Stator für einen Elektromotor Die Erfindung betrifft einen Stator für einen Elektromotor, der ein mit Drahtwicklungen versehenes, im wesentlichen hohl- zylinderförmiges Statorpaket und einen sich in axialer Rich ^¬ tung an das Statorpaket anschließenden Wickelkopf umfasst, wobei das Statorpaket eine Anzahl von Nuten umfasst, wobei in die jeweilige Nut eine Kühlmittelleitung eingelegt ist.

In einem Elektromotor wird elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt. Insbesondere wird die Kraft, die von ei ^¬ nem Magnetfeld auf die stromdurchflossenen Leiter einer Spule ausgeübt wird, in Bewegung umgesetzt. Elektromotoren können zwar auch translatorische Bewegungen ausführen, werden aber typischerweise als Rotationsmotoren ausgeführt.

Ein derartiger, zur Erzeugung einer Rotationsbewegung ausge- bildeter Elektromotor umfasst üblicherweise einen feststehenden Stator und einen rotierenden Rotor. Das Magnetfeld des Stators wird durch Permanentmagnete oder durch ein mit Spu ^¬ lenwicklungen versehenes Metallbauteil, auch Statorpaket ge ^¬ nannt, erzeugt. Das Statorpaket ist typischerweise hohlzylin- derförmig aufgebaut und mit den Spulendrähten bewickelt. Die jeweiligen Enden der Drahtwicklungen treten typischerweise auf einer oder beiden axialen Seiten des Statorpaketes aus und bilden dort jeweils ein als Wickelkopf bezeichnetes

Drahtgeflecht .

Im Inneren des Stators ist ein Rotor angeordnet, der in den meisten Fällen aus einer Spule mit Eisenkern, dem so genannten Anker, besteht, der drehbar im Magnetfeld des Stators ge ^¬ lagert ist. Durch die Abstoßung und Anziehung der Magnetfel- der von Stator und Rotor entsteht die Drehbewegung. Bei einem Gleichstrommotor werden durch die Drehung des Rotors durch einen Kommutator stets die richtigen Wicklungen mit Strom beschaltet, um eine dauerhafte Kraftwirkung und damit Rotation zu erreichen. Bei anderen Bauformen, wie z.B. mit Dreh- oder Wechselstrom betriebenen Asynchronmotoren kann auf einen Kommutator verzichtet werden, stattdessen besitzt ein Asynchronmotor eine Kurzschlusswicklung im Rotor.

In den letzten Jahren wird aufgrund des gestiegenen Umwelt- bewusstseins und der Knappheit natürlicher Ressourcen der Elektromotor als Fahrzeugantrieb verstärkt eingesetzt. Der Elektroantrieb ist dem Verbrennungsmotor in vielen Aspekten überlegen, so z. B. hinsichtlich des Wirkungsgrades sowie der vorteilhaften Drehmoment- und Leistungscharakteristik eines Elektromotors. Weiterhin ist der Antriebsstrang zumeist we ^¬ sentlich einfacher aufzubauen.

Nachteilig ist jedoch häufig die geringe Reichweite von

Elektrofahrzeugen, bedingt durch die vergleichsweise geringe ^¬ ren Energiemengen, die beim derzeitigen Stand der Technik in Energiespeichern wie Akkumulatoren mitgeführt werden können. Somit ergibt sich insbesondere bei Elektrofahrzeugen die Auf ^¬ gabe, die verfügbare Energie so effizient wie möglich zu nut ^¬ zen, d. h. den Wirkungsgrad des Fahrzeugs zu optimieren.

Dies kann beispielsweise durch Nutzung von Abwärme geschehen, die andernfalls an den Motorraum abgegeben und damit verlus ^¬ tig gehen würde. Gehäuse für Elektromotoren werden daher häufig durch ein durchlaufendes Fluid gekühlt, welches die Wärme dann einer weiteren Nutzung in verschiedenen Aggregaten, z. B. der Innenraumheizung zuführen kann. Das Fluid wird in entsprechenden Kühlmittelleitungen, die eingelegt oder eingegossen sind, geführt. Häufig steht das Gehäuse dabei in di ^¬ rektem Kontakt zum Statorpaket, so dass die im Statorpaket entstehende Wärme direkt abgeführt werden kann.

