[go: up one dir, main page]

DE102024116311A1 - Stator with hotspot-optimized cooling; and electric machine - Google Patents

Stator with hotspot-optimized cooling; and electric machine

Info

Publication number
DE102024116311A1
DE102024116311A1 DE102024116311.9A DE102024116311A DE102024116311A1 DE 102024116311 A1 DE102024116311 A1 DE 102024116311A1 DE 102024116311 A DE102024116311 A DE 102024116311A DE 102024116311 A1 DE102024116311 A1 DE 102024116311A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
stator
heat dissipation
base body
until
dissipation body
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
DE102024116311.9A
Other languages
German (de)
Inventor
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 DE102024116311.9A priority Critical patent/DE102024116311A1/en
Publication of DE102024116311A1 publication Critical patent/DE102024116311A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/227Heat sinks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/09Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine elektrische Maschine (2), mit einem gesamtheitlich im Wesentlichen ringförmigen Grundkörper (3), einer an dem Grundkörper (3) aufgenommenen Magnetspulenanordnung (4), und einem zumindest teilweise durch den Grundkörper (3) mit ausgebildeten Kühlkanal (5), wobei der Kühlkanal (5) zumindest einen axial verlaufenden, über eine axiale Mitte (6) des Grundkörpers (3) hinweg verlaufenden Kanalabschnitt (7) aufweist, und wobei in den Kanalabschnitt (7) auf Höhe der axialen Mitte (6) des Grundkörpers (3) ein Wärmeableitkörper (8) mit einer offenporigen Struktur (9) eingebracht ist. Zudem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine (2) mit diesem Stator (1). The invention relates to a stator (1) for an electric machine (2), comprising a substantially annular base body (3), a magnet coil assembly (4) mounted on the base body (3), and a cooling channel (5) formed at least partially through the base body (3), wherein the cooling channel (5) has at least one axially extending channel section (7) extending over an axial center (6) of the base body (3), and wherein a heat dissipation element (8) with an open-pore structure (9) is incorporated into the channel section (7) at the level of the axial center (6) of the base body (3). The invention also relates to an electric machine (2) with this stator (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, vorzugsweise eine Maschine (etwa als Antriebsmaschine) zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, wie einem Pkw, Lkw, Bus oder sonstigen Nutzfahrzeug (etwa landwirtschaftliches Nutzfahrzeug), mit einem gesamtheitlich im Wesentlichen ringförmigen Grundkörper, einer an dem Grundkörper aufgenommenen Magnetspulenanordnung, und einem zumindest teilweise durch den Grundkörper mit ausgebildeten Kühlkanal, wobei der Kühlkanal zumindest einen axial verlaufenden, über eine axiale Mitte des Grundkörpers hinweg verlaufenden Kanalabschnitt aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator.The invention relates to a stator for an electric machine, preferably a machine (e.g., as a drive machine) for use in a motor vehicle, such as a passenger car, truck, bus, or other commercial vehicle (e.g., agricultural vehicle), comprising a generally essentially ring-shaped base body, a magnet coil arrangement mounted on the base body, and a cooling channel formed at least partially through the base body, wherein the cooling channel has at least one axially extending channel section extending across an axial center of the base body. The invention further relates to an electric machine with such a stator.

Gattungsgemäße Statoren und elektrische Maschinen aufweisend solche Statoren sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Beispielsweise offenbart die WO 2019/ 002 289 A1 eine elektrische Maschine mit einem Stator aufweisend eine Vielzahl an Kühlkanälen. Jene Kühlkanäle werden im Betrieb von Flüssigkeit, wie Wasser oder Öl durchströmt und sind mit externen Versorgungseinheiten / Hydraulikkreisläufen seitens eines Zulaufs und eines Ablaufs gekoppelt. Es besteht prinzipiell für die Erzielung höherer Leistungsstufen das Ziel, den Stator und damit die elektrische Maschine axial möglichst großbauend auszubilden. Mit einer Erhöhung der axialen Länge des Stators besteht jedoch auch die Gefahr, dass die im Betrieb entstehende Abwärme nur bedingt absehbar ist und es insbesondere im Bereich einer axialen Mitte des Stators zu einem überhöhten Temperaturanstieg kommt.Stators and electrical machines of this type are already well known from the prior art. For example, the WO 2019/ 002 289 A1 An electric machine with a stator featuring a multitude of cooling channels. During operation, these cooling channels are filled with fluid such as water or oil and are connected to external supply units/hydraulic circuits via an inlet and an outlet. In principle, to achieve higher power levels, the goal is to design the stator, and thus the electric machine, to be as axially large as possible. However, increasing the axial length of the stator also carries the risk that the heat generated during operation becomes difficult to predict, and that excessive temperature increases can occur, particularly in the axial center of the stator.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stator zur Verfügung zu stellen, der eine möglichst große axiale Länge aufweist bei gleichzeitiger Steigerung der Antriebsleistung der elektrischen Maschine.The object of the present invention is therefore to provide a stator that has the greatest possible axial length while simultaneously increasing the drive power of the electric machine.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in den Kanalabschnitt auf (axialer) Höhe der axialen Mitte des Grundkörpers ein Wärmeableitkörper mit einer offenporigen Struktur eingebracht ist. Jene offenporigen Struktur ist zumindest axial beidseitig geöffnet (bei einem als Vollkörper ausgebildeten Wärmeableitkörper) oder zumindest zu einer radialen Innenseite geöffnet (bei einem als Rohrkörper ausgebildeten Wärmeableitkörper).This is achieved according to the invention by incorporating a heat dissipation body with an open-pore structure into the channel section at the (axial) level of the axial center of the base body. This open-pore structure is open at least axially on both sides (in the case of a heat dissipation body designed as a solid body) or at least on a radial inner side (in the case of a heat dissipation body designed as a tube body).

