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DE102023125370A1 - Electric machine with stator having direct meander cooling and an integrated nozzle opening - Google Patents

Electric machine with stator having direct meander cooling and an integrated nozzle opening Download PDF

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Publication number
DE102023125370A1
DE102023125370A1 DE102023125370.0A DE102023125370A DE102023125370A1 DE 102023125370 A1 DE102023125370 A1 DE 102023125370A1 DE 102023125370 A DE102023125370 A DE 102023125370A DE 102023125370 A1 DE102023125370 A1 DE 102023125370A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
stator
sheet
recesses
nozzle openings
machine
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DE102023125370.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Patrick Gramann
Lucas Braun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and 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 and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to DE102023125370.0A priority Critical patent/DE102023125370A1/en
Publication of DE102023125370A1 publication Critical patent/DE102023125370A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einem gesamtheitlich ringförmig verlaufenden Stator (2) und einer in einen ringförmigen Grundkörper (3) des Stators (2) eingebrachten, entlang des Umfangs zumindest abschnittsweise mäanderförmig verlaufenden Kühlkanalstruktur (4), wobei der Grundkörper (3) aus einem Blechpaket (5) gebildet ist und sowohl die Kühlkanalstruktur (4) als auch mehrere zu einer Stirnseite (7a, 7b) des Stators (2) geöffnete Düsenöffnungen (8) durch unterschiedliche, hydraulisch miteinander verbundene Ausnehmungen (9) in einzelnen Blechen (10) des Blechpaketes (5) gebildet sind.

Figure DE102023125370A1_0000
The invention relates to an electrical machine (1) for driving a motor vehicle, comprising a stator (2) which runs in an overall annular shape and a cooling channel structure (4) which is introduced into an annular base body (3) of the stator (2) and which runs meanderingly along the circumference at least in sections, wherein the base body (3) is formed from a laminated core (5) and both the cooling channel structure (4) and a plurality of nozzle openings (8) which open towards an end face (7a, 7b) of the stator (2) are formed by different, hydraulically interconnected recesses (9) in individual sheets (10) of the laminated core (5).
Figure DE102023125370A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, vorzugsweise eines Pkws, Lkws, Busses oder sonstigen Nutzfahrzeuges, besonders bevorzugt eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges, mit einem gesamtheitlich ringförmig verlaufenden Stator und einer in einen ringförmigen Grundkörper des Stators eingebrachten, entlang des Umfangs zumindest abschnittsweise mäanderförmig verlaufenden Kühlkanalstruktur.The invention relates to an electric machine for driving a motor vehicle, preferably a car, truck, bus or other commercial vehicle, particularly preferably an agricultural commercial vehicle, with a stator which runs in an annular shape as a whole and a cooling channel structure which is introduced into an annular base body of the stator and runs meanderingly along the circumference at least in sections.

Gattungsgemäße Statoren mit integrierten Kühlkanalstrukturen sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Beispielsweise offenbart die CN 115021439 A verschiedenartig ausgeformte Kanäle.Stators of this type with integrated cooling channel structures are already well known from the prior art. For example, CN 115021439 A differently shaped channels.

Eine weitere Leistungserhöhung moderner elektrischer Antriebsmaschinen kann meist nur durch eine Vergrößerung derer Bestandteile erzielt werden. Damit wird es jedoch immer schwieriger, die im und am Stator entstehende Wärme abzuführen. Es ist demnach bereits bekannt, zusätzlich zu den statorinneren Kühlkanalstrukturen Statorbestandteile, wie die Spulen, von außen zu kühlen. Für die Erzeugung und Umlenkung dieser Hydraulikmittelströmungen von außen sind jedoch Zusatzbauteile an den Enden des Stators nötig. Zumeist müssen separate Düsenschilde eingebaut werden, um das Hydraulikmittel etwa auf den Wickelkopf zu leiten.A further increase in the performance of modern electric drive motors can usually only be achieved by enlarging their components. However, this makes it increasingly difficult to dissipate the heat generated in and on the stator. It is therefore already known to cool stator components, such as the coils, from the outside in addition to the cooling channel structures inside the stator. However, additional components are required at the ends of the stator to generate and redirect these hydraulic fluid flows from the outside. Separate nozzle shields must usually be installed to direct the hydraulic fluid to the winding head, for example.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine mit möglichst großer Nennleistung zur Verfügung zu stellen, die eine effiziente Kühlung aufweist, zugleich jedoch ihre Bauteilanzahl reduziert.It is therefore an object of the present invention to provide an electrical machine with the highest possible rated power, which has efficient cooling, but at the same time reduces the number of components.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Grundkörper aus einem Blechpaket gebildet ist und sowohl die Kühlkanalstruktur als auch mehrere zu einer Stirnseite des Stators geöffnete Düsenöffnungen durch unterschiedliche, hydraulisch miteinander verbundene Ausnehmungen / Durchgangslöcher in einzelnen Blechen des Blechpaketes gebildet sind.This is achieved according to the invention in that the base body is formed from a laminated core and both the cooling channel structure and several nozzle openings open to one end face of the stator are formed by different, hydraulically interconnected recesses/through holes in individual sheets of the laminated core.