Nachteilig ist hierbei häufig, dass aufgrund des sich im Be ^¬ trieb einstellenden Temperaturgefälles zwischen Statorpaket und gekühltem Gehäuse sehr hohe Spannungen aufgrund der Wärmeausdehnung entstehen. Diese können zu unzulässigen Verformungen am Statorpaket oder am Gehäuse führen. Daher werden teilweise auch direkt Kühlmittelleitungen in das Statorpaket integriert, indem dieses mit entsprechenden Nuten versehen ist, in die die Kühlmittelleitungen eingelegt sind. Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, einen Stator der eingangs genannten Art anzugeben, der eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades des Elektromotors ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem sich ein Ab- schnitt der jeweiligen Kühlmittelleitung in den Bereich des Wickelkopfes erstreckt.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass nicht nur das Statorpaket selbst, sondern auch die sich daran an- schließenden Drahtwicklungen im Wickelkopf Wärme erzeugen. Diese am Wickelkopf abgestrahlte Wärme kann mit bisherigen Maßnahmen dem Fluid zum größten Teil nicht zugeführt werden, was eine Wirkungsgradeinbuße bedeutet. Daher sollte eine ge ^¬ zielte Abfuhr von Verlustwärme vom Wickelkopf in das Fluid vorgesehen werden. Dabei sollten keine zusätzlichen Kühlmittelleitungen vorgesehen werden, da dies eine vergleichsweise kompliziertere Bauweise bedeuten würde. Stattdessen sollten die vorhandenen Kühlmittelleitungen des Statorpakets in der Art einer Doppelnutzung zur Kühlung des Wickelkopfes mitge- nutzt werden. Dies ist erreichbar, indem sich ein Abschnitt der jeweiligen Kühlmittelleitung in den Bereich des Wickelkopfes erstreckt.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist die jeweilige Kühlmittel- leitung dabei als Kühlwendel ausgebildet. Das heißt, die

Kühlmittelleitung ist mit mehrfachen Windungen und Biegungen ausgestaltet und nicht als einfache, sich mehr oder weniger nur in eine Richtung erstreckende Leitung. Dadurch wird die kühlbare Oberfläche erhöht, da sich auf derselben Fläche eine größere Gesamtlänge der Kühlmittelleitung ergibt. Somit wird eine gleichmäßigere Kühlung des Statorpakets erreicht. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind dabei Ein- und Austritt der jeweiligen Kühlmittelleitung auf derselben axialen Seite des Statorpakets angeordnet. Die Kühlmittelleitung bzw. Kühlwendel ist also in Gegenstromrichtung angeordnet. Auch dadurch wird eine gleichmäßigere Kühlung ermöglicht, da kühle und bereits durch Abfuhr von Wärme aus den Statorpaket vorerwärmte Kühlmittelbereiche nebeneinander angeordnet sind. Zudem ist durch die Anordnung von Ein- und Austritt an derselben Stelle eine einfache Installation möglich.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist mit dem jeweiligen im Bereich des Wickelkopfes angeordneten Abschnitt ein Kühlblech verbunden. Durch ein derartiges Kühlblech im Bereich des Wickelkopfes wird der Wärmeaustausch zwischen Wi- ckelkopf und Kühlmittelleitung verbessert. Dazu sollte das

Kühlblech eine wärmetechnisch optimale Anbindung an die Kühlmittelleitung haben. Die Wärmeübertragung zum Wickelkopf kann dabei entweder durch direkten Kontakt als auch durch erzwungene Konvektion erfolgen. Dabei sollte die Oberfläche des Kühlblechs je nach Wärmeübertragungsmethode optimal gestaltet werden .