Durch einen solchen Wärmeableitkörper wird die Kühlwirkung insbesondere im sogenannten Wärmehotspot des Stators deutlich gesteigert. Durch die offenporige Struktur des Wärmeableitkörpers wird eine vom Hydraulikmittel umströmte Oberfläche in der temperaturkritischen axialen Mitte deutlich vergrößert, sodass damit eine wesentliche Verbesserung der Wärmeabführung erzielt wird. Als Folge daraus wird die elektrische Maschine leistungsfähiger.Such a heat sink significantly increases the cooling effect, particularly in the so-called thermal hotspot of the stator. The open-pore structure of the heat sink considerably enlarges the surface area exposed to the hydraulic fluid flow in the temperature-critical axial center, thus achieving a substantial improvement in heat dissipation. As a result, the electric machine becomes more efficient.

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

Diesbezüglich hat es sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Wärmeableitkörper aus einem (offenporigen) Metallschaum ausgebildet ist. Der Wärmeableitkörper kann dadurch möglichst effizient hergestellt bzw. in den Kühlkanal eingebracht werden. Es ist prinzipiell möglich den Wärmeableitkörper zunächst separat vom Grundkörper als Stift oder Röhrchen fertig auszuformen und im Anschluss daran in den Kühlkanal einzubringen. Es ist theoretisch jedoch auch möglich den Metallschaum unmittelbar in den zuvor gefertigten Kühlkanal im noch nicht verfestigten Zustand einzubringen, etwa ein zu spritzen. Nach einem anschließenden Aushärten ergibt sich dann wiederum ein fester Wärmeableitkörper.In this regard, it has proven advantageous for the heat sink to be made of (open-cell) metal foam. This allows for the most efficient production and insertion of the heat sink into the cooling channel. In principle, it is possible to first form the heat sink separately from the base body as a pin or tube and then insert it into the cooling channel. However, it is also theoretically possible to introduce the metal foam directly into the previously manufactured cooling channel while it is still uncured, for example, by injection. After subsequent curing, a solid heat sink is then formed.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Wärmeableitkörper aus einem Material besteht, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als ein Material des Grundkörpers. Dadurch wird die Wärmeabfuhr im Betrieb weiter verbessert.Furthermore, it is advantageous if the heat sink is made of a material with a higher thermal conductivity than the base material. This further improves heat dissipation during operation.

Als zweckmäßig hat es sich dabei auch herausgestellt, wenn der Wärmeableitkörper zumindest teilweise aus einem Aluminium-haltigen und / oder Kupfer-haltigen Werkstoff, vorzugsweise ausschließlich einem rein aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Werkstoff oder einem rein aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Werkstoff, ausgebildet ist.It has also proven advantageous if the heat dissipation body is at least partially made of an aluminum-containing and/or copper-containing material, preferably exclusively of a material consisting purely of aluminum or an aluminum alloy, or of a material consisting purely of copper or a copper alloy.

Ist der der Wärmeableitkörper stiftförmig (Vollkörper) oder rohrförmig (Rohrkörper) ausgebildet, kann er besonders einfach hergestellt und montiert werden.If the heat dissipator is pin-shaped (solid body) or tubular (tube body), it can be manufactured and assembled particularly easily.

Ferner ist es von Vorteil, wenn der Wärmeableitkörper eine Länge aufweist, die kleiner als eine Länge des vorzugsweise geradlinig verlaufenden Kanalabschnittes ist. Dadurch wird die Materialausnutzung weiter optimiert, wobei zugleich der Strömungswiderstand des Kühlkanals möglichst niedrig gehalten wird.Furthermore, it is advantageous if the heat dissipation element has a length that is shorter than the length of the preferably straight channel section. This further optimizes material utilization while simultaneously keeping the flow resistance of the cooling channel as low as possible.

Für eine optimale Kühlung des Stators ist es weiterhin zuträglich, wenn der Wärmeableitkörper mit seiner Mittenebene auf der axialen Mitte / auf Höhe der axialen Mitte des Grundkörpers angeordnet ist.For optimal cooling of the stator, it is also beneficial if the heat dissipation body is arranged with its central plane on the axial center / at the level of the axial center of the base body.

Als zweckmäßig hat es sich dabei auch herausgestellt, wenn der Kühlkanal mehrere in einer Umfangsrichtung (vorzugsweise parallel zueinander verlaufende) Kanalabschnitte aufweist, die jeweils mit einem Wärmeableitkörper ausgestattet sind. Dadurch wird die Kühlwirkung des im Betrieb von Hydraulikmittel durchströmten Kühlkanals weiter verbessert.It has also proven useful if the cooling channel has several inlets. The cooling channel has circumferential (preferably parallel) channel sections, each equipped with a heat dissipator. This further improves the cooling effect of the cooling channel through which hydraulic fluid flows during operation.

