statorzähnen 8 - vollständig durch die Kunststoffmasse 1 1 und/oder durch die - bereits oben erwähnten - zusätzliche elektrische Isolation 15 gebildet. Zweckmäßig erstreckt sich die zusätzliche elektrische Isolation 15 innerhalb des Zwischenraums 9 über die gesamte entlang der axialen Richtung A gemessene Länge des Zwischenraums 9, so dass sie die Statorwicklung 6 vom Statorkörper 7 und bzw. von den Statorzähnen 8 isoliert. Ebenfalls zweckmäßig umschließt die zusätzliche elektrische Isolation 15 die Statorwicklung 6 innerhalb des Zwischenraums 9 über mindestens die gesamte Länge des Zwischenraums 9 entlang dessen umfangsseitiger Begrenzung. Zweckmäßig ist die Statorwicklung 6 auch elektrisch von dem als Rohrkörper 16 ausgebildeten Kühlkanal isoliert. Dabei ist die elektrische Isolierung durch die Kunststoffmasse sowie, alternativ oder zusätzlich, den zusätzliche elektrische Isolation 15 gebildet.
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Claims

Ansprüche
1 . Elektrische Maschine (1 ), insbesondere für ein Fahrzeug,
mit einem Rotor (3), der um eine Rotationsachse (D) drehbar ist, durch welche eine axiale Richtung (A) der elektrischen Maschine (1 ) definiert ist, und mit einem Stator (2), der Statorwicklungen (6) aufweist,
mit einem Kühlmittelverteilerraum (4) und einem axial im Abstand zu diesem angeordneten Kühlmittelsammlerraum (5), wobei der Kühlmittelverteilerraum
(5) zum Kühlen der Statorwicklungen (6) mittels wenigstens eines von einem Kühlmittel (K) durchströmbaren Kühlkanals (10) fluidisch mit dem Kühlmittelsammlerraum (5) kommuniziert,
wobei der zumindest eine Kühlkanal (10) und zumindest eine Statorwicklung
(6) zur thermischen Kopplung in eine Kunststoffmasse (1 1 ) aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff eingebettet sind.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlmittelverteilerraum (4) und/oder der Kühlmittelsammlerraum (5) zur thermischen Ankopplung an die Statorwicklungen (6) wenigstens teilweise in der zumindest einen Kunststoffmasse (1 1 ) angeordnet sind.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) sich entlang der axialen Richtung (A) erstreckende und entlang einer Umfangs chtung (U) des Rotors (3) beabstandet zueinander angeordnete Statorzähne (8) besitzt, welche die Statorwicklungen (6) tragen, wobei die Kunststoffmasse (1 1 ) mit dem zumindest einen Kühlkanal (10) und mit der zumindest einen Statorwicklung (6) in einem Zwischenraum (9) angeordnet ist, der zwischen zwei in der Umfangsrichtung (U) benachbarten Statorzähnen (8) ausgebildet ist.
4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zwischenraum (9) einen ersten Teilraum (9c), in welchem die zumindest eine Statorwicklung (6) angeordnet ist, und einen zweiten Teilraum (9d), in welchem der zumindest eine Kühlkanal (10) angeordnet ist, umfasst, zwischen den beiden Teilräumen (9c, 9d) eine Positionierhilfe (27) angeordnet ist, mittels welcher der zumindest eine Kühlkanal (10) im zweiten Teilraum (9d) positionierbar ist.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Positionierhilfe (27) zwei Vorsprünge (28a, 28b) umfasst, die an zwei in der Umfangsrichtung (U) benachbarten Statorzähnen (8a, 8b) ausgebildet sind,
die beiden Vorsprünge (28a, 28b) einander in der Umfangsrichtung (U) zugewandt sind und zum Positionieren des Kühlkanals (10) in den Zwischenraum (9) hineinragen.
6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kunststoffmasse (1 1 ) axial aus dem Zwischenraum (9) herausragt.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kunststoffmasse (1 1 ) den Kühlmittelverteilerraum (4) und/oder den Kühlmittelsammlerraum (5) zumindest teilweise begrenzt.
8. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in zumindest einem Zwischenraum (9) die Kunststoffmasse (1 1 ) aus einem einzigen Kunststoff(mate al) besteht,
in dem Zwischenraum (9) eine zusätzliche elektrische Isolation (15) aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet ist.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zusätzliche elektrische Isolation (15) zwischen der Statorwicklung (6) und dem Statorzahn (8), vorzugsweise zwischen der Kunststoffmasse (1 1 ) und dem Statorzahn (8), angeordnet ist.
10. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrisch isolierende Kunststoff (1 1 ) einen Duroplasten umfasst oder ein Duroplast ist, und/oder dass
der elektrisch isolierende Kunststoff (1 1 ) einen Thermoplasten umfasst oder ein Thermoplast ist.
