DE102019106801A1

DE102019106801A1 - Electric machine with cooling

Info

Publication number: DE102019106801A1
Application number: DE102019106801.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Reinlein; Falk Heilfort
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2020-09-24

Abstract

Eine elektrische Maschine (10) weist einen Rotor (40) und einen Stator (20) auf. Mindestens ein Blechpaket (30, 50) mit Elektroblechen (31, 51) ist vorgesehen, welches Blechpaket (30, 50) einen Kühlkanal (52) aufweist, in welchem Kühlkanal (52) ein Kühlmittel (54) vorgesehen ist, und welches Kühlmittel (54) ein Ferrofluid aufweist.An electrical machine (10) has a rotor (40) and a stator (20). At least one laminated core (30, 50) with electrical steel sheets (31, 51) is provided, which laminated core (30, 50) has a cooling channel (52), in which cooling channel (52) a coolant (54) is provided, and which coolant ( 54) has a ferrofluid.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit Kühlung und bevorzugt mit Elektroblechen, die zumindest abschnittsweise durch additive Fertigung hergestellt sind.The invention relates to an electrical machine with cooling and preferably with electrical steel sheets that are manufactured at least in sections by additive manufacturing.

Die DE 10 2016 203 945 A1 zeigt eine Statoreinrichtung, bei der auf einer Mantelfläche des Blechpakets eine durch Kaltgasspritzen hergestellte Schicht mit Kühlkanälen ausgebildet ist.The DE 10 2016 203 945 A1 shows a stator device in which a layer with cooling ducts produced by cold gas spraying is formed on a jacket surface of the laminated core.

Die WO 2017/041957 A1 betrifft einen Hohlleiter für eine elektrische Maschine mit einer ringförmigen Trägereinrichtung und einem zentralen Kühlkanal. Die ringförmige Trägereinrichtung ist durch ein 3D-Druckverfahren hergestellt und umgibt die Einzelleiter.The WO 2017/041957 A1 relates to a waveguide for an electrical machine with an annular carrier device and a central cooling channel. The ring-shaped support device is produced using a 3D printing process and surrounds the individual conductors.

Die US 2018/0205284 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses mit einem Kühlmantel durch ein 3D-Druckverfahren.The US 2018/0205284 A1 shows a method for producing a housing with a cooling jacket by a 3D printing process.

Die WO 2017/121511 A1 zeigt ein Elektroblech für eine elektrische Maschine, welches mehrere Aussparungen aufweist, durch welche sich ein Steg erstreckt, welcher Steg durch eine 3D-Druckverfahren aus einem nicht magnetisierbaren Material gedruckt ist.The WO 2017/121511 A1 shows an electrical sheet for an electrical machine, which has a plurality of recesses through which a web extends, which web is printed from a non-magnetizable material by a 3D printing process.

Die DE 101 64 290 A1 zeigt eine dauermagnetische erregte elektrische Maschine, bei der das Statorteil oder das Läuferteil einen Füllraum aufweisen, in dem zur Veränderung der magnetischen Leitfähigkeit mehr oder weniger Flussleitflüssigkeit vorgesehen sein kann.The DE 101 64 290 A1 shows a permanently magnetic excited electrical machine in which the stator part or the rotor part have a filling space in which more or less flux-conducting fluid can be provided to change the magnetic conductivity.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue elektrische Maschine bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a new electrical machine.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.The object is achieved by the subject matter of claim 1.

Eine elektrische Maschine hat einen Rotor und einen Stator. Es ist mindestens ein Blechpaket mit Elektroblechen vorgesehen, welches Blechpaket einen Kühlkanal aufweist, in welchem Kühlkanal ein Kühlmittel vorgesehen ist, und welches Kühlmittel ein Ferrofluid aufweist.An electrical machine has a rotor and a stator. At least one laminated core with electrical steel sheets is provided, which laminated core has a cooling channel, in which cooling channel a coolant is provided, and which coolant has a ferrofluid.