Eine weitere Verbesserung der Kühlung wird dadurch erzielt, dass der Kühlkanal mäanderförmig entlang der Umfangsrichtung verläuft.A further improvement in cooling is achieved by the cooling channel running in a meandering shape along the circumferential direction.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen Stator nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen und mit einem relativ zu dem Stator drehbar gelagerten Rotor.Furthermore, the invention relates to an electric machine for a motor vehicle, with a stator according to the invention in at least one of the embodiments described above and with a rotor rotatably mounted relative to the stator.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind.The invention will now be explained in more detail below with reference to figures, in which context various embodiments are also shown.

Es zeigen:

  • 1 eine Längsschnittdarstellung einer elektrischen Maschine aufweisend einen erfindungsgemäß ausgebildeten Stator nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei der Stator im Bereich eines axial verlaufenden, mit einem Wärmeableitkörper versehenen Kanalabschnitts geschnitten ist,
  • 2 eine Detailansicht des Stators nach 1 im Bereich des Wärmeableitkörpers,
  • 3 eine perspektivische Darstellung des in 1 eingesetzten Stators, unter Veranschaulichung eines in ihn eingebrachten mäanderförmigen Kühlkanals,
  • 4 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Stators nach einem zweiten Ausführungsbeispiel im Bereich eines Wärmeableitkörpers, der im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel nicht als ein vor Einbringung in den Stator fertig ausgeformtes Teil, sondern als ein unmittelbar in den Kühlkanal eingebrachtes und expandiertes Teil ausgebildet ist,
  • 5 eine Schnittdarstellung des in den 1 bis 4 eingebrachten Wärmeableitkörpers, unter Darstellung seiner offenporigen Struktur,
  • 6 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Stators nach einem dritten Ausführungsbeispiel im Bereich eines Wärmeableitkörpers, wobei der Wärmeableitkörper im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel nicht als Vollkörper, sondern als Rohrkörper ausgebildet ist,
  • 7 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Stators nach einem vierten Ausführungsbeispiel im Bereich eines Wärmeableitkörpers, der im Vergleich zu dem dritten Ausführungsbeispiel nicht als ein vor Einbringung in den Stator fertig ausgeformtes Teil, sondern als ein unmittelbar in den Kühlkanal eingebrachtes und expandiertes Teil ausgebildet ist, sowie
  • 8 eine Querschnittdarstellung des in den 6 und 7 eingebrachten Wärmeableitkörpers, unter Darstellung seiner offenporigen Struktur.
They show:
  • 1 a longitudinal section view of an electrical machine comprising a stator designed according to the invention in a first embodiment, wherein the stator is cut in the area of an axially extending channel section provided with a heat dissipation element,
  • 2 a detailed view of the stator after 1 in the area of the heat sink,
  • 3 a perspective representation of the in 1 stator used, illustrating a meandering cooling channel incorporated into it,
  • 4 a longitudinal section view of a stator according to the invention in a second embodiment in the area of a heat dissipation body, which, in comparison to the first embodiment, is not formed as a part that is fully formed before being inserted into the stator, but as a part that is directly inserted into the cooling channel and expanded,
  • 5 a cross-sectional view of the in the 1 to 4 inserted heat dissipation body, showing its open-pore structure,
  • 6 a longitudinal sectional view of a stator according to a third embodiment in the area of a heat dissipation body, wherein the heat dissipation body is designed as a tube body instead of a solid body compared to the first embodiment,
  • 7 a longitudinal sectional view of a stator according to the invention in a fourth embodiment in the area of a heat dissipation body, which, in comparison to the third embodiment, is not formed as a part that is fully formed before being inserted into the stator, but as a part that is directly inserted into the cooling channel and expanded, as well as
  • 8 a cross-sectional view of the in the 6 and 7 inserted heat dissipation body, showing its open-pore structure.

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

Mit 1 ist eine elektrische Maschine 2 aufweisend einen erfindungsgemäßen Stator 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in ihrem prinzipiellen Aufbau gut zu erkennen. Die elektrische Maschine 2 ist bevorzugt als eine Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, etwa ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug (landwirtschaftliche Zugmaschine), ausgebildet.With 1 The basic structure of an electric machine 2 comprising a stator 1 according to the invention, as shown in a first embodiment, is clearly visible. The electric machine 2 is preferably designed as a drive machine for a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, such as an agricultural vehicle (agricultural tractor).