Somit kommt es zu einer möglichst kompakten Bauweise des Stators mit einer unmittelbar in die mäanderförmige Kühlkanalstruktur integrierten Düsenkühlung. Eine effiziente Kühlung der elektrischen Maschine im Betrieb ist die Folge.This results in the most compact stator design possible, with jet cooling integrated directly into the meandering cooling channel structure. The result is efficient cooling of the electric motor during operation.

Weitergehende vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.Further advantageous embodiments are claimed in the subclaims and explained in more detail below.

Demnach ist es für eine möglichst direkte Kühlung eines Wickelkopfes des Stators von Vorteil, wenn ein stirnseitig / axial endseitig angeordnetes erstes Blech des Blechpaketes die Düsenöffnungen aufweist, die in zur Ausbildung von Statorzähnen dienenden Stegen dieses ersten Bleches eingebracht sind.Accordingly, it is advantageous for the most direct cooling possible of a winding head of the stator if a first lamination of the laminated core arranged at the front/axial end has the nozzle openings which are introduced into webs of this first lamination which serve to form stator teeth.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn je Steg mehrere radial beabstandete Düsenöffnungen in dem ersten Blech vorhanden sind. Dadurch wird die Kühlleistung weiter verbessert.Furthermore, it is advantageous to have several radially spaced nozzle openings in the first sheet for each web. This further improves the cooling performance.

Von Vorteil ist es auch, wenn mehrere die Düsenöffnungen ausbildende erste Ausnehmungen des ersten Bleches mit radial langgestreckten zweiten Ausnehmungen eines, direkt neben dem ersten Blech angeordneten, zweiten Bleches verbunden sind, wobei die zweiten Ausnehmungen mit der Kühlkanalstruktur weiter verbunden sind. Dadurch kann ein Hydraulikmittelstrom, der zuvor die Kühlkanalstruktur passiert hat und einen großen Teil des Stators bereits gekühlt hat, zur weiteren Kühlung des Wickelkopfes verwendet werden. Damit wird das vorhandene Hydraulikmittel möglichst effizient zur Kühlung genutzt.It is also advantageous if several first recesses in the first sheet forming the nozzle openings are connected to radially elongated second recesses in a second sheet arranged directly adjacent to the first sheet, with the second recesses further connected to the cooling channel structure. This allows a hydraulic fluid flow that has previously passed through the cooling channel structure and has already cooled a large portion of the stator to be used to further cool the winding head. This ensures that the available hydraulic fluid is used as efficiently as possible for cooling.

Zudem ist es vorteilhaft, wenn ein mäanderförmig verlaufender Wellenbereich der Kühlkanalstruktur durch radial außerhalb von Statorzähnen (des Stators) eingebrachte weitere Ausnehmungen gebildet ist. Damit wird insbesondere der massive Teil des Stators zuerst gekühlt, bevor der Wickelkopf durch das Fluid besprüht wird.It is also advantageous if a meandering wave section of the cooling channel structure is formed by additional recesses radially outside the stator teeth. This ensures that the solid part of the stator is cooled first before the winding head is sprayed with the fluid.

Ferner ist es von Vorteil, wenn der Grundkörper eine ringförmig umlaufende, radial nach außen geöffnete Zuführrinne aufweist, die mit zumindest einer als Einlass dienenden Ausnehmung eines Bleches verbunden ist. Damit kann das Hydraulikmittel möglichst axial mittig dem Stator zugeführt werden. Der Stator wird damit gesamtheitlich möglichst effizient gekühlt.Furthermore, it is advantageous if the base body has an annular, radially outwardly opening feed channel that is connected to at least one recess in a sheet metal plate serving as an inlet. This allows the hydraulic fluid to be fed to the stator as axially as possible, centrally. The stator is thus cooled as efficiently as possible.

Weist der Stator mehrere axial nebeneinander angeordnete Grundkörper auf, vorzugsweise zwei Grundkörper, wird der Stator und die elektrische Maschine möglichst leistungsfähig.If the stator has several base bodies arranged axially next to each other, preferably two base bodies, the stator and the electrical machine are as powerful as possible.

Diesbezüglich ist es wiederum von Vorteil, wenn zumindest zwei endseitig angeordnete Grundkörper mit Düsenöffnungen versehen sind, wobei die Düsenöffnungen eines ersten Grundkörpers zu den Düsenöffnungen eines zweiten Grundkörpers axial abgewandt sind. Dadurch können verschiedene, axial neben dem Grundkörper befindliche Bestandteile, insbesondere Wickelköpfe der elektrischen Maschine direkt gekühlt werden.In this regard, it is again advantageous if at least two base bodies arranged at their ends are provided with nozzle openings, wherein the nozzle openings of a first base body are axially opposite to the nozzle openings of a second base body. This allows various components located axially adjacent to the base body, in particular the winding heads of the electrical machine, to be directly cooled.