Das Ferrofluid ermöglicht eine gute Leitung des magnetischen Flusses, und der Eisenfüllfaktor wird hierdurch erhöht. Dies führt zu einer leistungsstarken Elektromaschine mit hohem Wirkungsgrad. Zudem haben Ferrofluide eine gute Wärmeleitfähigkeit, und es sind hohe Temperaturen möglich.The ferrofluid enables the magnetic flux to be conducted well and the iron fill factor is increased as a result. This leads to a powerful electric machine with high efficiency. Ferrofluids also have good thermal conductivity and high temperatures are possible.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die elektrische Maschine einen Kühlmittelkreislauf für das Kühlmittel auf, welcher Kühlmittelkreislauf zumindest abschnittsweise durch den Kühlkanal gebildet ist. Durch das Vorsehen des Kühlkreislaufs ist eine effiziente Kühlung der Elektromaschine möglich.According to a preferred embodiment, the electrical machine has a coolant circuit for the coolant, which coolant circuit is formed at least in sections by the cooling channel. The provision of the cooling circuit enables efficient cooling of the electric machine.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elektrobleche zumindest in einem vorgegebenen ersten Abschnitt durch additive Fertigung hergestellt. Versuche haben ergeben, dass durch eine additive Fertigung große Freiheitsgrade bei der geometrischen Ausgestaltung von Aussparungen möglich sind. Hierdurch ist eine optimierte Kühlung möglich.According to a preferred embodiment, the electrical sheets are manufactured at least in a predetermined first section by additive manufacturing. Tests have shown that additive manufacturing allows great degrees of freedom in the geometric design of cutouts. This enables optimized cooling.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Elektrobleche zumindest teilweise im ersten Abschnitt eine Aussparung auf, um durch die Aussparung einen Kühlkanalabschnitt des Kühlkanals auszubilden. Die Ausbildung der Aussparung im ersten Abschnitt ermöglicht insbesondere bei der Ausgestaltung der Kühlkanäle eine große geometrische Freiheit.According to a preferred embodiment, the electrical steel sheets have, at least in part, a recess in the first section in order to form a cooling channel section of the cooling channel through the recess. The formation of the recess in the first section enables a great deal of geometric freedom, particularly in the design of the cooling channels.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die additive Fertigung einen 3D-Druck. Durch den 3D-Druck lassen sich die unterschiedlichsten Formen automatisiert erstellen.According to a preferred embodiment, the additive manufacturing includes 3D printing. A wide variety of shapes can be created automatically using 3D printing.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die additive Fertigung mit einem Werkstoff, der zumindest bereichsweise weichmagnetische Eigenschaften hat. Hierdurch kann ein hoher Eisenfüllfaktor im Blechpaket erzielt werden.According to a preferred embodiment, the additive manufacturing takes place with a material that has soft magnetic properties at least in some areas. This enables a high iron fill factor to be achieved in the laminated core.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eines der Elektrobleche einen in Längsrichtung des Blechpakets gekrümmten Kühlkanalabschnitt auf. Durch eine solche Ausgestaltung lassen sich Kühlkanäle mit gekrümmten Verläufen verwirklichen, und dies ermöglicht eine Erhöhung der Kühlkanalgrenzfläche und damit eine Verbesserung der Wärmeabfuhr. Bei bisherigen Elektroblechen sind eckige Varianten in der Richtung quer zur Längsrichtung (entsprechend dem Grundriss) beispielsweise bei den Aussparungen für die Permanentmagneten 42 bekannt. Die entsprechenden Seitenwände der Aussparungen verlaufen jedoch bei einem Stanzvorgang in Längsrichtung des Elektroblechs, insbesondere im inneren Bereich des Elektroblechs.According to a preferred embodiment, at least one of the electrical sheets has a cooling channel section curved in the longitudinal direction of the laminated core. With such a configuration, cooling channels with curved courses can be realized, and this enables an increase in the cooling channel boundary surface and thus an improvement in the dissipation of heat. With previous electrical steel sheets, angular variants in the direction transverse to the longitudinal direction (according to the floor plan) are, for example, in the recesses for the permanent magnets 42 known. The corresponding side walls of the recesses, however, run in the longitudinal direction of the electrical sheet during a punching process, in particular in the inner region of the electrical sheet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eines der Elektrobleche einen Kühlkanalabschnitt auf, dessen Seitenwand zumindest bereichsweise nicht parallel zur Längsrichtung des Blechpakets ausgebildet ist. Auch hierdurch kann die Kühlkanalgrenzfläche erhöht werden, und es können Kühlkanalverläufe gestaltet werden, die keine harten Kanten und damit weniger Geräusche haben.According to a preferred embodiment, at least one of the electrical sheets has a cooling channel section, the side wall of which is at least partially not parallel to the longitudinal direction of the laminated core. This also allows the cooling channel boundary surface to be increased, and cooling channel courses can be designed that have no hard edges and therefore less noise.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verläuft der Kühlkanal zumindest abschnittsweise in Form einer Helix oder einer Doppelhelix durch das Blechpaket. Eine solche Struktur hat eine vergleichsweise große Kühlkanalgrenzfläche.According to a preferred embodiment, the cooling channel runs at least in sections in the form of a helix or a double helix through the laminated core. Such a structure has a comparatively large cooling channel interface.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eines der Elektrobleche einen Kühlkanalabschnitt auf, welcher Kühlkanalabschnitt einen Kühlkanalteilabschnitt aufweist, welcher Kühlkanalteilabschnitt in Längsrichtung des Blechpakets auf einer Seite oder auf beiden Seiten durch das Elektroblech begrenzt ist. Durch eine solche Ausbildung ist eine Erstreckung des Kühlkanalabschnitts entlang der Erstreckung des Elektroblechs möglich, und es kann eine große Kühlkanalgrenzfläche erzeugt werden.According to a preferred embodiment, at least one of the electrical sheets has a cooling channel section, which cooling channel section has a cooling channel section, which cooling channel section is delimited in the longitudinal direction of the laminated core on one side or on both sides by the electrical sheet. Such a design enables the cooling channel section to extend along the extension of the electrical steel sheet, and a large cooling channel boundary surface can be generated.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das mindestens eine Blechpaket ein erstes Blechpaket auf, welches dem Stator zugeordnet ist.According to a preferred embodiment, the at least one laminated core has a first laminated core which is assigned to the stator.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform definiert das erste Blechpaket Statornuten, und der Kühlkanal verläuft zumindest abschnittsweise an einer der Statornuten entlang. Da im Bereich der Statornuten häufig viel Wärme erzeugt wird, führt diese Ausgestaltung zu einer guten Kühlung der Elektromaschine.According to a preferred embodiment, the first laminated core defines stator slots, and the cooling channel runs at least in sections along one of the stator slots. Since a lot of heat is often generated in the area of the stator slots, this configuration leads to good cooling of the electric machine.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Stator eine Statorwicklung auf, und der Kühlkanal verläuft zumindest abschnittsweise neben der Statorwicklung. Durch die Statorwicklung wird bei der Bestromung Wärme erzeugt, und die genannte Ausgestaltung des Kühlkanals bewirkt eine gute Kühlung.According to a preferred embodiment, the stator has a stator winding, and the cooling channel runs at least in sections next to the stator winding. The stator winding generates heat when the current is supplied, and the design of the cooling channel mentioned causes good cooling.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das mindestens ein Blechpaket ein zweites Blechpaket auf, welches dem Rotor zugeordnet ist.According to a preferred embodiment, the at least one laminated core has a second laminated core which is assigned to the rotor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist dem zweiten Blechpaket mindestens ein Permanentmagnet zugeordnet, und der Kühlkanal ist zumindest abschnittsweise in einem an den Permanentmagneten angrenzenden Bereich des zweiten Blechpakets ausgebildet. Durch diese Geometrie kann der Bereich um die Permanentmagneten herum gut gekühlt werden.According to a preferred embodiment, at least one permanent magnet is assigned to the second laminated core, and the cooling channel is formed at least in sections in a region of the second laminated core adjoining the permanent magnet. This geometry allows the area around the permanent magnets to be cooled well.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt

1 in einer Draufsicht eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator,
2 in einer raumbildlichen Darstellung den Rotor von 1,
3 in einer Draufsicht ein Elektroblech mit einem 3D-Drucker zur Herstellung,
4 in einer Draufsicht ein Elektroblech mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich,
5 in einer raumbildlichen Darstellung einen Rotor mit zwei schematisch dargestellten Ausführungsformen von Kühlkanälen,
6 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt eines Elektroblechs mit einem Kühlkanalabschnitt,
7 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt eines Elektroblechs mit einem Kühlkanalabschnitt,
8 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt eines Elektroblechs mit einem geschlossenen Kühlkanal, und
9 in einem Querschnitt einen Querschnitt durch ein Blechpaket mit einer Nut und einem Kühlkanal.

Further details and advantageous developments of the invention emerge from the exemplary embodiments described below and shown in the drawings, which are in no way to be understood as limiting the invention, as well as from the subclaims. It shows

1 in a plan view an electrical machine with a rotor and a stator,
2 in a three-dimensional representation the rotor of 1 ,
3 in a top view an electrical sheet with a 3D printer for production,
4th in a top view an electrical sheet with a first area and a second area,
5 a three-dimensional representation of a rotor with two schematically illustrated embodiments of cooling channels,
6th in a longitudinal section a section of an electrical steel sheet with a cooling channel section,
7th in a longitudinal section a section of an electrical steel sheet with a cooling channel section,
8th in a longitudinal section a section of an electrical steel sheet with a closed cooling channel, and
9 in a cross section a cross section through a laminated core with a groove and a cooling channel.