Die elektrische Maschine 2 weist auf typische Weise einen gesamtheitlich ringförmig / hülsenförmig verlaufenden Stator 1 auf. Radial innerhalb des Stators 1 ist ein Rotor 11 der elektrischen Maschine 2 relativ verdrehbar zum Stator 1 gelagert. Eine Drehachse des Rotors 11 ist in 1 mit dem Bezugszeichen 12 versehen. Jene Drehachse 12 bildet zugleich eine Längsachse des Stators 1. Basierend hierauf sind die gegenständlich verwendeten Richtungsangaben axial, radial und in Umfangsrichtung auf diese Drehachse 12 bezogen. Unter axial / axialer Richtung ist folglich eine Richtung entlang / parallel zu der Drehachse 12, unter radial / radialer Richtung eine Richtung senkrecht zu der Drehachse 12 und unter in Umfangsrichtung eine Richtung entlang einer koaxial um die Drehachse 12 umlaufenden Kreislinie zu verstehen.The electric machine 2 typically has a stator 1 that is entirely ring-shaped/sleeve-shaped. Radially inside the stator 1, a rotor 11 of the electric machine 2 is mounted so that it can rotate relative to the stator 1. One axis of rotation of the rotor 11 is located in 1 Designated with the reference numeral 12, this axis of rotation 12 also forms a longitudinal axis of the stator 1. Based on this, the directional terms used here – axial, radial, and circumferential – refer to this axis of rotation 12. Axial direction therefore refers to a direction along/parallel to the axis of rotation 12, radial direction to a direction perpendicular to the axis of rotation 12, and circumferential direction to a direction along a circle that rotates coaxially around the axis of rotation 12.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Stator 1 weist einen in 3 ebenfalls besonders gut zu erkennen (ebenfalls ringförmig verlaufenden) Grundkörper 3 auf. Der Grundkörper 3 ist bevorzugt aus einer Vielzahl an axialgestapelt angeordneten Einzelblechen, unter Ausbildung eines gesamtheitlichen Blechpaketes, ausgebildet. Es ist prinzipiell jedoch auch möglich, den Grundkörper 3 auf andere Weise auszuformen.The stator 1 designed according to the invention has a 3 The (also ring-shaped) base body 3 is also particularly easy to see. The base body 3 is preferably formed from a plurality of axially stacked individual sheets, forming a complete sheet metal package. In principle, however, it is also possible to form the base body 3 in other ways.

Der Grundkörper 3 wiederum weist zu seiner radialen Innenseite hin mehrere in Umfangsrichtung verteilte Statorzähne 13 auf. Unter Zusammenschau der 1 und der 3 ist diesbezüglich ferner zu erkennen, dass in den in Umfangsrichtung zwischen den Statorzähnen 13 ausgebildeten Lücken / Statornuten 14 eine Magnetspulenanordnung 4 des Stators 1 eingebracht / aufgenommen ist. Die Magnetspulenanordnung 4 kann beispielsweise eine Spulenwicklung sein, die mit einem Abschnitt in jeder Statornut 14 aufgenommen ist.The base body 3, in turn, has several circumferentially distributed stator teeth 13 on its radial inner side. Considering the 1 and the 3 It can also be seen in this regard that in the gaps formed in the circumferential direction between the stator teeth 13 / stator A magnetic coil assembly 4 of the stator 1 is inserted/received in each of the stator slots 14. The magnetic coil assembly 4 can, for example, be a coil winding that is received with a section in each stator slot 14.

In den Grundkörper 3 ist ferner radial außerhalb der Statorzähne 13 und somit auch radial außerhalb der Magnetspulenanordnung 4 ein Kühlkanal 5 eingebracht. Unter Betrachtung der 3 ist erkennbar, dass der Kühlkanal 5 bevorzugt mäanderförmig in Umfangsrichtung / entlang eines Umfangs des Grundkörpers 3 verläuft. Der Kühlkanal 5 weist insbesondere mehrere in axialer Richtung verlaufende Kanalabschnitte 7 auf. Jene axial verlaufenden Kanalabschnitte 7 des Kühlkanals 5 verlaufen bevorzugt parallel zueinander und sind in Umfangsrichtung beanstandet zueinander angeordnet.Furthermore, a cooling channel 5 is incorporated radially outside the stator teeth 13 and thus also radially outside the magnet coil arrangement 4 in the base body 3. Considering the 3 It is evident that the cooling channel 5 preferably runs in a meandering shape in the circumferential direction / along a circumference of the base body 3. The cooling channel 5 has, in particular, several channel sections 7 extending in the axial direction. These axially extending channel sections 7 of the cooling channel 5 preferably run parallel to each other and are arranged circumferentially relative to each other.

Diesbezüglich ist in 1 prinzipiell zu erkennen, dass jeder Kanalabschnitt 7 den Grundkörper 3 axial vollständig durchdringt. Im Bereich von stirnseitig an den Grundkörper 3 angebrachten Gehäuseteilen 15a, 15b sind die axial verlaufenden Kanalabschnitte 7 über entsprechende Verbindungsabschnitte 16 in Umfangsrichtung miteinander verbunden, unter Ausbildung des mäanderförmigen Kühlkanals 5.In this regard, in 1 It can be seen in principle that each channel section 7 completely penetrates the base body 3 axially. In the area of housing parts 15a, 15b attached to the end face of the base body 3, the axially extending channel sections 7 are connected to each other circumferentially via corresponding connecting sections 16, forming the meandering cooling channel 5.

Auch ist zu erkennen, dass jeder Kanalabschnitt 7 im Sinne einer eines axialen Durchgangslochs in den Grundkörper 3 eingebracht ist und somit sowohl zu seiner radialen Außenseite als auch zu seiner radialen Innenseite durch das Material des Grundkörpers 3 begrenzt ist.It can also be seen that each channel section 7 is introduced into the base body 3 in the sense of an axial through-hole and is thus limited by the material of the base body 3 both on its radial outside and on its radial inside.