Für eine einfache Herstellbarkeit des Blechpaketes / Stators ist es auch vorteilhaft, wenn die Ausnehmungen stanztechnisch hergestellt sind. Dabei ist es möglichst von Vorteil, wenn die Ausnehmungen der verschiedenen Bleche mittels verschiedener Stanzwerkzeuge ausgeformt sind.For easier manufacturing of the laminated core/stator, it is also advantageous if the recesses are produced by stamping. It is best to form the recesses of the different laminations using different stamping tools.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.The invention will now be explained in more detail below with reference to figures.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Explosionsdarstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Stators einer elektrischen Maschine nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei verschiedene, einen Grundkörper des Stators bildende Bleche jeweils mit verschiedenen Ausnehmungen zur Ausbildung einer Kühlkanalstruktur sowie mehrerer Düsenöffnungen versehen sind,
  • 2 eine perspektivische Außenansicht des Stators einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, zur Veranschaulichung der prinzipiellen Position der Kühlkanalstruktur,
  • 3 eine Vorderansicht eines einen Einlass aufweisenden Bleches des Blechpaketes des Grundkörpers nach 1,
  • 4 bis 6 Vorderansichten weiterer Bleche, die zur Bildung der mäanderförmigen Kühlkanalstruktur eingesetzt sind,
  • 7 eine Vorderansicht eines Bleches aufweisend eine radiale Verbindungsstruktur zwischen mäanderförmigen Kühlkanalstruktur und den Düsenöffnungen,
  • 8 eine Vorderansicht eines Bleches aufweisend die Düsenöffnungen,
  • 9 und 10 Vorderansicht weiterer Bleche mit alternativ ausgeformten Ausnehmungen zur Ausbildung der mäanderförmigen Kühlkanalstruktur,
  • 11 eine Vorderansicht eines stanztechnisch bearbeiteten Bleches unter Veranschaulichung verschiedener, zur Ausbildung der verschiedenen Ausnehmungen dienenden Stanzwerkzeuge,
  • 12 und 13 perspektivische Außenansichten zweier Statoren alternativer Ausführungsformen, wobei in 12 kein Mäandergang und in 13 mehr Mäandergänge als in 2 umgesetzt sind,
  • 14a bis 14c Vorderansichten eines Blechzusammenbaus (14a) bestehend aus zwei Blechen (14b und 14c) zur Bildung der Düsenöffnungen gemäß einer alternativen Ausführungsform, sowie
  • 15a uns 15b Vorderansichten eines Blechzusammenbaus bestehend aus zwei Blechen (15a und 15b) zur Bildung der Düsenöffnungen, jedoch ohne Mäandergang, gemäß einer alternativen Ausführungsform.
They show:
  • 1 a schematic exploded view of a part of a stator according to the invention of an electrical machine according to a preferred embodiment, wherein various sheets forming a base body of the stator are each provided with different recesses for forming a cooling channel structure and several nozzle openings,
  • 2 a perspective external view of the stator of an electrical machine according to the invention, to illustrate the basic position of the cooling channel structure,
  • 3 a front view of a sheet having an inlet of the laminated core of the base body according to 1 ,
  • 4 to 6 Front views of additional sheets used to form the meandering cooling channel structure,
  • 7 a front view of a sheet having a radial connecting structure between the meandering cooling channel structure and the nozzle openings,
  • 8 a front view of a sheet metal showing the nozzle openings,
  • 9 and 10 Front view of further sheets with alternatively shaped recesses for the formation of the meandering cooling channel structure,
  • 11 a front view of a punched sheet metal showing various punching tools used to form the various recesses,
  • 12 and 13 perspective external views of two stators of alternative embodiments, in which 12 no meandering and in 13 more meanders than in 2 are implemented,
  • 14a to 14c Front views of a sheet metal assembly ( 14a) consisting of two sheets ( 14b and 14c ) for forming the nozzle openings according to an alternative embodiment, and
  • 15a us 15b Front views of a sheet metal assembly consisting of two sheets ( 15a and 15b) for forming the nozzle openings, but without meandering, according to an alternative embodiment.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.The figures are merely schematic and serve solely to clarify the invention. The same elements are designated by the same reference numerals.

In Verbindung mit den 1 und 2 ist zunächst ein Stator 2 einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 zu erkennen. Die elektrische Maschine 1 ist dabei derart dimensioniert, dass sie bevorzugt als Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeuges, nämlich insbesondere eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges, eingesetzt ist.In connection with the 1 and 2 First, a stator 2 of an electrical machine 1 according to the invention can be seen. The electrical machine 1 is dimensioned such that it is preferably used as a drive motor of a motor vehicle, namely in particular an agricultural utility vehicle.

