Stator einer elektrischen Maschine

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Stator einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon ein Stator einer elektrischen Maschine aus der DE 10 2015 207 865 Al bekannt, mit zumindest einem Statorblechpaket, das jeweils einen Stapel von

Blechlamellen umfasst und in dem zumindest ein Kühlkanal zur Kühlung des Stators mit einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, vorgesehen ist, wobei der Kühlkanal durch eine Vielzahl von in axialer Richtung bezüglich einer Statorachse hintereinander angeordneten Kanalausnehmungen in den Blechlamellen gebildet ist und eine Mantelfläche aufweist, die an einem im Kühlkanal vorgesehenen

Kunststoffmantel ausgebildet ist und bei Durchströmung mit Kühlmedium in

unmittelbaren Kontakt mit dem Kühlmedium kommt. Der Stator weist einen der Statorachse zugewandten Innenumfang und einen der Statorachse abgewandten Außenumfang auf. Weiterhin umfasst der Stator ein durch den Kunststoffmantel gebildetes Dichtmittel, das eine Leckage von Kühlmedium aus dem Kühlkanal nach außerhalb des Stators verhindert. Nachteilig ist, dass der Kunststoffmantel im

Kühlkanal ein vergleichsweise schlechter Wärmeleiter ist, so dass zwischen dem Kunststoff mantel des Kühlkanals und dem Statorblechpaket jeweils ein hoher thermischer Übergangswiderstand gebildet ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Stator mit den kennzeichnenden Merkmalen des

Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Wärmeübertragung von den Blechlamellen auf das Kühlmedium und damit die Kühlung des Stators verbessert wird, indem das Dichtmittel zwischen den Blechlamellen vorgesehen ist. Auf diese Weise ist der Kühlkanal derart ausgebildet, dass die metallischen Blechlamellen des Stators einen unmittelbaren oder fast unmittelbaren Kontakt mit dem Kühlmedium haben. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Stators möglich.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Mantelfläche des Kühlkanals die Umfangsflächen der dem Kühlkanal zugeordneten Kanalausnehmungen der Blechlamellen umfasst oder dass alternativ der Kühlkanal mit einer Beschichtung, insbesondere einer

Korrosionsschutzbeschichtung ausgekleidet ist, die im Bereich zwischen den

Blechlamellen am Dichtmittel abgestützt ist. Die Auskleidung des Kühlkanals mit einer dünnen Korrosionsschutzbeschichtung schützt die Blechlamellen des

Statorblechpakets vor Korrosion. Die Schichtdicke der Korrosionsschutzbeschichtung ist beispielsweise kleiner als 600 Mikrometer, insbesondere kleiner als 300 Mikrometer. Die Wärmeübertragung wird durch die Beschichtung nur geringfügig verschlechtert, so dass der Kontakt der Blechlamellen mit dem Kühlmedium als fast unmittelbar bzw. quasi unmittelbar anzusehen ist.

Es kann vorgesehen sein, dass durch Stanzgrate an den Stanzkanten der

Kanalausnehmungen die Mantelfläche des Kühlkanals im Axialschnitt eine

sägezahnförmige Kontur aufweist, wodurch die Turbulenz im Kühlkanal erhöht und damit die Kühlung weiter verbessert wird.

Nach einer vorteilhaften ersten Ausführung kann das Dichtmittel die zwischen den Blechlamellen des Stators gebildeten Spalte vollständig ausfüllen. Nach einer vorteilhaften zweiten Ausführung kann das Dichtmittel eine Dichtstruktur bilden, die den einzelnen Kühlkanal mit einer Dichtlinie oder -fläche dicht umschließt oder die alternativ alle Kühlkanäle mit einer radial außerhalb aller Kühlkanäle angeordneten äußeren Dichtlinie oder -fläche und einer radial innerhalb aller Kühlkanäle

angeordneten inneren Dichtlinie oder -fläche dicht einschließt.