Es sei diesbezüglich jedoch darauf hingewiesen, dass der Kühlkanal 5 auch auf jegliche andere Art gebildet werden kann. Der Kühlkanal 5 weist jedoch stets zumindest einen axial verlaufenden Kanalabschnitt 7 auf, der sich über eine axiale Mitte 6 des Grundkörpers 3 hinwegerstreckt. Eine axiale Mitte 6 ist in den 1 und 2 entsprechend als Teilungsebene markiert.It should be noted, however, that the cooling channel 5 can also be formed in any other way. The cooling channel 5 always has at least one axially extending channel section 7 that extends over an axial center 6 of the base body 3. An axial center 6 is defined in the 1 and 2 accordingly marked as a division level.

Erfindungsgemäß ist nun in dem jeweiligen Kanalabschnitt 7 ein Wärmeableitkörper 8 aufweisend eine offenporige Struktur 9 eingebracht. Wie nachfolgend näher erläutert, kann der Wärmeableitkörper 8 auf unterschiedliche Weise ausgebildet und eingebracht werden. Jene unterschiedlichen Ausbildungen sind in Bezug auf die 1 bis 8 jeweils verdeutlicht. Da der übrige Aufbau des Stators 1 jedoch dem des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, werden in Bezug auf die weiteren Ausführungsbeispiele der Kürze wegen lediglich die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.According to the invention, a heat dissipation body 8 with an open-pore structure 9 is incorporated into the respective channel section 7. As explained in more detail below, the heat dissipation body 8 can be designed and incorporated in different ways. These different designs are distinguished with regard to the 1 to 8 Each is illustrated. However, since the remaining structure of stator 1 corresponds to that of the first embodiment, for the sake of brevity, only the differences to the first embodiment will be described with regard to the further embodiments.

In dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein separat zu dem Grundkörper 3, vor dessen Montage in dem Grundkörper 3 fertig hergestellter Wärmeableitkörper 8 eingesetzt. Dieser Wärmeableitkörper 8 ist aus einem offenporigen Metallschaum gebildet, wie in 5 besonders gut zu erkennen. Bevorzugt ist hierfür ein Aluminiumschaum verwendet.In the first embodiment, a heat dissipation body 8, manufactured separately from the base body 3 and pre-assembled in the base body 3, is inserted. This heat dissipation body 8 is formed from an open-pore metal foam, as shown in 5 This is particularly easy to see. Aluminum foam is preferably used for this purpose.

Der Wärmeableitkörper 8 des ersten Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen stiftförmige realisiert. Der Wärmeableitkörper 8 weist eine Länge (axiale Erstreckung) auf, die um ein Vielfaches kürzer als die Länge des Kanalabschnittes 7 ist. Bevorzugt ist der Wärmeableitkörper 8 mittig zu der axiale Mitte 6 ausgerichtet, was bedeutet, dass seine (axiale) Mittenebene 10 auf der axiale Mitte 6 angeordnet ist.The heat dissipation body 8 of the first embodiment is essentially pin-shaped. The heat dissipation body 8 has a length (axial extent) that is many times shorter than the length of the channel section 7. Preferably, the heat dissipation body 8 is aligned centrally with the axial center 6, which means that its (axial) center plane 10 is located on the axial center 6.

In dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Wärmeableitkörper 8 bevorzugt zuvor mit einer festen Haut fertig hergestellt worden und im Anschluss daran mechanisch in den Kanalabschnitt 7 eingebracht worden.In the first embodiment, the heat dissipation body 8 is preferably manufactured beforehand with a solid skin and subsequently mechanically inserted into the channel section 7.

Unter Betrachtung des zweiten Ausführungsbeispiels nach 4 sei darauf verwiesen, dass der Wärmeableitkörper 8 alternativ dazu auch prinzipiell zunächst im noch nicht ausgehärteten Zustand in den Kanalabschnitt 7 eingebracht werden kann und erst im Anschluss daran, etwa durch Aufbringung von / Aktivierung mittels Hitze expandiert wird. Bei einer bevorzugten Ausführung des Wärmeableitkörpers 8 als ein Aluminiumschaum (oder alternativ Kupferschaum) entsteht beispielsweise jener Aluminiumschaum, indem Aluminium mit einer weiteren Substanz, welche unter Temperatur gasförmig wird / ist, (etwa im noch flüssigen Zustand) vermischt wird und dann bei einer bestimmten Temperatur aufschäumt, insbesondere dann, wenn die weitere Substanz gasförmig wird. Dabei ist das Aluminium (in Gänze) bzw. die weitere Substanz nicht flüssig. Auch in dieser Ausführung weist letztlich der fertig ausgehärtete Wärmeableitkörper 8 die offenporige Struktur 9 nach 5 auf.Considering the second embodiment according to 4 It should be noted that, alternatively, the heat dissipator 8 can also, in principle, be initially inserted into the channel section 7 in its uncured state and only subsequently expanded, for example, by applying or activating it with heat. In a preferred embodiment of the heat dissipator 8 as an aluminum foam (or alternatively, copper foam), the aluminum foam is produced, for example, by mixing aluminum with another substance that becomes gaseous under temperature (e.g., while still liquid) and then foaming at a specific temperature, particularly when the other substance becomes gaseous. The aluminum (entirely) and the other substance are not liquid in this process. Even in this embodiment, the fully cured heat dissipator 8 ultimately exhibits the open-pore structure 9. 5 on.