1 1 . Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem, vorzugsweise in jedem, Zwischenraum (9) zwischen zwei jeweils in Umfangsrichtung (U) benachbarten Statorzähnen (8a, 8b) zumindest ein Kühlkanal (10) und die Kunststoffmasse (1 1 ) vorgesehen sind.
12. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine Kühlkanal (10) radial außerhalb und/oder radial innerhalb der jeweiligen Statorwicklung (6) im Zwischenraum (9) angeordnet ist.
13. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine Kühlkanal (10) als Rohrkörper (16) ausgebildet ist, der einen Rohrkörperinnenraum (22) umgibt,
wobei am Rohrkörper (16) wenigstens ein Trennelement (18) ausgeformt ist, welches den Rohrkörperinnenraum (22) in wenigstens zwei fluidisch voneinander getrennte Teilkühlkanäle (19) unterteilt.
14. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rohrkörper (16) als Flachrohr (17) ausgebildet ist,
wobei sich in einem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung (A) zumindest eine Breitseite (20) des Flachrohrs (17) im Wesentlichen senkrecht zur radialen Richtung (R) erstreckt.
15. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kunststoffmasse (1 1 ) eine Spritzgussmasse aus dem elektrisch isolierenden Kunststoff ist.
16. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stator (2) einen, vorzugsweise ringförmigen, Statorkörper (7) umfasst, die Kunststoffmasse (1 1 ) aus dem elektrisch isolierenden Kunststoff auf einer Außenumfangsseite (30) des Statorkörpers (7) angeordnet ist und vorzugsweise auf dieser Außenumfangsseite (30) eine Außenbeschichtung (1 1 .1 ) ausbildet.
17. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kunststoffmasse (1 1 ) zumindest einen axial aus dem Zwischenraum (9) herausragenden Wicklungsabschnitt der Statorwicklung (6) zumindest teilweise umgibt und dabei den Kühlmittelverteilerraum (4) und/oder den Kühlmittelsammlerraum (5) teilweise begrenzt, so dass dieser Wicklungsabschnitt im Betrieb der Maschine (1 ) elektrisch gegenüber dem Kühlmittel (K) isoliert ist.
18. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlmittelverteilerraum (4) mittels einer Mehrzahl von Kühlkanälen (10) fluidisch mit dem Kühlmittelsammlerraum (5) kommuniziert.
19. Elektrische Maschine nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mehrzahl von Kühlkanälen (10) sich zueinander beabstandet entlang der axialen Richtung (A) erstreckt.
20. Elektrische Maschine nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (10) entlang einer Umfangsrichtung (U) des Stators (2) im Abstand zueinander angeordnet sind.
21 . Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlmittelverteilerraum (4) und/oder Kühlmittelsammlerraum (5) ausschließlich in einer axialen Verlängerung des Statorkörpers (7) oder Stators (2) benachbart zu diesem angeordnet ist und vorzugsweise entlang einer radialen Richtung (R) des Statorkörpers (7) bzw. Stators (2) nicht über diesen hinaus ragt.
22. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Statorwicklung (6) derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb der elektrischen Maschine (1 ) zumindest im Bereich innerhalb des jeweiligen Zwischenraums (9) elektrisch vom Kühlmittel (K) und vom Statorkörper (7) isoliert ist.
23. Elektrische Maschine nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
diese elektrische Isolierung der zumindest einen Statorwicklung (6) vom Statorkörper (7), vorzugsweise auch von den den Zwischenraum (9) begrenzenden Statorzähnen (8), besonders bevorzugt vollständig, durch die Kunststoffmasse (1 1 ) und/oder durch die zusätzliche elektrische Isolation (15) gebildet ist.
24. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die zusätzliche elektrische Isolation (15) innerhalb des Zwischenraums über die gesamte entlang der axialen Richtung (A) gemessene Länge der Zwischenraums erstreckt, so dass sie die Statorwicklung (6) vom Statorkörper (7) und von den den jeweiligen Zwischenraum (9) begrenzenden Statorzähnen (8) isoliert.
25. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zusätzliche elektrische Isolation (15) die Statorwicklung (6) innerhalb des Zwischenraums (9) mindestens über die gesamte Länge des Zwischenraums (6) hinweg entlang dessen Umfang umschließt.
26. Elektrische Maschine nach Anspruch 24 oder 25,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Statorwicklung (6) durch die Kunststoffmasse (1 1 ) und/oder die zusätzliche Isolation (15) elektrisch von dem als Rohrkörper (16) ausgebildeten Kühlkanal (10) isoliert ist.
27. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Statorwicklungen (6) Teil einer verteilten Wicklung sind.
28. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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