1 zeigt eine elektrische Maschine 10 mit einem Rotor 40 und einem Stator 20. Der Rotor 40 weist ein Blechpaket 50 mit Elektroblechen 51 auf, und der Stator 20 weist ein Blechpaket 30 mit Elektroblechen 31 auf. 1 shows an electrical machine 10 with a rotor 40 and a stator 20th . The rotor 40 has a laminated core 50 with electrical sheets 51 on, and the stator 20th has a laminated core 30th with electrical sheets 31 on.

Die Blechpakete 30, 50 haben jeweils Kühlkanäle 32, 52, in denen ein Kühlmittel 54 vorgesehen ist. Das Kühlmittel 54 weist ein Ferrofluid auf.The sheet metal packages 30th , 50 each have cooling channels 32 , 52 in which a coolant 54 is provided. The coolant 54 has a ferrofluid.

Dem Blechpaket 50 sind Permanentmagnete 42 zugeordnet. Das Blechpaket 30 bildet Nuten 22 aus, durch die sich eine Statorwicklung 24 erstreckt.The sheet metal package 50 are permanent magnets 42 assigned. The sheet metal package 30th forms grooves 22nd from, through which a stator winding 24 extends.

Zwischen dem Stator 20 und dem Rotor 40 ist ein magnetischer Luftspalt 18 angeordnet. Im Elektromaschinenbau wird als Luftspalt ein magnetisch schlecht leitender Bereich zwischen zwei magnetisch leitenden Flächen verstanden, hier also zwischen der Außenkontur des Rotors 40 und der Innenkontur des Stators 20. In diesem Bereich muss nicht Luft sein, und er kann z.B. bereichsweise eine Kunststoffschicht und/oder ein anderes Gas aufweisen.Between the stator 20th and the rotor 40 is a magnetic air gap 18th arranged. In electrical engineering, an air gap is understood to be a magnetically poorly conductive area between two magnetically conductive surfaces, in this case between the outer contour of the rotor 40 and the inner contour of the stator 20th . There does not have to be air in this area, and it can, for example, have a plastic layer and / or another gas in some areas.

Der Rotor 40 ist ein Innenrotor und der Stator 20 ein Außenstator. Alternativ können der Rotor 40 als Außenrotor und der Stator 20 als Innenstator ausgebildet werden.The rotor 40 is an inner rotor and the stator 20th an external stator. Alternatively, the rotor 40 as the outer rotor and the stator 20th be designed as an inner stator.

Die Drehachse des Rotors 40 ist mit 12 bezeichnet. Diese Achse 12 entspricht auch der Längsrichtung des Stators. Daher wird sie als Längsrichtung 12 bezeichnet.The axis of rotation of the rotor 40 is denoted by 12. This axis 12th also corresponds to the longitudinal direction of the stator. Hence it is called the longitudinal direction 12th designated.

Die Kühlkanäle 52 verlaufen bevorzugt zumindest abschnittsweise an einer der Statornuten 22 entlang, um eine gute Kühlung im Bereich der Statornuten 22 zu bewirken.The cooling channels 52 preferably run at least in sections on one of the stator slots 22nd along to ensure good cooling in the area of the stator slots 22nd to effect.

Die Kühlkanäle 52 verlaufen bevorzugt zumindest abschnittsweise neben der Statorwicklung 24, da die Statorwicklung 24 bei der Bestromung aufgrund des elektrischen Widerstands Wärme erzeugt und durch die Kühlkanäle 52 gekühlt werden kann.The cooling channels 52 preferably run at least in sections next to the stator winding 24 because the stator winding 24 When energized, heat is generated due to the electrical resistance and through the cooling channels 52 can be cooled.