Besonders vorteilhaft ist, wenn das Dichtmittel gemäß der ersten Ausführung durch einen Vakuum-Druck-Prozess, insbesondere eine Vakuumimprägnierung, in die zwischen den Blechlamellen gebildeten Spalte eingebracht und in den Spalten ausgehärtet ist. Beispielsweise kann das Dichtmittel ein Acrylat- Monomer oder ein

Methacrylat- Monomer sein. Gemäß der zweiten Ausführung kann das Dichtmittel auch auf die Blechlamellen aufgedruckt, aufgeklebt, aufgesprüht oder mit einem anderen Dünnschicht-Auftragsverfahren aufgebracht sein.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Blechlamellen des Stators durch Spannmittel, insbesondere Schrauben oder Zuganker, zum Erzeugen einer axialen Verspannung zusammengedrückt sind. Auf diese Weise wird von außen eine Spannkraft auf den Stator ausgeübt, die eine Aufweitung der zwischen den Blechlamellen gebildeten und mit dem erfindungsgemäßen Dichtmittel aufgefüllten Spalte verhindert, so dass die Dichtheit der Kühlkanäle zuverlässig aufrechterhalten und eine Leckage von

Kühlmedium aus dem Kühlkanal nach außerhalb des Stators verhindert wird.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Spannmittel am Außenumfang des Stators, insbesondere am Außenumfang der Blechlamellen, jeweils in einer

Spannmittelaufnahme vorgesehen sind. Auf diese Weise kann eine homogene Verspannung im Stator erzeugt und dadurch eine Dichtheit über den gesamten Umfang des Stators gewährleistet werden.

Auch vorteilhaft ist, wenn der Stator jeweils Statorzähne und ein Statorjoch umfasst, wobei die mehreren Kühlkanäle im Statorjoch über den Umfang verteilt vorgesehen sind. Auf diese Weise wird eine homogene Kühlung des Stators erreicht.

Erfindungsgemäß wird der Stator in mehreren Schritten hergestellt: In einem ersten Schritt wird ein Statorblechpaket bereitgestellt, das Blechlamellen umfasst, die insbesondere miteinander mechanisch verbunden sind, beispielsweise durch

Schweißen oder Stanzpaketieren. In einem zweiten Schritt wird dann ein flüssiges Dichtmittel in die zwischen den Blechlamellen gebildeten hohlen Spalte des

Statorblechpakets eingebracht, insbesondere durch Vakuumimprägnieren. In einem nachfolgenden dritten Schritt wird das Dichtmittel dann in den Spalten ausgehärtet, beispielsweise thermisch und/oder anaerob. In einem weiteren vierten Schritt werden dann die Blechlamellen des Stators mittels von Spannmitteln zusammengedrückt. Dies kann bei der Montage des Stators an ein Getriebe geschehen. Die Spannmittel können beispielsweise Schrauben oder Zuganker sein.

Wenn das Dichtmittel alternativ auf die einzelnen Blechlamellen aufgebracht wird, werden die Blechlamellen nach dem Beschichten zu dem Statorblechpaket gestapelt. Anschließend wird der Dichtstoff in den Spalten beispielsweise thermisch ausgehärtet. Vorteilhaft ist, wenn dieses Aushärten geschieht, während das Blechpaket

zusammengedrückt wird.

Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn der Stator mit seinem zumindest einen

Statorblechpaket einen Gehäusemantel der elektrischen Maschine bildet. Auf diese Weise wird ein im Stand der Technik übliches zusätzliches Gehäusebauteil für die elektrische Maschine eingespart, so dass die Herstellungskosten verringert werden.

Vorteilhaft ist, wenn an den Stirnseiten des Stators Lagerschilde angeordnet sind, die insbesondere Verbindungskanäle zur Verbindung von Kühlkanälen des Stators aufweisen. Auf diese Weise werden die Lagerschilde anstatt an dem zusätzlichen Gehäusebauteil direkt an dem Stator bzw. Statorblechpaket befestigt bzw. mit diesem verspannt.