In zusätzlicher vorteilhafter Ausgestaltung ist das jeweilige Kühlblech auf der radialen Außenseite des Wickelkopfes ange- ordnet. Durch die generelle Aufweitung des Wickelkopfes im Betrieb wird dadurch der Abstand zwischen Kühlblech und Wickelkopf verringert oder der Kontakt verbessert. Somit wird die Wärmeübertragung weiter optimiert. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der jeweilige Abschnitt und/oder gegebenenfalls das jeweilige Kühlblech mit einer elektrischen Isolation versehen. Insbesondere bei direktem Kontakt des Wickelkopfes zu den kühlenden Elementen ist so eine gute elektrische Isolierung gewährleistet. Die elektrische Isolation sollte dabei dennoch thermisch leitfä ^¬ hig sein, beispielsweise kann eine Folie zur Anwendung kommen . Auch innerhalb des Statorpakets sollte die Wärmeleitung in die Kühlmittelleitung optimiert werden. Vorteilhafterweise weist dazu das Statorpaket in einem nicht mit einer Nut ver ^¬ sehenen Bereich einen sich in Nutrichtung erstreckenden Hohl- räum auf. Da die Hohlräume schlechtere Wärmeleitungseigen ^¬ schaften als das Metall des Statorpakets haben, wird der Wär- mefluss tangential blockiert und in die Nuten gelenkt. Da ^¬ durch ergibt sich eine noch schnellere und bessere Wärmeüber ^¬ tragung in die in den Nuten liegenden Kühlmittelleitungen. Darüber hinaus führen die Hohlräume zu einer Gewichtsredukti ^¬ on, was insbesondere bei einer Anwendung in Kraftfahrzeugen von Vorteil ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist ein Stator der beschriebe- nen Art Bestandteil eines Elektromotors. Ein derartiger

Elektromotor sorgt vorteilhafterweise in einem Kraftfahrzeug für einen besonders effizienten Betrieb.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde- re darin, dass durch die Ausdehnung des Kühlsystems auf den

Bereich des Wickelkopfs des Statorpakets eine gezielte Abfuhr von Verlustwärme vom Wickelkopf in das Kühlmittel und damit eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads durch Nutzbarkeit dieser Wärme erreicht wird. Es wird eine Einsparung von Ener- gie bei Elektrofahrzeugen insbesondere bei kühleren Außentemperaturen erreicht, da die nun nutzbare Abwärme zu Heiz- und Entfrostungszwecken erhöht wird, und nicht von der Batterie Energie zu diesen Zwecken verbraucht werden muss. Durch die direkte Integration der benutzten Kühlmittelleitungen in das Statorpaket werden zudem die Temperaturunterschiede zum Ge ^¬ häuse des Elektromotors minimiert, so dass unzulässige Ver ^¬ formungen aufgrund von unterschiedlicher Wärmeausdehnung vermieden werden. Dies wirkt sich positiv auf die Lebensdauer aus .

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: FIG 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines

Teils eines Stators für einen Elektromotor eines

Elektrokraftfahrzeugs ,

FIG 2 eine Darstellung einer Kühlwendel des Stators aus

FIG 1,

FIG 3 eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs des Wi ^¬ ckelkopfs des Stators aus FIG 1, und

FIG 4 einen Querschnitt eines Statorpakets des Stators aus FIG 1.

Gleiche Teile sind in allen FIGs mit denselben Bezugszeichen versehen.

FIG 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung ei ^¬ nes Teils des Stators 1 für einen Elektromotor, wie er in ei ^¬ nem Elektrokraftfahrzeug zur Anwendung kommt. Vom Stator ge- zeigt ist das aus einem magnetischen Metall aufgebaute Sta ^¬ torpaket 2, das im Wesentlichen hohlzylinderförmig aufgebaut ist und einen Metallkern für einen Elektromagneten bildet. Der Elektromagnet wird durch eine Vielzahl von Metalldrähten in Wicklungen gebildet, die zur Einfachheit der Darstellung nicht gezeigt sind. An den jeweils axialen Enden des Stator ^¬ pakets 2 treten die Metalldrähte aus und bilden jeweils einen nur schematisch dargestellten Wickelkopf 6.