Das das Ferrofluid aufweisende Kühlmittel 54 ist vorteilhaft, da Ferrofluide magnetisch gut leitend sind. Die Aussparungen für die Kühlkanäle bewirken grundsätzlich erhöhte Eisenverluste, und die magnetische Flussdichte im Elektroblech wird hierdurch erhöht. Durch das Vorsehen des Ferrofluids im Bereich der Kühlkanäle 52 kann die magnetische Flussdichte im Mittel gesenkt werden. Zudem haben Ferrofluide eine gute Wärmeleitfähigkeit, und sie ermöglichen hohe Einsatztemperaturen. Das Ferrofluid ist somit gleichzeitig zur Kühlung und zur magnetischen Flussführung geeignet. Es kann eine Elektromaschine (Motor oder Generator) mit hohem Wirkungsgrad und großer Leistungsdichte verwirklicht werden. Bei der Verwendung der Elektromaschine in einem Fahrzeug kann eine größere Reichweite des Fahrzeugs erzielt werden.The coolant containing the ferrofluid 54 is advantageous because ferrofluids have good magnetic conductivity. The recesses for the cooling channels basically cause increased iron losses, and the magnetic flux density in the electrical steel sheet is increased as a result. By providing the ferrofluid in the area of the cooling channels 52 the magnetic flux density can be reduced on average. In addition, ferrofluids have good thermal conductivity and enable high operating temperatures. The ferrofluid is therefore suitable for cooling and for guiding magnetic flux at the same time. An electric machine (motor or generator) with high efficiency and high power density can be realized. When using the electric machine in a vehicle, a greater range of the vehicle can be achieved.

Ein weiterer Vorteil des Ferrofluid ist die Eigenschaft, dass durch das Ferrofluid eine gute akustische und mechanische Dämpfung erzielbar ist.Another advantage of the ferrofluid is the property that good acoustic and mechanical damping can be achieved by the ferrofluid.

2 zeigt in einer raumbildlichen Darstellung den Rotor 40. Das Blechpaket 50 ist aus gestapelten Elektroblechen 51 aufgebaut. Der Aufbau als Blechpaket 50 ist vorteilhaft, da er die Ausbildung von Wirbelströmen verringert. Die Elektrobleche 51 weisen bevorzugt an der Oberfläche einen Isolator auf, um einen Stromfluss zwischen den Elektroblechen 51 zu verhindern oder zu verringern. 2 shows the rotor in a three-dimensional representation 40 . The sheet metal package 50 is made from stacked electrical steel sheets 51 built up. The structure as a sheet metal package 50 is advantageous because it reduces the formation of eddy currents. The electrical steel 51 preferably have an insulator on the surface in order to flow a current between the electrical steel sheets 51 to prevent or reduce.

Der Rotor 40 weist bevorzugt an einem oder beiden axialen Enden Wellenenden 41 auf.The rotor 40 preferably has shaft ends at one or both axial ends 41 on.

Schematisch ist ein Kühlmittelkreislauf 56 für das Kühlmittel 54 eingezeichnet, welcher Kühlmittelkreislauf 56 zumindest abschnittsweise durch den Kühlkanal 52 bzw. die Kühlkanäle 52 gebildet ist. Da sich der Rotor 40 dreht, erfolgt eine Anbindung der Kühlkanäle 52 üblicherweise über eine Drehkupplung an den Wellenenden 41.A coolant circuit is schematic 56 for the coolant 54 indicated which coolant circuit 56 at least in sections through the cooling channel 52 or the cooling channels 52 is formed. As the rotor 40 rotates, the cooling channels are connected 52 usually via a rotary coupling on the shaft ends 41 .

Beim Stator 20 kann in gleicher Weise ein Kühlmittelkreislauf ausgebildet werden, und es ist eine feste Anbindung an einen äußeren Kühlkreislaufabschnitt oder eine Ausbildung des Kühlkreislaufs im Stator möglich.At the stator 20th a coolant circuit can be formed in the same way, and a fixed connection to an outer cooling circuit section or the formation of the cooling circuit in the stator is possible.

Bevorzugt sind die Kühlkanäle 52 zumindest teilweise derart vorgesehen, dass sie zumindest abschnittsweise in einem an den Permanentmagneten 42 angrenzenden Bereich des zweiten Blechpakets 50 ausgebildet ist. Im Ausführungsbeispiel sind sie in der Umfangsrichtung der Permanentmagneten 42 vorgesehen. Sie können aber auch radial innerhalb oder außerhalb der Permanentmagneten 42 vorgesehen sein.The cooling channels are preferred 52 at least partially provided in such a way that they are at least partially in one of the permanent magnets 42 adjacent area of the second laminated core 50 is trained. In the exemplary embodiment, they are in the circumferential direction of the permanent magnets 42 intended. But you can also radially inside or outside the permanent magnet 42 be provided.