Außerdem vorteilhaft ist, wenn die erfindungsgemäße elektrische Maschine in einer Antriebseinrichtung mit einem Getriebe eingesetzt und mit den Spannmitteln direkt am Getriebe befestigt, insbesondere verschraubt, wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig.l zeigt im Schnitt eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator,

Fig.2 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Stators nach Fig.l und

Fig.3 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Stators entlang der Linie lll-lll in Fig.2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig.l zeigt im Schnitt eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator.

Die elektrische Maschine 1 nach Fig.l umfasst einen Stator 2, der aus zumindest einem Statorblech paket 3 gebildet ist. Jedes Statorblechpaket 3 ist aus einen Stapel von Blechlamellen 4 aus Elektroblech hergestellt und weist zumindest einen, beispielsweise mehrere Kühlkanäle 5 zur Kühlung des Stators 2 mit einem

Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, auf. An den Stirnseiten des Stators 2 sind beispielsweise Lagerschilde 8 angeordnet, an denen jeweils ein Drehlager 9 zur Lagerung eines Rotors 10 der elektrischen Maschine 1 vorgesehen ist.

Der erfindungsgemäße Stator 2 bildet mit seinem zumindest einen Statorblechpaket 3 ein zylinderförmiges Gehäuseteil, also einen sogenannten Gehäusemantel der elektrischen Maschine. Ein separater Gehäusemantel, wie er im Stand der Technik häufig verwendet wird, ist nicht vorgesehen, so dass die elektrische Maschine insofern auch als gehäuselos bezeichnet werden kann.

Die elektrische Maschine 1 weist beispielsweise zwei Kühlkanalanschlüsse 6,7 auf zum Zuführen von Kühlmedium in die Kühlkanäle 5 bzw. zum Abführen von

Kühlmedium aus den Kühlkanälen 5 des Stators 2 heraus. Die Kühlkanalanschlüsse 6,7 sind beispielsweise an einem der beiden Lagerschilde 8 oder an beiden

Lagerschilden 8 ausgeführt. Die Lagerschilde 8 die insbesondere Verbindungskanäle zur Verbindung von Kühlkanälen des Stators aufweisen.

Nach dem Ausführungsbeispiel durchragen die Kühlkanäle 5 den Stator 2 in axialer Richtung von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite. In diesem Fall können die

Blechlamellen 4 des Stators 2 identisch ausgeführt sein. Dabei werden benachbarte Kühlkanäle 5 über in den Lagerschilden 8 ausgebildete Verbindungskanäle 22 strömungsverbunden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein mäanderförmiger Verlauf der Kühlkanäle 5 in der elektrischen Maschine erreicht werden. Alternativ könnten die Blechlamellen 4 des Stators 2 hinsichtlich der Lage der

Kanalausnehmungen 14 unterschiedlich ausgeführt sein, um beispielsweise eine Umlenkung des Kühlmediums im Stator 2 selbst zu erreichen.

Fig.2 zeigt eine Ansicht des erfindungsgemäßen Stators 2 nach Fig.l.

Der Stator 2 weist eine Statorachse 11 und mehrere Statorzähne 2.1 auf, die über ein Statorjoch 2.2 miteinander verbunden sind. Die beispielsweise mehreren Kühlkanäle 5 des Stators 2 sind beispielsweise in dem Statorjoch 2.2 angeordnet und dort über den Umfang verteilt vorgesehen.

Der Stator 2 hat einen der Statorachse 11 zugewandten Innenumfang 12 und einen der Statorachse 11 abgewandten Außenumfang 13. Fig.3 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Stators entlang der Linie lll-lll in Fig.2. Jeder der im Stator 2 vorgesehenen Kühlkanäle 5 ist durch eine Vielzahl von in axialer Richtung bezüglich der Statorachse 11 hintereinander angeordneten

Kanalausnehmungen 14 in den Blechlamellen 4 gebildet. Weiterhin weist jeder der Kühlkanäle 5 eine Mantelfläche 15 auf, die bei Durchströmung mit Kühlmedium in unmittelbaren Kontakt mit dem Kühlmedium kommt. Um eine Leckage von

Kühlmedium aus einem der Kühlkanäle 5 über den Innenumfang 12 oder den

Außenumfang 13 des Stators 2 nach außerhalb des Stators 2 zu verhindern, ist der Stator 2 erfindungsgemäß mit einem Dichtmittel bzw. Dichtmaterial 16 abgedichtet.