Es ist in 2 besonders gut zu erkennen, dass der Stator 2 zumindest einen Grundkörper 3, hier gar zwei Grundkörper 3a und 3b aufweist. Die Grundkörper 3; 3a, 3b sind jeweils aus Blechpaketen 5 zusammengesetzt, hier gar vollständig durch das Blechpaket 5 gebildet. Ein Blechpaket 5 weist dabei auf übliche Weise weitestgehend gleichartig ausgebildete einzelne Bleche 10 auf, die in axialer Richtung gestapelt sind und dabei letztendlich mehrere axial fluchtende, radial nach innen geöffnete Nuten 15 / Aussparungen ausbilden, in denen die Wicklungen 16 einer Spule des Stators 2 positioniert werden. Zu den axialen Endseiten des Stators 2 sind die Wicklungen 16 auf übliche Weise umgeleitet / umgebogen und bilden dabei Wickelköpfe 17 aus. Wie in 2 zu erkennen, ist ein erster Grundkörper 3a zu seiner ersten Stirnseite 7a hin von dem Wickelkopf 17 umgeben und ein zweiter Grundkörper 3b zu einer (der ersten Stirnseite 7a abgewandten / entgegengesetzten) zweiten Stirnseite 7b von einem Wickelkopf 17 umgeben ist. Die beiden Grundkörper 3a, 3b sind gleich ausgebildet, jedoch axial spiegelsymmetrisch / spiegelverkehrt positioniert.It is in 2 It can be seen particularly well that the stator 2 has at least one base body 3, here even two base bodies 3a and 3b. The base bodies 3; 3a, 3b are each composed of laminated cores 5, here even completely formed by the laminated core 5. A laminated core 5 has, in the usual way, largely similarly designed individual sheets 10, which are stacked in the axial direction and ultimately form several axially aligned, radially inwardly opening slots 15 / recesses in which the windings 16 of a coil of the stator 2 are positioned. Towards the axial end sides of the stator 2, the windings 16 are redirected / bent in the usual way and thereby form winding heads 17. As in 2 As can be seen, a first base body 3a is surrounded by the winding head 17 towards its first end face 7a, and a second base body 3b is surrounded by a winding head 17 towards a second end face 7b (facing away from/opposite the first end face 7a). The two base bodies 3a, 3b are of identical design, but are positioned axially mirror-symmetrically/mirror-inverted.

Neben dem ringförmigen Stator 2 weist die elektrische Maschine 1 auf übliche Weise einen hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Rotor auf, der drehbar durch den Stator 2 antreibbar ist und (radial) innerhalb des Stators 2 angeordnet ist. Die gegenständlich verwendeten Richtungsangaben axial, radial und in Umfangsrichtung sind in Bezug auf eine Drehachse des Rotors zu verstehen, die deckungsgleich mit einer Mittelachse / Längsachse des Stators ist und in 2 mit dem Bezugszeichen 6 eingezeichnet ist. Unter axial / axialer Richtung wird demnach eine Richtung entlang / parallel zu der Längsachse 6, unter radial / radialer Richtung eine Richtung senkrecht zu der Längsachse 6 und unter Umfangsrichtung eine Richtung entlang einer konzentrisch um die Längsachse 6 umlaufenden Kreislinie verstanden.In addition to the annular stator 2, the electric machine 1 has, in the usual way, a rotor (not shown here for the sake of clarity), which is rotatably driven by the stator 2 and is arranged (radially) within the stator 2. The directions used in the present case, axial, radial and circumferential, are to be understood in relation to a rotational axis of the rotor, which is congruent with a central axis/longitudinal axis of the stator and in 2 is indicated by the reference symbol 6. The term axial/axial direction is therefore understood to mean a direction along/parallel to the longitudinal axis 6, the term radial/radial direction is understood to mean a direction perpendicular to the longitudinal axis 6, and the term circumferential direction is understood to mean a direction along a circular line concentrically encircling the longitudinal axis 6.

In 2 ist ferner zu erkennen, dass zur Zuführung eines Hydraulikmittels in eine Kühlkanalstruktur 4 des Stators 2 eine radial nach außen geöffnete, ringförmig umlaufende Zuführrinne 14 in Form einer Nut eingebracht ist. Über diese Zuführrinne 14 wird im Betrieb Hydraulikmittel der Kühlkanalstruktur 4 zugeführt.In 2 It can also be seen that a radially outwardly open, annularly circumferential feed channel 14 in the form of a groove is provided for supplying a hydraulic fluid into a cooling channel structure 4 of the stator 2. During operation, hydraulic fluid is supplied to the cooling channel structure 4 via this feed channel 14.