3 zeigt ein Rotorblech 51 des Rotors 40, welches Aussparungen 43 für die Magneten 42 sowie Aussparungen für die Kühlkanäle 52 aufweist. Gezeigt ist die Fertigung des Rotorblechs 51 durch additive Fertigung. Hierzu ist ein 3D-Drucker 100 schematisch dargestellt, der auf der linken Seite den restlichen Abschnitt des Rotorblechs 51 herstellt. Die Herstellung kann durch Aufbringung des Werkstoffs in Schichten erfolgen. Im Ausführungsbeispiel ist das gesamte Rotorblech 51 und damit der gesamte Bereich 61 durch additive Fertigung hergestellt. 3 shows a rotor lamination 51 of the rotor 40 which cutouts 43 for the magnets 42 as well as recesses for the cooling channels 52 having. The production of the rotor sheet is shown 51 through additive manufacturing. For this purpose, a 3D printer 100 is shown schematically, with the remaining section of the rotor lamination on the left 51 manufactures. The production can take place by applying the material in layers. In the exemplary embodiment, the entire rotor lamination is 51 and with it the whole area 61 made by additive manufacturing.

Die additive Fertigung erfolgt bevorzugt mit einem Werkstoff, der zumindest bereichsweise weichmagnetische Eigenschaften hat. Hierdurch kann das Rotorblech 51 gut den magnetischen Fluss leiten.The additive manufacturing is preferably carried out with a material that has soft magnetic properties at least in some areas. This allows the rotor lamination 51 conduct the magnetic flux well.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rotorblechs 51. Das Rotorblech 51 hat einen ersten Abschnitt 61 und einen zweiten Abschnitt 62. Der erste Abschnitt 61 ist im Ausführungsbeispiel ringförmig oder ringsegmentförmig um den zweiten Abschnitt 62 vorgesehen. Der zweite Abschnitt 62 kann durch ein anderes Fertigungsverfahren hergestellt werden als der erste Abschnitt 61. Beispielsweise kann der zweite Abschnitt durch einen Stanzvorgang aus einem Elektroblech gestanzt werden, wie das bei der Herstellung von Statorblechen und Rotorblechen üblich ist. Ein solches Stanzverfahren ist schnell und günstig. Zudem haben die Aussparungen 43 für die Permanentmagneten einfache geometrische Formen. 4th shows a further embodiment of the rotor lamination 51 . The rotor sheet 51 has a first section 61 and a second section 62 . The first paragraph 61 is ring-shaped or ring-segment-shaped around the second section in the exemplary embodiment 62 intended. The second section 62 can be manufactured by a different manufacturing process than the first section 61 . For example, the second section can be punched from an electrical sheet by a punching process, as is customary in the manufacture of stator sheets and rotor sheets. Such a punching process is quick and cheap. In addition, the cutouts have 43 simple geometric shapes for the permanent magnets.

Der erste Abschnitt 61 kann dagegen durch ein additives Verfahren hergestellt werden, und im ersten Abschnitt 61 sind Kühlkanäle 52 bzw. entsprechende Aussparungen 63 vorgesehen. Hierdurch können die Kühlkanäle 52 mit großer geometrischer Gestaltungsfreiheit bzw. vielen Freiheitsgraden im additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden.The first paragraph 61 can, however, be produced by an additive process, and in the first section 61 are cooling channels 52 or corresponding recesses 63 intended. This allows the cooling channels 52 can be manufactured with great geometric design freedom or many degrees of freedom in the additive manufacturing process.

5 zeigt beispielhaft zwei mögliche Ausbildungen des Verlaufs der Kühlkanäle 52 durch das Blechpaket. 5 shows an example of two possible designs of the course of the cooling channels 52 through the laminated core.

Eine Variante 52A hat die Form einer Doppelhelix. In gleicher Weise können die Kühlkanäle die Form einer Helix haben.A variant 52A has the shape of a double helix. In the same way, the cooling channels can have the shape of a helix.

Eine Variante 52 B hat eine schlangenförmige Grundform mit Krümmungen in unterschiedliche Richtungen.A variant 52 B has a serpentine basic shape with curves in different directions.

Die gezeigten Formen sind mit einem reinen Stanzvorgang nicht oder nur mit großem Aufwand realisierbar. Bei der additiven Fertigung hat man dagegen große Freiheit bei der Ausgestaltung der Kühlkanäle 52.The shapes shown cannot be realized with a pure punching process, or only with great effort. In additive manufacturing, on the other hand, you have great freedom in the design of the cooling channels 52 .