Das Statorpaket 2 weist an seiner radialen Außenseite in axi- aler Richtung ausgerichtete, den gesamten axialen Abschnitt des Statorpakets 2 durchziehende Nuten 4 auf. Die Nuten sind in tangentialer Richtung gleichmäßig beabstandet. In den Nuten 4 sind Kühlmittelleitungen 8 eingebracht, die die vom Statorpaket 2 ausgestrahlte Wärme in ein Kühlmittel führen und abtransportieren. Die Wärme wird dann im Kraftfahrzeug weiter genutzt. Um nun den Wirkungsgrad des Kraftfahrzeuges insgesamt zu er ^¬ höhen, soll auch die von den Wickelköpfen 6 abgestrahlte Wärme einer weiteren Nutzung zugeführt werden. Dazu erstrecken sich Abschnitte 10 der Kühlmittelleitung 8 in dem Bereich der Wickelköpfe 6. Die Abschnitte 10 sind U-förmig gebogen, so dass sie die in den Nuten 4 liegenden Teile der Kühlmittel ^¬ leitungen 8 miteinander verbinden. Sie bilden so eine Kühlwendel 12. Eintritt 14 und Austritt 16 der Kühlwendel 12 be ^¬ finden sich dabei auf derselben axialen Seite des Statorpa- kets 2 und sind in axialer Verlängerung zweier benachbarter Nuten 4 angeordnet.

Um den Wärmeübertrag vom Wickelkopf 6 in das Kühlmittel wei ^¬ ter zu verbessern, sind an den Abschnitten 10 der Kühlwendel 12 Kühlbleche 18 angebracht. Diese sind für einen optimalen Wärmeübergang zur Kühlwendel 12 ausgelegt. Die Kühlbleche 18 sind jeweils ebenfalls in der Form eines Hohlzylinders ange ^¬ ordnet und umfassen die jeweiligen Wickelköpfe an deren radi ^¬ aler Außenseite. Die Kühlbleche 18 bilden jedoch keinen ge- schlossenen Hohlzylinder sondern weisen eine Unterbrechung 20 in axialer Richtung auf. Diese korreliert mit einem Bereich der Kühlwendel 12, in dem die Kühlwendel 12 keine tangential verlaufenden Bereiche aufweist, die sich über die durch die Unterbrechung 20 gebildete Linie erstreckt. Dadurch kann die Kühlwendel 12 mit den Kühlblechen 18 aufgeweitet werden, bei ^¬ spielsweise zum Einlegen in das Statorpaket 2.

Die Kühlbleche 18 sind mit einer Isolation versehen, die auch bei einer Aufweitung des Wickelkopfs 6 im Betrieb des Elekt- romotors bei einer Berührung einen elektrischen Kurzschluss zwischen den Drähten des Wickelkopfs 6 und dem Kühlblech 18 sicher verhindert.

Das Statorpaket 2 weist zur besseren Leitung des Wärmestroms in die Kühlmittelleitung 8 sich in axialer Richtung erstreckende, zwischen den Nuten 4 angeordnete Hohlräume 22 auf. Diese blockieren den Wärmefluss von den Nuten 4 weg. FIG 2 zeigt die Kühlwendel 12 mit den Kühlblechen 18 vor dem Einlegen in das Statorpaket 2. Hier sind die einzelnen Bestandteile, die Abschnitte 10, die Kühlmittelleitungen 8 und die Unterbrechungen 20 der Kühlbleche 18 sowie die generelle Form der Kühlwendel 12 zu erkennen, die sich schlangenförmig um den gesamten Hohlzylinder erstreckt.

FIG 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der FIG 1 aus schräger axialer Richtung im Bereich um die Unterbrechung 20.

FIG 4 zeigt schließlich einen radial-tangentialen Schnitt durch das Statorpaket 2. Gezeigt sind insbesondere die in tangentialer Richtung gleichmäßig voneinander beabstandeten, abwechselnd angeordneten Nuten 4 und Hohlräume 22. An der ra- dialen Innenseite weist das Statorpaket 2 Strukturen 24 zur Aufnahme der Drähte der Statorwicklungen auf.

Durch die beschriebene Ausgestaltung des Stators 1 wird eine verbesserte Abfuhr von Wärme erzielt, die ein Nutzung in wei- teren Bauteilen eines Elektrokraftfahrzeugs ermöglicht und so den Wirkungsgrad verbessert.