In 1 ist dabei die nähere Ausbildung der Kühlkanalstruktur 4 zu erkennen. Die Kühlkanalstruktur 4 wird durch mehrere Ausnehmungen 9a, 9b, 9c in verschiedenen Blechen 10; 10a, 10b, 10c des Blechpakets 5 ausgebildet. Axial sich überdeckende / verbundene Ausnehmungen 9a, 9b, 9c bilden die Kanalstruktur 4. Somit ergibt sich letztendlich ein mäanderförmiger Wellenbereich 13 der Kühlkanalstruktur 4, der das Hydraulikmittel im Betrieb entlang des Umfangs des Stators 2 durch den Grundkörper 3 leitet.In 1 The detailed design of the cooling channel structure 4 can be seen. The cooling channel structure 4 is formed by several recesses 9a, 9b, 9c in various sheets 10; 10a, 10b, 10c of the laminated core 5. Axially overlapping/connected recesses 9a, 9b, 9c form the channel structure 4. This ultimately results in a meandering wave region 13 of the cooling channel structure 4, which guides the hydraulic fluid along the circumference of the stator 2 through the base body 3 during operation.

Erfindungsgemäß ist mit einem axialen Ende der Kühlkanalstruktur 4 eine Düseneinrichtung vorhanden, die mehrere als erste Ausnehmungen 9a ausgebildete Düsenöffnungen 8 in einem weiteren (ersten) Blech 10a aufweist. Die Düsenöffnungen 8 sind ebenfalls als Durchgangslöcher ausgebildet und so positioniert, dass ein aus ihnen im Betrieb zur Umgebung des Grundkörpers 3 hin austretendes Hydraulikmittel den Wickelkopf 17 des Stators 2 unmittelbar besprüht / umspült. Die Düsenöffnungen 8 sind dabei radial innerhalb der Kühlkanalstruktur 4 positioniert. Die Düsenöffnungen 8 sind in radial nach innen abstehende Stege 12 des ersten Blechs 10a eingebracht. Die Düsenöffnungen 8 je Steg 12 sind in radialer Richtung beabstandet zueinander. Jene Stege 12 dienen dazu, im montierten Zustand des Blechpaketes 5 einen Statorzahn 11 mit auszubilden. Zwei in Umfangsrichtung benachbarte Stege 12 begrenzen wiederum die die Wicklungen aufnehmende Nut 15. Je Steg 12 sind in dieser Ausführung zwei Düsenöffnungen 8 vorhanden.According to the invention, a nozzle device is provided at one axial end of the cooling channel structure 4, which nozzle device has a plurality of nozzle openings 8 formed as first recesses 9a in a further (first) sheet 10a. The nozzle openings 8 are also formed as through holes and positioned such that a hydraulic fluid emerging from them during operation towards the surroundings of the base body 3 directly sprays/rinses the winding head 17 of the stator 2. The nozzle openings 8 are positioned radially within the cooling channel structure 4. The nozzle openings 8 are introduced into radially inwardly projecting webs 12 of the first sheet 10a. The nozzle openings 8 for each web 12 are spaced apart from one another in the radial direction. These webs 12 serve to form a stator tooth 11 when the laminated core 5 is assembled. Two circumferentially adjacent webs 12 in turn delimit the groove 15 which accommodates the windings. In this design, two nozzle openings 8 are provided for each web 12.

Zur radialen Verbindung der Düsenöffnungen 8 mit der Kühlkanalstruktur 4, die radial außerhalb der Düsenöffnungen 8 / Stege 12 in einem in Umfangsrichtung durchgängig verlaufenden Ringkörper des Grundkörpers 3 angeordnet ist, dienen radial verlaufende, das heißt als Langlöcher ausgebildete, zweite Ausnehmungen 9b in einem zweiten Blech 10b.For the radial connection of the nozzle openings 8 with the cooling channel structure 4, which is arranged radially outside the nozzle openings 8 / webs 12 in a ring body of the base body 3 that runs continuously in the circumferential direction, radially running second recesses 9b in a second sheet 10b, i.e. designed as elongated holes, serve.

Im Anschluss an das zweite Blech 10b ist gemäß 1 und 3 ein drittes Blech 10c angeordnet, das hier lediglich eine einzige (dritte) Ausnehmung 9c, aufweist. Die dritte Ausnehmung 9c bildet bereits einen Bestandteil der Kühlkanalstruktur 4 und ist in axialer Richtung mit weiteren Ausnehmungen 9 weiterer Bleche 10d bis 10g verbunden.Following the second sheet 10b, according to 1 and 3 a third sheet 10c is arranged, which here has only a single (third) recess 9c. The third recess 9c already forms a component of the cooling channel structure 4 and is connected in the axial direction to further recesses 9 of further sheets 10d to 10g.

In Bezug auf die Verbindung der Ausnehmungen 9a, 9b, 9c des ersten, zweiten und dritten Bleches 10a, 10b, 10c miteinander wird in Verbindung mit den 1, 7 und 8 deutlich, dass die zweiten Ausnehmungen 9b an ihren radial außenliegenden Enden in einen Verbindungskanal 18 des zweiten Bleches 10b übergehen. Der Verbindungskanal 18 verbindet hier drei zweite Ausnehmungen 9b, die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, miteinander. Jede zweite Ausnehmung 9b ist in Umfangsrichtung überlappend mit zwei ersten Ausnehmungen 9a in einem Steg 12 angeordnet und somit mit diesen verbunden. Überlappend zu dem Verbindungskanal 18 ist wiederum die dritte Ausnehmung 9c im dritten Blech 10c angeordnet.With regard to the connection of the recesses 9a, 9b, 9c of the first, second and third sheets 10a, 10b, 10c with each other, in connection with the 1 , 7 and 8 It is clear that the second recesses 9b merge at their radially outer ends into a connecting channel 18 of the second sheet 10b. The connecting channel 18 here connects three second recesses 9b, which are arranged adjacent to one another in the circumferential direction. Each second recess 9b is arranged in a web 12 so as to overlap in the circumferential direction with two first recesses 9a and is thus connected to them. The third recess 9c in the third sheet 10c is arranged overlapping the connecting channel 18.

In Bezug auf die zweiten Ausnehmungen 9b sei auch darauf hingewiesen, dass diese unterschiedliche Breiten (Abmessungen in Umfangsrichtung) aufweisen können. Insbesondere die drei mit einem gemeinsamen Verbindungskanal 18 verbundenen zweiten Ausnehmungen 9b sind in 7 unterschiedlich ausgebildet: Eine in Umfangsrichtung mittig zwischen zwei weiteren zweiten Ausnehmungen 9b angeordnete zweite Ausnehmung 9b ist mit einer geringeren Breite im Vergleich zu den übrigen zweiten Ausnehmungen 9b ausgebildet.With regard to the second recesses 9b, it should also be noted that these can have different widths (dimensions in the circumferential direction). In particular, the three second recesses 9b connected to a common connecting channel 18 are 7 differently designed: A second recess 9b arranged centrally in the circumferential direction between two further second recesses 9b is designed with a smaller width compared to the other second recesses 9b.

Die weiteren Bleche 10d bis 10g sind in Verbindung mit den 3 bis 6 gut zu erkennen. Die Ausnehmungen 9 der vierten bis sechsten Bleche 10d, 10e, 10f sind dabei derart ausgebildet und in axialer Richtung im Anschluss aneinander angeordnet, dass diese gesamtheitlich einen mäanderförmig verlaufenden Wellenbereich 13 der Kühlkanalstruktur 4 bilden. Durch den Wellenbereich 13 wird im Betrieb Hydraulikmittel durch den Ringbereich des Grundkörpers 3 geleitet. Dieses Hydraulikmittel wird zuvor über die Zuführrinne 14 und einen Einlass 19 in einem abschließend angeordneten siebten Blech 10g über einen dort eingebrachten Einlass 19 zugeführt.The other sheets 10d to 10g are in connection with the 3 to 6 clearly visible. The recesses 9 of the fourth to sixth sheets 10d, 10e, 10f are designed and arranged axially adjacent to one another in such a way that they collectively form a meandering wave region 13 of the cooling channel structure 4. During operation, hydraulic fluid is guided through the wave region 13 through the annular region of the base body 3. This hydraulic fluid is previously supplied via the feed channel 14 and an inlet 19 in a finally arranged seventh sheet 10g via an inlet 19 provided there.

In den 9 und 10 sind alternative Bleche 10 veranschaulicht, die hinsichtlich ihrer Ausnehmungen 9 zur Ausbildung der Kühlkanalstruktur 4 abweichend zu dem zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind.In the 9 and 10 alternative sheets 10 are illustrated which, with regard to their recesses 9 for forming the cooling channel structure 4, are designed differently from the previously described preferred embodiment.

Mit Bezug auf 11 sei abschließend darauf hingewiesen, dass es prinzipiell möglich ist, die verschiedenen Ausnehmungen 9, insbesondere jene die Kühlkanalstruktur 4 bildenden Bleche 10c bis 10g durch lediglich drei unterschiedlich große Stanzwerkzeuge S1, S2, S3 zu bilden.With reference to 11 Finally, it should be pointed out that it is in principle possible to form the various recesses 9, in particular those sheets 10c to 10g forming the cooling channel structure 4, using only three punching tools S1, S2, S3 of different sizes.

Mit anderen Worten ausgedrückt, integriert die erfindungsgemäße Lösung direkt die Mäanderführung sowie das Düsendesign im Statorblech, wodurch Teilekosten und Bauraumbedarf erheblich reduziert sind.In other words, the inventive solution directly integrates the meander guide and the nozzle design in the stator sheet, which significantly reduces parts costs and installation space requirements.