6 zeigt einen Längsschnitt entlang der Längsrichtung 12 des Blechpakets 30, 50 durch ein Elektroblech 31, 51 mit einem Kühlkanalabschnitt 64. Es ist beispielhaft eine Asymptote 65 im inneren Bereich des Kühlkanalabschnitts 64 vorgesehen, und diese verläuft schräg (nicht 0°) zur Längsrichtung 12. Anders ausgedrückt verläuft die Seitenwand des Kühlkanalabschnitts 64 zumindest bereichsweise nicht parallel zur Längsrichtung 12.
Zudem hat der Kühlkanalabschnitt 64 eine Krümmung in die Längsrichtung 12. Eine solche Ausgestaltung ist mit einem Stanzprozess nicht möglich. 6th shows a longitudinal section along the longitudinal direction 12th of the laminated core 30th , 50 through an electrical sheet 31 , 51 with a cooling channel section 64 . It is an example of an asymptote 65 in the inner area of the cooling channel section 64 provided, and this runs obliquely (not 0 °) to the longitudinal direction 12th . In other words, the side wall of the cooling channel section runs 64 at least in some areas not parallel to the longitudinal direction 12th .
In addition, the cooling channel section has 64 a curvature in the longitudinal direction 12th . Such a design is not possible with a stamping process.

7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Elektroblechs 31, 51 mit einem Kühlkanalabschnitt 64. Der Kühlkanalabschnitt 64 verläuft abschnittsweise entlang des Elektroblechs 31, 51. In einem ersten Kühlkanalteilabschnitt 64A ist der Kühlkanalabschnitt des Elektroblechs 31, 51 in Längsrichtung 12 auf einer Seite durch das Elektroblech 31, 51 begrenzt, und in einem Kühlkanalteilabschnitt 64B ist das Elektroblech 31, 51 in Längsrichtung 12 auf beiden Seiten durch das Elektroblech 31, 51 begrenzt. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht bei vergleichsweise geringer lateraler Erstreckung des Kühlkanals 52 eine große Oberfläche und damit eine gute Kühlung. 7th shows a further embodiment of the electrical steel sheet 31 , 51 with a cooling channel section 64 . The cooling duct section 64 runs in sections along the electrical steel sheet 31 , 51 . In a first cooling channel section 64A is the cooling channel section of the electrical steel sheet 31 , 51 longitudinal 12th on one side through the electrical steel sheet 31 , 51 limited, and in a cooling channel section 64B is the electrical sheet 31 , 51 longitudinal 12th on both sides through the electrical sheet 31 , 51 limited. Such a configuration makes possible with a comparatively small lateral extension of the cooling channel 52 a large surface and therefore good cooling.

8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Elektroblechs 31, 51. Der Kühlkanal 52 ist innerhalb des Elektroblechs 31, 51 ausgebildet und zumindest teilweise mit dem Kühlmittel 54 gefüllt. Der Kühlkanal 52 kann auch als gedrucktes Röhrchen bezeichnet werden. Alternativ können ein oder mehrere Auslassöffnungen im Elektroblech 31, 51 vorgesehen sein, um einen Ein- oder Austritt des Kühlmittels 54 zu ermöglichen. 8th shows a further embodiment of the electrical steel sheet 31 , 51 . The cooling duct 52 is inside the electrical steel sheet 31 , 51 formed and at least partially with the coolant 54 filled. The cooling duct 52 can also be referred to as a printed tube. Alternatively, one or more outlet openings can be made in the electrical steel sheet 31 , 51 be provided to an inlet or outlet of the coolant 54 to enable.