In Verbindung mit den 6 bis 8 ist es diesbezüglich auch zu erwähnen, dass der Wärmeableitkörper 8 nicht unbedingt als Vollkörper (offenporige Struktur 9 über den gesamten Querschnitt des Kanalabschnitts 7 hinweg) ausgebildet sein muss, sondern prinzipiell auch hohl / rohrförmig ausgebildet sein kann.In connection with the 6 to 8 In this regard, it should also be mentioned that the heat dissipation body 8 does not necessarily have to be designed as a solid body (open-pore structure 9 across the entire cross-section of the channel section 7), but can in principle also be hollow / tubular.

Diesbezüglich sei darauf hingewiesen, dass ein solcher rohrförmiger Wärmeableitkörper 8 bevorzugt aus einem Kupferwerkstoff hergestellt ist, während der Wärmeableitkörper 8 der 2 und 4 bevorzugt aus einem Aluminiumwerkstoff besteht.In this regard, it should be noted that such a tubular heat dissipation body 8 is preferably made of a copper material, while the heat dissipation body 8 of the 2 and 4 preferably made of an aluminum material.

Auch für die beiden Ausführungsbeispiele der 6 und 7 gilt wiederum dasselbe wie für die 2 und 4, wonach der Wärmeableitkörper 8 entweder vor Einbringung in den Kanalabschnitt 7 fertig hergestellt werden kann (6) oder unmittelbar in dem Kanalabschnitt 7 fertig ausgeformt werden kann (7).This also applies to the two exemplary embodiments of the 6 and 7 The same applies as for the 2 and 4 , after which the heat sink 8 ent neither can be fully prepared before being introduced into canal section 7 ( 6 ) or can be fully formed directly in channel section 7 ( 7 ).

Es ist ferner durch die 4 und 8 auch zu erkennen, dass der Wärmeableitkörper 8 in radiale (lokale) Erweiterungen 17 des Kanalabschnittes 7 eingebracht werden kann, welche Erweiterung 17 den Wärmeableitkörper auch stirnseitig teilweise überdeckt.It is furthermore through the 4 and 8 It can also be seen that the heat dissipation body 8 can be inserted into radial (local) extensions 17 of the channel section 7, which extension 17 also partially covers the heat dissipation body on its front side.

Mit anderen Worten ausgedrückt, wird bevorzugt die Mäanderführung mit dem Einbringen von thermisch leitfähigerem Material, welches zusätzlich durch eine deutlich höhere Oberfläche den Wärmefluss von Blech (Grundkörper 3) ins Kühlöl / Hydraulikmittel an diesen Positionen deutlich verstärkt, kombiniert. Dadurch kann die Kühlleistung an den thermischen Hotspots erhöht werden und die Peak- zu Dauerleistungsdifferenz verringert werden.In other words, the meandering design is preferably combined with the incorporation of a more thermally conductive material, which, due to its significantly larger surface area, considerably increases the heat flow from the sheet metal (base body 3) into the cooling oil/hydraulic fluid at these locations. This allows the cooling capacity at the thermal hotspots to be increased and the peak-to-continuous power difference to be reduced.

Bevorzugt findet eine Implementierung von Metallschaum oder Metallröhren (Wärmeableitkörper 8) mit schaumartigen Innenoberflächen in Blechpaket-Kühlkanälen (Kanalabschnitte 7) zur lokalen Steigerung der Kühlung statt.Preferably, metal foam or metal tubes (heat dissipators 8) with foam-like inner surfaces are implemented in sheet metal stack cooling channels (channel sections 7) to locally increase cooling.

Ein Wärme-Hotspot befindet sich in der Mitte 6 des Grundkörpers 3 / Stators 1. Bei einer beispielhaft umgesetzten Kühlung gibt es im Blechpaket (Grundkörper 3) Meanderkanäle (Kühlkanal 5), welche das Öl axial durch das Blechpaket leiten. Es kann sich auch um parallel verlaufende Axialkanäle (Kanalabschnitte 7) handeln. Erfindungsgemäß ist ein thermisch leitfähiger Einsatz (Wärmeableitkörper 8) eingesetzt, um im Wärme-Hotspot die Kühlleitung sowie Kühlleistung zu erhöhen.A heat hotspot is located in the center 6 of the base body 3 / stator 1. In an exemplary cooling system, the laminated core (base body 3) contains meandering channels (cooling channel 5) that guide the oil axially through the core. These can also be parallel axial channels (channel sections 7). According to the invention, a thermally conductive insert (heat sink 8) is used to increase the cooling capacity and flow rate in the heat hotspot.

In den 2 und 4 bis 8 sind verschiedene Lösungen zur lokalen Steigerung der Kühlleitung der Kanalabschnitte 7 abgebildet.In the 2 and 4 to 8 Various solutions for locally increasing the cooling capacity of channel sections 7 are shown.