Wie in 2 zu sehen, wird das Kühlfluid / Hydraulikmittel in die Mitte des Stators 2 eingeleitet. Durch verschiedene Blechdesigns wird das Fluid am Statorrücken in einen Mäander zugeführt. Durch den Mäander wird der Kühleffekt erhöht, da das Fluid mit einer höheren Geschwindigkeit fließt, was eine bessere Wärmeabfuhr zur Folge hat.As in 2 As can be seen, the cooling fluid/hydraulic medium is introduced into the center of stator 2. Various sheet metal designs allow the fluid to be fed into a meander pattern at the back of the stator. The meander pattern increases the cooling effect because the fluid flows at a higher speed, resulting in better heat dissipation.

In 1 ist die Führung im Detail dargestellt. Hier ist zu sehen, das der Mäander durch verschiedene Blechschnitte / Bleche 10 gebildet wird. Zusätzlich wird an der Seite des Wickelkopfes 17 durch zwei Bleche das ankommende Öl auf jeden Zahn gleich verteilt, sodass mit einem Abschlussblech (erstes Blech 10a) Düsen, die direkt auf die Kupferwindungen sprühen, umgesetzt werden.In 1 The guide is shown in detail. Here, you can see that the meander is formed by various sheet metal cuts/sheets 10. Additionally, on the side of the winding head 17, two sheets distribute the incoming oil evenly to each tooth, so that a closing sheet (first sheet 10a) creates nozzles that spray directly onto the copper windings.

Wie in den 3 bis 7 zu erkennen ist, hat das dritte und siebte Blech 10c, 10g lediglich einen Fluidkanal alle 3..5..7..usw. Zähne. Dieses dient einerseits zur Zuführung aus dem axial mittleren Einlass 19 sowie als „Wandung“ für die Mäanderumlenkung.As in the 3 to 7 As can be seen, the third and seventh plates 10c, 10g have only one fluid channel every 3, 5, 7, etc. teeth. This serves both for supply from the axially central inlet 19 and as a "wall" for the meander deflection.

Das vierte Blech 10d und das sechste Blech 10f dienen zur Umlenkung, zur Bildung des Mäanders. Hierbei ist die Variante mit zweifacher Umlenkung zu sehen.The fourth plate 10d and the sixth plate 10f serve as deflection, forming the meander. The variant with double deflection is shown here.

Deswegen gibt es einen langen Umlenkkanal und einen Durchgangskanal Richtung Wickelkopf; danach wiederholt sich die Anordnung. Bei einem z.B. längeren Mäander ändert sich diese Anordnung (durch Einsatz der Bleche 10 der 9 und 10).Therefore, there is a long deflection channel and a through channel towards the winding head; after that, the arrangement is repeated. For a longer meander, for example, this arrangement changes (by using the sheets 10 of the 9 and 10 ).

Das sechste Blech 10f hat eine Verschiebung des Blechschnittes, um die Umlenkung auf der gegenüberliegenden Seite umzusetzen.The sixth sheet 10f has a shift of the sheet cut to implement the deflection on the opposite side.

Das fünfte Blech 10e ist für die Einzelkanäle über die aktive Länge zuständig.The fifth plate 10e is responsible for the individual channels over the active length.

Das zweite Blech 10b ist zuständig für die Verteilung des Fluids auf die einzelnen Zähne / Stege 12, wobei hier die einzelnen Kanäle unterschiedliche Dimensionen haben können, um eine gleichmäßige Verteilung des Fluids zu gewährleisten.The second plate 10b is responsible for distributing the fluid to the individual teeth/webs 12, whereby the individual channels can have different dimensions to ensure an even distribution of the fluid.

Das erste Blech 10a (8), wirkt als Blende und bildet dadurch die Düsen (Düsenöffnungen 8) aus, die auf den Wickelkopf sprühen. Die Anzahl und Position der Düsen kann frei gewählt werden.The first sheet 10a ( 8 ), acts as an aperture and thus forms the nozzles (nozzle openings 8) that spray onto the winding head. The number and position of the nozzles can be freely selected.

11 zeigt ein Beispiel, wie die verschiedenen Bleche in Realität effizient hergestellt werden können. 11 shows an example of how the different sheets can be efficiently manufactured in reality.

12 bis 15b zeigen weitere alternative Ausgestaltungsmöglichkeiten des Stators 2. 12 to 15b show further alternative design options for stator 2.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
elektrische Maschineelectric machine
22
Statorstator
33
GrundkörperBasic body
3a3a
erster Grundkörperfirst basic body
3b3b
zweiter Grundkörpersecond basic body
44
KühlkanalstrukturCooling channel structure
55
BlechpaketSheet metal package
66
LängsachseLongitudinal axis
7a7a
erste Stirnseitefirst front side
7b7b
zweite Stirnseitesecond front side
88
DüsenöffnungNozzle opening
99
Ausnehmungrecess
9a9a
erste Ausnehmungfirst recess
9b9b
zweite Ausnehmungsecond recess
9c9c
dritte Ausnehmungthird recess
10a10a
erstes Blechfirst sheet
10b10b
zweites Blechsecond sheet
10c10c
drittes Blechthird sheet
10d10d
viertes Blechfourth sheet
10e10e
fünftes Blechfifth sheet
10f10f
sechstes Blechsixth sheet
10g10g
siebtes Blechseventh sheet
1111
StatorzahnStator tooth
1212
Stegweb
1313
WellenbereichWaveband
1414
ZuführrinneFeed chute
1515
NutGroove
1616
Wicklungwinding
1717
Wickelkopfwinding head
1818
Verbindungskanalconnecting channel
1919
Einlassinlet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • CN 115021439 A [0002]CN 115021439 A [0002]