9 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt durch ein Blechpaket 20, bei dem ein Kühlkanal 52 in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung 12 (vgl. 6) zumindest teilweise um die Statornut 22 herum verläuft. Hierdurch ist eine gute Kühlung im Bereich der Statornut 22 möglich. Wenn die Elektromaschine 10 als Nassläufer mit einem Kühlmittel im Bereich zwischen dem Rotor 40 und dem Stator 20 ausgebildet ist, können die dem Luftspalt 18 zugewandten Enden des Kühlkanals 52 offen sein und durch das Kühlmittel 54 durchströmt werden. Wenn die Elektromaschine 10 dagegen als Trockenläufer ausgebildet ist, können die dem Luftspalt 18 zugewandten Enden des Kühlkanals 52 nach dem Befüllen mit dem Kühlmittel 54 verschlossen werden. Alternativ können beispielsweise ein erster Durchlass auf einer ersten Seite des Statorblechs 31 und ein zweiter Durchlass auf der entgegengesetzten zweiten Seite des Statorblechs 31 vorgesehen sein, wie das in 7 gezeigt ist. 9 shows a detail of a cross section through a laminated core 20th , in which a cooling duct 52 in a plane perpendicular to the longitudinal direction 12th (see. 6th ) at least partially around the stator slot 22nd runs around. This results in good cooling in the area of the stator slot 22nd possible. When the electric machine 10 as a wet runner with a coolant in the area between the rotor 40 and the stator 20th is formed, the air gap 18th facing ends of the cooling channel 52 be open and through the coolant 54 are flowed through. When the electric machine 10 however, is designed as a dry runner, the air gap 18th facing ends of the cooling channel 52 after filling with the coolant 54 be locked. Alternatively, for example, a first passage can be on a first side of the stator lamination 31 and a second passage on the opposite second side of the stator lamination 31 be provided, as in 7th is shown.

Ein Vorteil der additiven Fertigung besteht darin, dass die Gesamtstruktur des Blechpakets 30 trotz des Kühlkanals 52 stabil ausgebildet werden kann.One advantage of additive manufacturing is that the overall structure of the laminated core 30th despite the cooling duct 52 can be made stable.

Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.A wide variety of variations and modifications are of course possible within the scope of the present invention.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102016203945 A1 [0002]
WO 2017/041957 A1 [0003]
US 2018/0205284 A1 [0004]
WO 2017/121511 A1 [0005]
DE 10164290 A1 [0006]

Claims

Electrical machine (10) which has a rotor (40) and a stator (20) which has at least one laminated core (30, 50) with electrical sheets (31, 51), which laminated core (30, 50) has a cooling channel (52) comprises, in which cooling channel (52) a coolant (54) is provided, and which coolant (54) comprises a ferrofluid.

Electrical machine according to Claim, which has a coolant circuit (56) for the coolant (54), which coolant circuit (56) is formed at least in sections by the cooling channel (32, 52).

Electric machine after Claim 1 or 2 , in which the electrical sheets (31, 51) are manufactured at least in a predetermined first section by additive manufacturing.

Electric machine after Claim 3 , in which the electrical sheets (31, 51) at least partially in the first section (61) have a recess (63) in order to form a cooling channel section of the cooling channel (52) through the recess (63).

Electric machine after Claim 3 or 4th , in which additive manufacturing includes 3D printing.

Electric machine according to one of the Claims 3 to 5 , in which additive manufacturing is carried out with a material that has at least some areas of soft magnetic properties.

Electrical machine according to one of the preceding claims, in which at least one of the electrical laminations (31, 51) has a cooling channel section (64) curved in the longitudinal direction (12) of the laminated core (30, 50).

Electrical machine according to one of the preceding claims, in which at least one of the electrical laminations (31, 51) has a cooling duct section (64), the side wall of which is at least partially not parallel to the longitudinal direction (12) of the laminated core (31, 51).

Electrical machine according to one of the preceding claims, in which the cooling channel (32, 52) runs at least in sections in the form of a helix or a double helix through the laminated core (30, 50).

Electrical machine according to one of the preceding claims, in which at least one of the electrical sheets (31, 51) has a cooling duct section (64), which cooling duct section (64) has a cooling duct section (64A, 64B), which cooling duct section (64A, 64B) extends in the longitudinal direction ( 12) of the laminated core (30, 50) is limited on one side or on both sides by the electrical sheet (31, 51).

Electrical machine according to one of the preceding claims, in which the at least one laminated core (30, 50) has a first laminated core (30) which is assigned to the stator (20).

Electric machine after Claim 11 , in which the first laminated core (30) defines stator slots (22), and in which the cooling duct (52) runs at least in sections along one of the stator slots (22).

Electric machine after Claim 11 or 12th , in which the stator (20) has a stator winding (24), and in which the cooling duct (32) runs at least in sections next to the stator winding (24).

Electrical machine according to one of the preceding claims, in which the at least one laminated core (30, 50) has a second laminated core (50) which is assigned to the rotor (40).

Electric machine after Claim 14 , in which the second laminated core (50) is assigned at least one permanent magnet (42), and in which the cooling channel (52) is formed at least in sections in an area of the second laminated core (50) adjoining the permanent magnet (42).