Erfindungsgemäß ist zumindest einer der Kühlkanäle 5 derart ausgebildet, dass die metallischen Blechlamellen 4 des Stators 2 bzw. Statorblechpakets 3 einen

unmittelbaren oder fast unmittelbaren Kontakt mit dem Kühlmedium haben. Auf diese Weise wird die Wärmeübertragung zwischen dem Stator 2 und dem Kühlmedium verbessert. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem das Dichtmittel 16 zwischen den Blechlamellen 4 vorgesehen ist.

Die unmittelbar mit dem Kühlmedium in Kontakt stehende Mantelfläche 15 des

Kühlkanals 5 kann die Umfangsflächen 14.1 der dem Kühlkanal 5 zugeordneten Kanalausnehmungen 14 der Blechlamellen 4 umfassen. Die Mantelfläche 15 des jeweiligen Kühlkanals 5 umfasst daher auch durch das Dichtmittel 16 gebildete

Umfangsflächen 16.1.

Alternativ kann der Kühlkanal 5 mit einer Beschichtung, insbesondere einer

Korrosionsschutzbeschichtung, ausgekleidet sein, die an den Umfangsflächen 14.1 der dem Kühlkanal 5 zugeordneten Kanalausnehmungen 14 der Blechlamellen 4 und im Bereich zwischen den Blechlamellen 4 am Dichtmittel 16 abgestützt ist. Die

Schichtdicke der Korrosionsschutzbeschichtung liegt beispielsweise im Bereich von 10 bis 600 Mikrometern, insbesondere 300 Mikrometern. Die Wärmeübertragung wird durch die dünne Beschichtung nur geringfügig verschlechtert, so dass der Kontakt der Blechlamellen 4 mit dem Kühlmedium als fast unmittelbar anzusehen ist. Die

Korrosionsschutzbeschichtung könnte eine metallische Deckschicht sein, die beispielsweise aus einer Legierung gebildet ist, die beispielsweise Zinn, Nickel, Kupfer, Chrom, Zink, Nickel-Phosphor oder Zink-Nickel umfasst. Alternativ könnte Korrosionsschutzbeschichtung eine pigmentierte Deckschicht sein, die beispielsweise ein mit Zinkphosphat oder Zinkchromat gefülltes Kunstharz umfasst.

Nach dem Ausführungsbeispiel in Fig.3 füllt das Dichtmittel 16 die zwischen den Blechlamellen 4 gebildeten, zunächst hohlen Spalte 17 des Stators 2 bzw.

Statorblechpakets 3 vollständig aus. Das Auffüllen der Spalte 17 mit dem Dichtmittel 16 kann beispielsweise durch einen Vakuum-Druck-Prozess, insbesondere eine

Vakuumimprägnierung, erfolgen. Nach dem Einbringen des Dichtmittels 16 in die Spalte 17 härtet das Dichtmittel 16 in den Spalten 17 aus. Das Dichtmittel 16 kann beispielsweise ein Acrylat- Monomer oder ein anderes Polymer sein.

Alternativ wäre auch möglich, dass das Dichtmittel 16 jeweils eine Dichtstruktur in den Spalten 17 bildet, die den einzelnen Kühlkanal 5 des Statorblechpakets 3 mit einer Dichtlinie oder -fläche dicht umschließt oder alle Kühlkanäle 5 des Statorblechpakets 3 mit einer radial außerhalb aller Kühlkanäle 5 angeordneten äußeren Dichtlinie oder - fläche und einer radial innerhalb aller Kühlkanäle 5 angeordneten inneren Dichtlinie oder -fläche dicht einschließt. Ein solches alternatives Dichtmittel 16 kann

beispielsweise auf die Blechlamellen 4 aufgedruckt oder aufgeklebt oder zwischen die Blechlamellen 4 eingelegt sein.