Claims (9)

Elektrische Maschine (1) für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einem gesamtheitlich ringförmig verlaufenden Stator (2) und einer in einen ringförmigen Grundkörper (3) des Stators (2) eingebrachten, entlang des Umfangs zumindest abschnittsweise mäanderförmig verlaufenden Kühlkanalstruktur (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) aus einem Blechpaket (5) gebildet ist und sowohl die Kühlkanalstruktur (4) als auch mehrere zu einer Stirnseite (7a, 7b) des Stators (2) geöffnete Düsenöffnungen (8) durch unterschiedliche, hydraulisch miteinander verbundene Ausnehmungen (9) in einzelnen Blechen (10) des Blechpaketes (5) gebildet sind.Electrical machine (1) for driving a motor vehicle, with a stator (2) which runs in an overall annular shape and with a cooling channel structure (4) which is introduced into an annular base body (3) of the stator (2) and which runs in a meandering shape at least in sections along the circumference, characterized in that the base body (3) is formed from a laminated core (5) and both the cooling channel structure (4) and a plurality of nozzle openings (8) which open towards an end face (7a, 7b) of the stator (2) are formed by different, hydraulically interconnected recesses (9) in individual sheets (10) of the laminated core (5). Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein stirnseitig angeordnetes erstes Blech (10a) des Blechpaketes (5) die Düsenöffnungen (8) aufweist, die in zur Ausbildung von Statorzähnen (11) dienenden Stegen (12) dieses ersten Bleches (10a) eingebracht sind.Machine (1) after Claim 1 , characterized in that a first sheet (10a) of the laminated core (5) arranged on the end face has the nozzle openings (8) which are introduced into webs (12) of this first sheet (10a) serving to form stator teeth (11). Maschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass je Steg (12) mehrere radial beabstandete Düsenöffnungen (8) in dem ersten Blech (10a) vorhanden sind.Machine (1) after Claim 2 , characterized in that for each web (12) there are several radially spaced nozzle openings (8) in the first sheet (10a). Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere die Düsenöffnungen (8) ausbildende erste Ausnehmungen (9a) des ersten Bleches (10a) mit radial langgestreckten zweiten Ausnehmungen (9b) eines, direkt neben dem ersten Blech (10a) angeordneten, zweiten Bleches (10b) verbunden sind, wobei die zweiten Ausnehmungen (9b) mit der Kühlkanalstruktur (4) weiter verbunden sind.Machine (1) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that a plurality of first recesses (9a) of the first sheet (10a) forming the nozzle openings (8) are connected to radially elongated second recesses (9b) of a second sheet (10b) arranged directly next to the first sheet (10a), wherein the second recesses (9b) are further connected to the cooling channel structure (4). Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein mäanderförmig verlaufender Wellenbereich (13) der Kühlkanalstruktur (4) durch radial außerhalb von Statorzähnen (11) eingebrachte weitere Ausnehmungen (9) gebildet ist.Machine (1) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that a meandering wave region (13) of the cooling channel structure (4) is formed by further recesses (9) made radially outside of stator teeth (11). Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) eine ringförmig umlaufende, radial nach außen geöffnete Zuführrinne (14) aufweist, die mit zumindest einer als Einlass (15) dienenden Ausnehmung (9c) eines Bleches (10) verbunden ist.Machine (1) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the base body (3) has an annular, radially outwardly open feed trough (14) which is connected to at least one recess (9c) of a sheet (10) serving as an inlet (15). Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) mehrere axial nebeneinander angeordnete Grundkörper (3) aufweist.Machine (1) according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the stator (2) has several base bodies (3) arranged axially next to one another. Maschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei endseitig angeordnete Grundkörper (3) mit Düsenöffnungen (8) versehen sind, wobei die Düsenöffnungen (8) eines ersten Grundkörpers (3a) zu den Düsenöffnungen (8) eines zweiten Grundkörpers (3b) axial abgewandt sind.Machine (1) after Claim 7 , characterized in that at least two base bodies (3) arranged at the ends are provided with nozzle openings (8), wherein the nozzle openings (8) of a first base body (3a) are axially remote from the nozzle openings (8) of a second base body (3b). Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (9) stanztechnisch hergestellt sind.Machine (1) according to one of the Claims 1 until 8 , characterized in that the recesses (9) are produced by stamping.
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