In 2, 4 und 5 wurde im Blechpaket Metallschaum am Beispiel von Aluminiumschaum eingebracht. Dieser kann mit einer festen Haut (2) hergestellt / fertig expandiert und mechanisch eingebracht werden oder im Kühlkanal 5 durch Aufbringen / Aktivieren von Hitze expandiert werden (4). Dabei kann durch Einpressen oder thermisches Expandieren ein guter mechanischer und thermischer Kontakt zum Blech und durch die hohe Oberfläche des Schaums ein guter Wärmeübergang zum Kühlöl sichergestellt werden.In 2 , 4 and 5 Metal foam, using aluminum foam as an example, was introduced into the sheet metal package. This can form a solid skin ( 2 ) manufactured / fully expanded and mechanically inserted or expanded in cooling channel 5 by applying / activating heat ( 4 ). In this process, good mechanical and thermal contact with the sheet metal can be ensured by pressing or thermal expansion, and good heat transfer to the cooling oil can be ensured by the large surface area of the foam.

In den 6 bis 8 ist als weitere Variante ein Kupfer-Kühlrohr als Wärmeableitkörper 8 mit schaumartiger Innenoberfläche abgebildet. Dieses könnte mechanisch beim Aufbau des Stacks / Blechpaketes eingebracht werden (7). Auch hier würde durch das Einpressen eine gute thermische Anbindung an die Bleche erzeugt werden. Für beide Varianten könnten die Kühlölkanäle lokal im Blech größer ausgebildet sein, um zusätzlich Druckverluste durch den Schaum zu minimieren.In the 6 to 8 Another variant shown is a copper cooling tube as a heat dissipator 8 with a foam-like inner surface. This could be mechanically integrated during the assembly of the stack / sheet metal package ( 7 Here too, pressing the foam in would create a good thermal connection to the sheet metal. For both variants, the cooling oil channels could be made larger locally within the sheet metal to further minimize pressure losses due to the foam.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Statorstator
22
elektrische Maschineelectric machine
33
Grundkörperbasic body
44
MagnetspulenanordnungMagnetic coil arrangement
55
KühlkanalCooling channel
66
axiale Mitteaxial center
77
KanalabschnittCanal section
88
Wärmeableitkörperheat dissipators
99
offenporige Strukturopen-pore structure
1010
Mittenebenemiddle level
1111
Rotorrotor
1212
Drehachseaxis of rotation
1313
StatorzahnStator tooth
1414
StatornutStator slot
15a15a
erstes Gehäuseteilfirst housing part
15b15b
zweites Gehäuseteilsecond housing part
1616
VerbindungsabschnittConnection section
1717
ErweiterungExtension

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was automatically generated and is included solely for the reader's convenience. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA accepts no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2019/ 002 289 A1 [0002]WO 2019/ 002 289 A1 [0002]

Claims (10)

Stator (1) für eine elektrische Maschine (2), mit einem gesamtheitlich im Wesentlichen ringförmigen Grundkörper (3), einer an dem Grundkörper (3) aufgenommenen Magnetspulenanordnung (4), und einem zumindest teilweise durch den Grundkörper (3) mit ausgebildeten Kühlkanal (5), wobei der Kühlkanal (5) zumindest einen axial verlaufenden, über eine axiale Mitte (6) des Grundkörpers (3) hinweg verlaufenden Kanalabschnitt (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kanalabschnitt (7) auf Höhe der axialen Mitte (6) des Grundkörpers (3) ein Wärmeableitkörper (8) mit einer offenporigen Struktur (9) eingebracht ist.Stator (1) for an electric machine (2), comprising a generally essentially ring-shaped base body (3), a magnet coil arrangement (4) mounted on the base body (3), and a cooling channel (5) formed at least partially through the base body (3), wherein the cooling channel (5) has at least one axially extending channel section (7) extending over an axial center (6) of the base body (3), characterized in that a heat dissipation body (8) with an open-pore structure (9) is introduced into the channel section (7) at the level of the axial center (6) of the base body (3). Stator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitkörper (8) aus einem Metallschaum ausgebildet ist.Stator (1) after Claim 1 , characterized in that the heat dissipation body (8) is made of a metal foam. Stator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitkörper (8) aus einem Material besteht, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als ein Material des Grundkörpers (3).Stator (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the heat dissipation body (8) consists of a material which has a higher thermal conductivity than a material of the base body (3). Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitkörper (8) zumindest teilweise aus einem Aluminium-haltigen und / oder Kupfer-haltigen Werkstoff ausgebildet ist.Stator (1) after one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the heat dissipation body (8) is at least partially made of an aluminium-containing and/or copper-containing material. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitkörper (8) stiftförmig oder rohrförmig ausgebildet ist.Stator (1) after one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the heat dissipation body (8) is pin-shaped or tubular. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitkörper (8) eine Länge aufweist, die kleiner als eine Länge des vorzugsweise geradlinig verlaufenden Kanalabschnittes (7) ist.Stator (1) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the heat dissipation body (8) has a length that is less than the length of the preferably straight channel section (7). Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitkörper (8) mit seiner Mittenebene (10) auf der axialen Mitte (6) des Grundkörpers (3) angeordnet ist.Stator (1) according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the heat dissipation body (8) is arranged with its central plane (10) on the axial center (6) of the base body (3). Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (5) mehrere in einer Umfangsrichtung (vorzugsweise parallel zueinander verlaufende) Kanalabschnitte (7) aufweist, die jeweils mit einem Wärmeableitkörper (8) ausgestattet sind.Stator (1) according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the cooling channel (5) has several channel sections (7) extending in a circumferential direction (preferably parallel to each other), each of which is equipped with a heat dissipation body (8). Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (5) mäanderförmig entlang der Umfangsrichtung verläuft.Stator (1) according to one of the Claims 1 until 8 , characterized in that the cooling channel (5) runs in a meandering shape along the circumferential direction. Elektrische Maschine (2) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem relativ zu dem Stator (1) drehbar gelagerten Rotor (11).Electric machine (2) for a motor vehicle, with a stator (1) according to one of the Claims 1 until 9 and a rotor (11) rotatably mounted relative to the stator (1).
DE102024116311.9A 2024-06-11 2024-06-11 Stator with hotspot-optimized cooling; and electric machine Pending DE102024116311A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024116311.9A DE102024116311A1 (en) 2024-06-11 2024-06-11 Stator with hotspot-optimized cooling; and electric machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024116311.9A DE102024116311A1 (en) 2024-06-11 2024-06-11 Stator with hotspot-optimized cooling; and electric machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102024116311A1 true DE102024116311A1 (en) 2025-12-11