An dem erfindungsgemäßen Stator 2 sind Spannmittel 20, beispielsweise Schrauben oder Zuganker, vorgesehen, mit denen die Blechlamellen 4 des Stators 2 an den Stirnseiten des Stators 2 zusammengedrückt werden, um von außen eine Spannkraft auf den Stator 2 auszuüben, die eine Aufweitung der zwischen den Blechlamellen 4 gebildeten und mit dem Dichtmittel 16 ausgefüllten Spalte 17 verhindert und damit die Dichtheit der Kühlkanäle 5 zuverlässig aufrechterhält. Die Spannmittel 20 steigern somit die Robustheit der Abdichtung der Kühlkanäle 5, so dass eine Leckage von Kühlmedium aus dem Kühlkanal 5 heraus nach außerhalb des Stators 2 verhindert ist. Die Spannmittel 20 sind beispielsweise am Außenumfang des Stators 2 vorgesehen und jeweils in einer am Stator 2 ausgeführten Spannmittelaufnahme 21 angeordnet. Nach dem Ausführungsbeispiel sind mehrere Spannmittelaufnahmen 21 über den Umfang des Stators 2 verteilt. Die Spannmittelaufnahmen 21 sind beispielsweise an jeder der Blechlamellen 4 des Stators 2 einstückig vorgesehen und beispielsweise maulförmig, ösenförmig oder U-förmig ausgebildet. Die elektrische Maschine 1 kann mit den Spannmitteln 20 auch an einem weiteren Bauteil, beispielsweise einem Getriebe 24, befestigt werden. In diesem Fall übernehmen die Spannmittel 20 zusätzlich zur Verspannung des Stators 2 die weitere Funktion der Befestigung der elektrischen Maschine 1.

Der erfindungsgemäße Stator 2 wird in mehreren Schritten hergestellt: In einem ersten Schritt wird zumindest ein Statorblechpaket 3 bereitgestellt, das Blechlamellen 4 umfasst, die insbesondere miteinander mechanisch verbunden sind, beispielsweise durch Schweißen oder Stanzpaketieren. Zwischen den Blechlamellen 4 des

Statorblechpakets 3 liegen zunächst die hohlen Spalte 17 vor. In einem zweiten Schritt wird dann ein flüssiges Dichtmittel 16 in die hohlen Spalte 17 des Stators 2

eingebracht, beispielsweise durch Vakuumimprägnieren. In einem nachfolgenden dritten Schritt wird das nun in den Spalten 17 vorliegende Dichtmittel 16 anaerob und/oder thermisch ausgehärtet. In einem weiteren vierten Schritt werden die

Blechlamellen 4 des Stators 2 mit den Spannmitteln 20 verspannt bzw.

zusammengedrückt.

Der erfindungsgemäße Stator 2 könnte auch in einem alternativen Verfahren wie folgt hergestellt werden: In einem ersten Schritt wird das Dichtmittel 16 auf das Elektroblech der Blechlamellen aufgebracht. Dies kann vor oder nach dem Stanzen der

Blechlamellen 4 aus dem Elektroblech erfolgen. Am Ende des ersten Schritts liegen fertige, mit dem Dichtmittel 16 beschichtete Blechlamellen 4 vor. In einem zweiten Schritt werden die Blechlamellen 4 zu dem Statorblechpaket gestapelt und

nachfolgend optional zusammengepresst. In einem dritten Schritt wird das Dichtmittel im Statorblechpaket ausgehärtet. In einem weiteren vierten Schritt werden die

Blechlamellen 4 des Stators 2 mit den Spannmitteln 20 verspannt bzw.

zusammengedrückt.