Family

ID=97753649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102024116311.9A Pending DE102024116311A1 (en) 2024-06-11 2024-06-11 Stator with hotspot-optimized cooling; and electric machine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102024116311A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011103335A1 (en) * 2011-05-27 2012-11-29 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Electric motor has metal foam material that is provided in stator housing, and is formed with open pore for flowing of cooling medium
DE102017214306A1 (en) * 2017-08-17 2019-02-21 Continental Automotive Gmbh Housing for receiving a stator of an electrical machine
EP3640479A1 (en) * 2018-10-15 2020-04-22 Conti Temic microelectronic GmbH Pumping device, fluid pumping arrangement and method for cooling an electric drive motor of the pumping device
DE102020132094A1 (en) * 2020-12-03 2022-06-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Electrolaminations with integrated cooling channels and static flow resistances in a stator, an electrical machine and a motor vehicle
DE102021120773A1 (en) * 2021-08-10 2023-02-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stator cooling channels with forced turbulence

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011103335A1 (en) * 2011-05-27 2012-11-29 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Electric motor has metal foam material that is provided in stator housing, and is formed with open pore for flowing of cooling medium
DE102017214306A1 (en) * 2017-08-17 2019-02-21 Continental Automotive Gmbh Housing for receiving a stator of an electrical machine
EP3640479A1 (en) * 2018-10-15 2020-04-22 Conti Temic microelectronic GmbH Pumping device, fluid pumping arrangement and method for cooling an electric drive motor of the pumping device
DE102020132094A1 (en) * 2020-12-03 2022-06-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Electrolaminations with integrated cooling channels and static flow resistances in a stator, an electrical machine and a motor vehicle
DE102021120773A1 (en) * 2021-08-10 2023-02-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stator cooling channels with forced turbulence

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016202416B4 (en) Rotor shaft arrangement and method for its production
DE19542962C1 (en) Short-circuit rotor for asynchronous electrical machine
DE102013020332A1 (en) Electric machine i.e. asynchronous machine, for use in drive train of e.g. hybrid vehicle, has shaft comprising outlet opening for guiding coolant from channel of shaft to surrounding of shaft, and duct element comprising flow opening
WO2015172782A1 (en) Basic housing for a wheel hub motor, and wheel hub motor comprising the basic housing
DE102018000875B4 (en) Active part for an electrical machine, in particular a motor vehicle
DE102016208770A1 (en) Electric machine
DE102020121724A1 (en) Electrical machine with internally cooled rotor shaft
DE102013020324A1 (en) Electric machine i.e. asynchronous machine, for use in drive train of e.g. electric vehicle, has duct element comprising channel running diagonal to axial direction of shaft for guiding coolant from channel of shaft to environment of shaft
EP3619795B1 (en) Electrical machine with cooling
DE102018130516A1 (en) Rotor shaft
DE102021102429A1 (en) Electric machine and vehicle with an electric machine
DE102024116311A1 (en) Stator with hotspot-optimized cooling; and electric machine
DE102021131448A1 (en) Cooling device for a stator with a cooling jacket outside an inner housing part
DE102015200096A1 (en) Cooling jacket arrangement for an electric motor and electric drive for a vehicle with the cooling jacket arrangement
DE102023125370A1 (en) Electric machine with stator having direct meander cooling and an integrated nozzle opening
WO2011088862A1 (en) Rotor of an electric machine and method for producing a rotor of an electric machine
DE102010041788A1 (en) Rotor bar for use in hybrid rotor of asynchronous machine, has axial channel exhibiting opening width and two legs with respective shoulders, where opening width of axial channel is larger than shoulder width
DE102023103617A1 (en) Rotor for an electrical machine
DE10020705A1 (en) Rotary electric machine with cooling arrangement, has ventilation passage in most external diameter turn of rotor winding wire, which contacts chestnut page block axially and continuously
DE102017125209A1 (en) Housing device for an electrical machine and method
DE102022119901A1 (en) Stator for an electrical machine
DE10356613A1 (en) High-performance field coil of an alternator
DE102010041796A1 (en) Cage rotor for asynchronous machine, has rotor bar comprising tipping areas arranged in rotor stack, where rotor bar made of copper and has torsion in axial direction and torsion axis runs within rotor bar
DE102024200523B3 (en) Rotor arrangement of a separately excited electrical machine of a vehicle
DE102023120466A1 (en) Stator for an electric machine and motor vehicle with an electric machine

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication