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WO2020239816A1 - Stator mit flüssigkeitsgekühlten statorkern - Google Patents

Stator mit flüssigkeitsgekühlten statorkern Download PDF

Info

Publication number
WO2020239816A1
WO2020239816A1 PCT/EP2020/064660 EP2020064660W WO2020239816A1 WO 2020239816 A1 WO2020239816 A1 WO 2020239816A1 EP 2020064660 W EP2020064660 W EP 2020064660W WO 2020239816 A1 WO2020239816 A1 WO 2020239816A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stator
longitudinal axis
tooth
laminations
stator core
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/064660
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Pawellek
Original Assignee
Nidec Gpm Gmbh
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 Nidec Gpm Gmbh filed Critical Nidec Gpm Gmbh
Priority to CN202080044881.0A priority Critical patent/CN114008893A/zh
Priority to US17/615,024 priority patent/US20220255374A1/en
Publication of WO2020239816A1 publication Critical patent/WO2020239816A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H02K1/165—Shape, form or location of the slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators

Definitions

  • the present invention relates to a stator having the features of
  • Brushless DC motors include a rotor that is connected to a
  • Motor shaft is connected and is rotatably mounted in a housing.
  • the rotor is provided with permanent magnets.
  • a stator is arranged around the motor and carries a number of windings on an iron core. With suitable control, the windings generate a magnetic field that drives the rotor to rotate.
  • the stator core is made of at least one
  • Laminated core comprising a large number of stator laminations, is formed.
  • the stator is created specifically by the ohmic resistance of the winding.
  • the lost heat is transported away via the iron core.
  • Cooling systems integrated in the stator lamination package are known from the prior art, in which tubes are inserted into bores in the stator laminations, through which coolant then flows and a closed one
  • Form cooling system Such a cooling system is disclosed for example in DE 197 57 605 A1.
  • the tubes are usually pressed in or glued in. In any case remain Joints that represent an increased thermal resistance due to the low conductance.
  • the object of the present invention is to develop a stator in such a way that it can be cooled efficiently and with little effort.
  • the axis of rotation of the motor is assumed to be the central axis and the axis of symmetry.
  • the stator is arranged concentrically with the axis of rotation and the rotor.
  • the axis of rotation defines a longitudinal axis of the stator and the
  • Spoken radial direction which specifies the distance from the longitudinal axis, and a circumferential direction that is tangential to a certain in
  • stator for a brushless DC motor having a stator core with a plurality of stacked stator laminations, each having an annular surface and a plurality of stator teeth, the stator teeth are evenly spaced in the circumferential direction around a longitudinal axis of the stator and each have a tooth root and have a tooth head, wherein energizable windings for forming coils are arranged on the tooth roots of the stator core, and wherein the stator core is formed from three different types of stator laminations, some of which have corresponding openings that cooperate to form a plurality of cooling channels, each the cooling channels extend substantially parallel to the longitudinal axis from one end of the stator core to another end of the stator core.
  • the cooling channels allow efficient cooling of the stator with a simple structure of the stator package.
  • the cooling channels are preferably of a liquid one Coolant can flow through.
  • the cooling channels are preferably designed in such a way that they have a sufficient pressure at a pressure of approximately 2 bar
  • Two types of stator laminations preferably have openings in the area of the tooth root.
  • the coolant can thus be guided particularly close to the place where heat is generated.
  • the annular surfaces of the stator laminations preferably form a basic stator body.
  • the cooling channels are each branched off several times from a main channel running parallel to the longitudinal axis in the stator base body into a side channel, the side channel protruding perpendicularly from the main channel into a single tooth root and leading back to the main channel via a deflection.
  • the coolant is guided in a targeted manner via the side channels.
  • partial areas of a side channel connected via the deflection are arranged at a distance from one another in the longitudinal direction and extend parallel to one another, the partial areas each being formed by at least two stator laminations which are of the same type. Since both subregions are formed by the same type of stator lamination, the number of types of stator lamination can be kept to a minimum.
  • stator lamination preferably forms the deflection.
  • Each deflection is preferably formed by a single stator lamination.
  • the last type of stator lamination preferably forms the main channel.
  • the stator laminations forming the partial areas preferably also have an opening in the area of the main channel, so that they also form part of the main channel.
  • each stator tooth has a single cooling channel.
  • the cooling guidance is thus symmetrical and each stator tooth has the same cooling conditions.
  • each cooling channel has a mirror plane in which the longitudinal axis of the stator core lies and which is identical to a mirror plane of the corresponding stator tooth.
  • the openings of the stator laminations preferably point tangentially to
  • stator teeth of the stator can be formed on the outside or inside of the stator base body, depending on the area of application.
  • all of the stator laminations have the same thickness (length in the longitudinal direction).
  • a brushless direct current motor is provided with a rotor which is mounted rotatably about the longitudinal axis and with a stator described above.
  • the cooling system can have an external pump.
  • the pump generates a volume flow that is used to cool the stator teeth.
  • the coolant is preferably first guided through the cooling channels in the stator and then sprayed onto the outside of the stator teeth.
  • the cooling system can also be designed with an internal pump in the DC motor.
  • the required pressure is preferably generated on the rotor shaft by means of a centrifugal pump.
  • the cooling liquid is preferably an oil or an inert fluid, it being possible for the inert fluid to be, for example, nitrogen, argon, helium or carbon dioxide in the fluid state, which is preferably designed for direct cooling of electronic components.
  • the brushless direct current motor can be used in pumps, for example, provided the pump medium does not have any corrosive effect on the stator. Suitable would be e.g. B. gear oils or other fluids
  • Hydrocarbon base Use in traction motors is also advantageous.
  • Fig. 1 a plan view of a stator core of an internal rotor
  • FIG. 2 a longitudinal section through the stator core of FIG. 1 along the
  • FIG. 3 a detailed view of the longitudinal section of FIG. 2, as well as
  • FIG. 4 Top views of a portion of the areas numbered in FIG. 3
  • FIG. 1 shows a stator core 1 of a stator of an internal rotor electric motor.
  • the stator core 1 extends coaxially to a longitudinal axis 100.
  • the stator core 1 is formed from a multiplicity of stator laminations 2, which are stacked one above the other in the direction of the longitudinal axis 100.
  • Each sheet 2 has an annular surface 3 which, in the assembled state of the stator core 1, forms a stator base body 4.
  • stator teeth 5 On the inside of the stator base body 4, stator teeth 5 which are uniformly spaced apart in the circumferential direction about the longitudinal axis 100 and which are located in FIG
  • the stator teeth 5 are formed in the metal sheets 2 in one piece with the annular surface 3.
  • the stator teeth 5 each have a tooth base 6 and a tooth tip 7.
  • the tooth base 6 extends from the stator base body 4 or the annular surface 3 in the radial direction and merges into the tooth tip 7.
  • the tooth head 7 has a greater width in
  • Coils (not shown) are at least partially wound onto the tooth roots 6 of the stator teeth 5.
  • the tooth tips 7 define and secure the position of the windings on the stator teeth 5.
  • the stator is fixedly mounted within a housing of the electric motor and is set up to generate a time-varying magnetic field by means of the coils.
  • a magnetized rotor (not shown) is mounted in the central opening of the stator core 1. It is designed to be rotated by interaction with the time-varying magnetic field generated by the coils.
  • the stator core 1 has cooling channels 8 through which a cooling medium flows along the arrows for the removal of heat.
  • the main flow direction of the cooling channels 8 is parallel to the longitudinal axis.
  • Each cooling channel 8 comprises a main channel 9, which extends parallel to the longitudinal axis 100, and side channels 10.
  • the main channels 9 are arranged in the stator base body 4. They are evenly spaced in the circumferential direction and are arranged at the level of each stator tooth 5.
  • the main channels 9 are not designed to be continuous in the longitudinal direction 100. You wise
  • the side channels 10 connect the individual sections of each main channel 9. They run around a web 11.
  • the side channels 10 thus have a deflection which is approximately U-shaped. In terms of production engineering, it is preferred if the angles of the deflection are approximately rectangular.
  • the coolant thus flows back and forth along the longitudinal axis 100 and at regular intervals in the radial direction.
  • the channel cross section or flow cross section of the sections running parallel to the longitudinal axis 100 is constant.
  • the channel sections running perpendicular thereto also have a constant one
  • FIGS. 3 and 4 show three different types of stator laminations 2 which, when assembled, form the cooling channels 8 in the stator assembly.
  • a first type of stator laminations 12 has a first, rectangular, approximately square opening 13 which lies in the annular surface 3.
  • the first opening 13 has a mirror plane that is preferably identical to one
  • the mirror plane 50 of the tooth 5 is.
  • the first type of stator laminations 12 forms the main channel 9.
  • a second type of stator laminations 14 has a second, rectangular, in
  • the second opening 15 extends from the annular surface 3 along the tooth root 6.
  • the mirror plane of the second opening 14 is preferably identical to that
  • the second opening 14 is designed such that in the assembled state of the stator laminations to form a stator packet, the first opening 14 with the second opening 13 at its end near the ring surface is aligned and the openings thus partially correspond.
  • the second type of stator laminations 14 forms the side channel 10.
  • the third type of stator laminations 16 has a third, rectangular, approximately square opening 17 in the area of the tooth root 6.
  • the third opening 17 has a mirror plane which is preferably identical to the mirror plane 50 of the tooth 5.
  • the third type of stator laminations 16 forms the deflection of the side channel 10.
  • the third opening 17 is designed such that in the assembled state of the stator laminations 2 to form a stator core, the third opening 17 is aligned with the second opening 15 at its end near the tooth tip.
  • stator lamination of the first type 12 In the assembled state of the stator core, only a single stator lamination of the first type 12 is used as the start and end lamination per section. A plurality of stator laminations of the second type 14 are arranged in between, in the middle of which a single stator laminate of the third type 16 is received.
  • the assembled stator package has several
  • stator core is manufactured
  • the cooling channels 8 have a large area for efficient heat dissipation. It has also been shown that they ensure an even distribution of the magnetic flux. In addition, the channel geometry allows a high flow rate while at the same time being acceptable
  • the cooling medium is a liquid which, to avoid corrosion, is preferably an oil or an inert fluid, wherein the inert fluid can be, for example, nitrogen, argon, helium or carbon dioxide in the fluid state, which is preferably designed for direct cooling of electronic components.
  • the inert fluid can be, for example, nitrogen, argon, helium or carbon dioxide in the fluid state, which is preferably designed for direct cooling of electronic components.
  • stator shown in the figures is part of an internal rotor electric motor. However, it can also be provided that the stator is an inner stator which is circumferentially surrounded by an outer rotor. In such a
  • the teeth of the stator core are radially outward, away from the longitudinal axis of the stator.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator für einen bürstenlosen Gleichstrommotor aufweisend einen Statorkern (1) mit einer Vielzahl an gestapelten Statorblechen (2), die jeweils eine Ringfläche (3) und eine Vielzahl an Statorzähnen (5) aufweisen, wobei die Statorzähne (5) in Umfangsrichtung um eine Längsachse des Stators (100) gleichmäßig beabstandet angeordnet sind und jeweils einen Zahnfuß (6) und einen Zahnkopf (7) aufweisen, wobei auf den Zahnfüssen (6) des Statorkerns (1) bestrombare Wicklungen zur Ausbildung von Spulen angeordnet sind, und wobei der Statorkern (1) aus drei unterschiedlichen Arten von Statorblechen (12,14,16) gebildet ist, die teilweise korrespondierende Öffnungen (13,15,17) aufweisen, die zur Ausbildung von einer Vielzahl an Kühlkanälen (8) zusammenwirkenden, wobei jeder der Kühlkanäle (8) sich im Wesentlichen parallel zu der Längsachse (100) von einem Ende des Statorkerns (1) zu einem anderen Ende des Statorkerns (1) erstreckt.

Description

Stator mit flüssigkeitsgekühlten Statorkern
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1 und einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12.
Bürstenlose Gleichstrommotoren umfassen einen Rotor, der mit einer
Motorwelle verbunden ist und in einem Gehäuse drehbar gelagert ist. Der Rotor ist mit Permanentmagneten versehen. Um den Motor herum ist ein Stator angeordnet, der auf einem Eisenkern eine Anzahl von Wicklungen trägt. Bei geeigneter Ansteuerung erzeugen die Wicklungen ein Magnetfeld, das den Rotor zur Rotation antreibt. Der Statorkern ist aus wenigstens einem
Blechpaket, aufweisend eine Vielzahl an Statorblechen, gebildet.
Elektromotoren mit hoher spezifischer Leistung sind durch ihre
Eigenerwärmung in der Leistungsabgabe begrenzt. Die Verlustwärme im
Stator entsteht speziell durch den Ohm'schen Widerstand der Wicklung. Die Verlustwärme wird über den Eisenkern abtransportiert. Die maximale
Wärmeableitung ist jedoch durch die begrenzte Wärmeleitfähigkeit des
Statorblech- Pakets und dem teilweisen großen Abstand zwischen dem Ort der Wärmeentstehung und dem Eisenkern begrenzt.
Aus dem Stand der Technik sind im Statorblech-Paket integrierte Kühlungen bekannt, bei denen in Bohrungen der Statorbleche Rohre eingeführt werden, die dann von Kühlmittel durchströmt werden und ein abgeschlossenes
Kühlsystem bilden. Ein solches Kühlsystem ist beispielsweise in der Schrift DE 197 57 605 Al offenbart. Um eine Verbindung zu den Blechen herzustellen, werden die Rohre meist eingepresst oder eingeklebt. In jedem Fall verbleiben Fugen, die durch den geringen Leitwert einen erhöhten Wärmewiderstand darstellen. Zudem wird für die Integration der Rohre ein erhöhter
Blechquerschnitt benötigt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stator so weiterzubilden, dass dieser effizient und mit wenig Aufwand gekühlt werden kann.
Diese Aufgabe wird von einem Stator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem bürstenlosen Gleichstrommotor mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Zum Zweck der geometrischen Beschreibung des Elektromotors wird die Drehachse des Motors als Mittelachse und Symmetrieachse angenommen. Der Stator ist konzentrisch mit der Drehachse und dem Rotor angeordnet. Die Drehachse definiert gleichzeitig eine Längsachse des Stators und des
Statorkerns. Außerdem wird bezüglich der Längsachse von einer
Radialrichtung gesprochen, die den Abstand von der Längsachse angibt, sowie von einer Umfangsrichtung, die tangential zu einem bestimmten in
Radialrichtung angeordneten Radius ausgezeichnet ist.
Es ist ein Stator für einen bürstenlosen Gleichstrommotor aufweisend einen Statorkern mit einer Vielzahl an gestapelten Statorblechen, die jeweils eine Ringfläche und eine Vielzahl an Statorzähnen aufweisen, vorgesehen, wobei die Statorzähne in Umfangsrichtung um eine Längsachse des Stators gleichmäßig beabstandet angeordnet sind und jeweils einen Zahnfuß und einen Zahnkopf aufweisen, wobei auf den Zahnfüssen des Statorkerns bestrombare Wicklungen zur Ausbildung von Spulen angeordnet sind, und wobei der Statorkern aus drei unterschiedlichen Arten von Statorblechen gebildet ist, die teilweise korrespondierende Öffnungen aufweisen, die zur Ausbildung von einer Vielzahl an Kühlkanälen zusammenwirkenden, wobei jeder der Kühlkanäle sich im Wesentlichen parallel zu der Längsachse von einem Ende des Statorkerns zu einem anderen Ende des Statorkerns erstreckt.
Die Kühlkanäle erlauben eine effiziente Kühlung des Stators bei einfachem Aufbau des Statorpaketes. Die Kühlkanäle sind bevorzugt von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbar. Die Kühlkanäle sind bevorzugt derart ausgelegt, dass sie bei einem Druck von etwa 2 bar einen ausreichenden
Kühlvolumenstrom passieren lassen.
Vorzugsweise weisen zwei Arten der Statorbleche Öffnungen im Bereich des Zahnfußes auf. Das Kühlmittel kann somit besonders nah an den Ort der Wärmeentwicklung geführt werden.
Bevorzugt bilden die Ringflächen der Statorbleche einen Statorgrundkörper aus. Die Kühlkanäle sind jeweils von einem in dem Statorgrundkörper parallel zur Längsachse verlaufenden Hauptkanal mehrfach in einen Seitenkanal abgezweigt, wobei der Seitenkanal jeweils senkrecht von dem Hauptkanal in einen einzelnen Zahnfuß hineinragt und über eine Umlenkung zurück zum Hauptkanal führend ausgebildet ist. Über die Seitenkanäle erfolgt eine gezielte Führung des Kühlmittels.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn über die Umlekung verbundenen Teilbereiche eines Seitenkanals in Längsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken, wobei die Teilbereiche jeweils durch wenigstens zwei Statorbleche gebildet sind, die von derselben Art sind. Da beide Teilbereiche durch die gleiche Art von Statorblech gebildet sind, kann die Anzahl an Statorblecharten minimal gehalten werden.
Eine weitere Art von Statorblech bildet bevorzugt die Umlenkung aus.
Bevorzugt wird eine jede Umlenkung von einem einzelnen Statorblech gebildet. Die letzte Art von Statorblech bildet vorzugsweise den Hauptkanal aus. Die die Teilbereiche bildenden Statorbleche weisen bevorzugt ebenfalls im Bereich des Hauptkanals eine Öffnung auf, so dass diese ebenfalls einen Teil des Hauptkanals ausbilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist jeder Statorzahn einen einzelnen Kühlkanal auf. Die Kühlführung ist somit symmetrisch und jeder Statorzahn weist die gleichen Kühlbedingungen auf.
Es ist vorteilhaft, wenn ein jeder Kühlkanal eine Spiegelebene aufweist, in der die Längsachse des Statorkerns liegt und die identisch mit einer Spiegelebene des entsprechenden Statorzahns ist. Diese Ausführung erlaubt eine
gleichmäßige Kühlung eines jeden Zahnes.
Vorzugsweise weisen die Öffnungen der Statorbleche tangential zur
Längsachse dieselbe Breite auf.
Die Statorzähne des Stators können je nach Anwendungsbereich auf der Außenseite oder Innenseite des Statorgrundkörpers ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen alle Statorbleche die gleiche Dicke (Länge in Längsrichtung) auf.
Weiterhin ist ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Rotor, der um die Längsachse drehbar gelagert ist und mit einem zuvor beschriebenen Stator vorgesehen. Das Kühlsystem kann eine externe Pumpe aufweisen. Die Pumpe erzeugt dabei einen Volumenstrom der zur Kühlung der Statorzähne verwendet wird. Das Kühlmittel wird dabei bevorzugt zunächst durch die Kühlkanäle im Stator geführt und dann auf die Außenseite der Statorzähne gespritzt. Das Kühlsystem kann aber auch mit einer internen Pumpe im Gleichstrommotor ausgebildet sein. Bevorzugt wird dabei der benötigte Druck mittels einer Kreiselpumpe an der Rotorwelle erzeugt.
Die Kühlflüssigkeit ist zur Vermeidung von Korrosion bevorzugt ein Öl oder ein Inertfluid, wobei das Inertfluid zum Beispiel Stickstoff, Argon, Helium oder Kohlendioxid im fluiden Zustand sein kann, das bevorzugt zur Direktkühlung von elektronischen Komponenten ausgebildet ist.
Der bürstenlose Gleichstrommotor kann beispielsweise in Pumpen eingesetzt werden, sofern das Pumpmedium keine korrosive Wirkung auf den Stator ausübt. Geeignet wären z. B. Getriebeöle oder andere Fluide auf
Kohlenwasserstoff Basis. Eine Anwendung in Traktionsmotoren ist ebenfalls vorteilhaft.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es
zeigen : Fig. 1 : eine Draufsicht auf einen Statorkern eines Innenläufer-
Elektromotors,
Fig. 2: einen Längsschnitt durch den Statorkern der Fig. 1 entlang der
Linie A-A,
Fig. 3: eine Detailansicht des Längsschnitts der Fig. 2, sowie
Fig. 4: Draufsichten auf einen Teilbereich der in Fig. 3 nummerierten
Statorbleche.
In der Figur 1 ist ein Statorkern 1 eines Stators eines Innenläufer- Elektromotors dargestellt. Der Statorkern 1 erstreckt sich koaxial zu einer Längsachse 100. Der Statorkern 1 ist aus einer Vielzahl an Statorblechen 2 gebildet, die in Richtung der Längsachse 100 übereinander gestapelt sind. Jedes Blech 2 weist eine Ringfläche 3 auf, die im zusammengesetzten Zustand des Statorpaketes 1 einen Statorgrundkörper 4 ausbildet. Auf der Innenseite des Statorgrundkörpers 4 sind in Umfangsrichtung um die Längsachse 100 gleichmäßig beabstandete Statorzähne 5 angeordnet, die sich in
Radialrichtung, nach innen erstrecken. Die Statorzähne 5 sind in den Blechen 2 einteilig mit der Ringfläche 3 ausgebildet. Die Statorzähne 5 weisen jeweils einen Zahnfuß 6 und einen Zahnkopf 7 auf. Der Zahnfuß 6 erstreckt sich von dem Statorgrundkörper 4 bzw. der Ringfläche 3 aus in Radialrichtung und geht in den Zahnkopf 7 über. Der Zahnkopf 7 weist eine größere Breite in
Umfangsrichtung als der Zahnfuß 6 auf. Auf die Zahnfüsse 6 der Statorzähne 5 werden zumindest teilweise nicht dargestellte Spulen gewickelt. Die Zahnköpfe 7 definieren und sichern die Lage der Wicklungen auf den Statorzähnen 5. Der Stator wird fest innerhalb eines Gehäuses des Elektromotors montiert und ist dazu eingerichtet, ein zeitveränderliches Magnetfeld mittels der Spulen zu erzeugen. Ein nicht dargestellter magnetisierter Rotor wird dabei in der zentralen Öffnung des Statorkerns 1 montiert. Er ist dazu eingerichtet, durch eine Wechselwirkung mit dem von den Spulen erzeugten zeitveränderlichen Magnetfeld gedreht zu werden.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, weist der Statorkern 1 Kühlkanäle 8 auf, durch die entlang der Pfeile ein Kühlmedium zum Abtransport von Wärme fließt. Die Hauptflussrichtung der Kühlkanäle 8 ist parallel zur Längsachse. Ein jeder Kühlkanal 8 umfasst einen Hauptkanal 9, der sich parallel zur Längsachse 100 erstreckt und Seitenkanäle 10. Die Hauptkanäle 9 sind im Statorgrundkörper 4 angeordnet. Sie sind in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet und auf Höhe eines jeden Statorzahnes 5 angeordnet. Die Hauptkanäle 9 sind in Längsrichtung 100 nicht durchgängig ausgestaltet. Sie weisen
Unterbrechungen auf, die von in den Hauptkanal 9 in Radialrichtung nach Innen ragenden Stegen 11 gebildet werden. Die Seitenkanäle 10 verbinden die einzelnen Abschnitte eines jeden Hauptkanals 9. Sie verlaufen um einen Steg 11 herum. Die Seitenkanäle 10 weisen somit eine Umlenkung auf, die etwa u- förmig ausgebildet ist. Dabei ist es fertigungstechnisch bevorzugt, wenn die Winkel der Umlenkung etwa rechteckig sind. Das Kühlmittel strömt somit entlang der Längsachse 100 und in gleichmäßigen Abständen in Radialrichtung hin und her. Der Kanalquerschnitt bzw. Strömungsquerschnitt der parallel zur Längsachse 100 verlaufenden Abschnitte ist dabei konstant. Die senkrecht dazu verlaufenden Kanalabschnitte weisen einen ebenfalls konstanten
Strömungsquerschnitt auf.
Die Figuren 3 und 4 zeigen drei verschiedene Arten von Statorblechen 2, die zusammengesetzt im Statorpaket die Kühlkanäle 8 ausbilden.
Eine erste Art von Statorblechen 12 weist eine erste, rechteckige, etwa quadratische Öffnung 13 auf, die in der Ringfläche 3 liegt. Die erste Öffnung 13 weist eine Spiegelebene auf, die bevorzugt identisch mit einer
Spiegelebene 50 des Zahns 5 ist. Die erste Art von Statorblechen 12 bildet den Hauptkanal 9 aus.
Eine zweite Art von Statorblechen 14 weist eine zweite, rechteckige, in
Radialrichtung ausgerichtete längsgezogene Öffnung 15 auf. Die zweite Öffnung 15 erstreckt sich von der Ringfläche 3 entlang des Zahnfußes 6. Die Spiegelebene der zweiten Öffnung 14 ist bevorzugt identisch mit der
Spiegelebene 50 des Zahns 5. Die zweite Öffnung 14 ist so ausgebildet, dass im zusammengesetzten Zustand der Statorbleche zu einem Statorpaket, die erste Öffnung 14 mit der zweiten Öffnung 13 an ihrem ringflächennahen Ende fluchtet und die Öffnungen somit teilweise korrespondieren. Die zweite Art von Statorblechen 14 bildet den Seitenkanal 10 aus.
Die dritte Art von Statorblechen 16 weist eine dritte, rechteckige, etwa quadratische Öffnung 17 im Bereich des Zahnfußes 6 auf. Die dritte Öffnung 17 weist eine Spiegelebene auf, die bevorzugt identisch mit der Spiegelebene 50 des Zahns 5 ist. Die dritte Art von Statorblechen 16 bildet die Umlenkung des Seitenkanals 10 aus. Die dritte Öffnung 17 ist so ausgebildet, dass im zusammengesetzten Zustand der Statorbleche 2 zu einem Statorpaket, die dritte Öffnung 17 mit der zweiten Öffnung 15 an ihrem zahnkopfnahen Ende fluchtet.
Im zusammengesetzten Zustand des Statorpakets, wird pro Abschnitt jeweils nur ein einziges Statorblech der ersten Art 12 als Anfangs- und Endblech verwendet. Dazwischen werden mehrere Statorbleche der zweiten Art 14 angeordnet, in deren Mitte ein einziges Statorblech der dritten Art 16 aufgenommen sind. Das zusammengesetzte Statorpaket weist mehrere
Abschnitte auf. Die Reihenfolge bzw. Anordnung der Statorbleche wiederholt sich dann entsprechend. Die Öffnungen in den Statorblechen 13,15,17 bilden Kühlmittelkanäle 8 aus. Da nur drei verschiedene Arten von Statorblechen 12,14,16 zum Einsatz kommen, ist die Herstellung des Statorkerns
kostengünstig.
Die Kühlkanäle 8 weisen eine große Fläche für eine effiziente Wärmeabfuhr auf. Zudem hat sich gezeigt, dass sie eine gleichmäßige Verteilung des magnetischen Flusses gewährleisten. Zudem erlaubt die Kanalgeometrie eine hohe Strömungsgeschwindigkeit, bei gleichzeitig akzeptablen
Strömungsverlusten hinsichtlich Volumenstrom und Druckverlust.
Das Kühlmedium ist eine Flüssigkeit, die zur Vermeidung von Korrosion bevorzugt ein Öl oder ein Inertfluid ist, wobei das Inertfluid zum Beispiel Stickstoff, Argon, Helium oder Kohlendioxid im fluiden Zustand sein kann, das bevorzugt zur Direktkühlung von elektronischen Komponenten ausgebildet ist.
Der in den Figuren dargestellte Stator ist Teil eines Innenläufer-Elektromotors. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Stator ein Innenstator ist, der von einem Außenrotor umfangseitig umgeben ist. In einer solchen
Ausführungsform stehen die Zähne des Statorkerns radial auswärts, von der Längsachse des Stators weg.

Claims

Patentansprüche
1. Stator für einen bürstenlosen Gleichstrommotor aufweisend einen
Statorkern (1) mit einer Vielzahl an gestapelten Statorblechen (2), die jeweils eine Ringfläche (3) und eine Vielzahl an Statorzähnen (5) aufweisen, wobei die Statorzähne (5) in Umfangsrichtung um eine Längsachse des Stators (100) gleichmäßig beabstandet angeordnet sind und jeweils einen Zahnfuß (6) und einen Zahnkopf (7) aufweisen, wobei auf den Zahnfüssen (6) des Statorkerns (1) bestrombare Wicklungen zur Ausbildung von Spulen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkern (1) aus drei unterschiedlichen Arten von
Statorblechen (12,14,16) gebildet ist, die teilweise korrespondierende Öffnungen (13,15,17) aufweisen, die zur Ausbildung von einer Vielzahl an Kühlkanälen (8) zusammenwirkenden, wobei jeder der Kühlkanäle (8) sich im Wesentlichen parallel zu der Längsachse (100) von einem Ende des Statorkerns (1) zu einem anderen Ende des Statorkerns (1) erstreckt.
2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei Arten der Statorbleche (14,16) die Öffnungen (15,17) im Bereich des
Zahnfußes (6) liegen.
3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringflächen (3) der Statorbleche (2) einen Statorgrundkörper (4) ausbilden und die Kühlkanäle (8) jeweils von einem in dem
Statorgrundkörper (4) parallel zur Längsachse (100) verlaufenden Hauptkanal (9) mehrfach in Seitenkanäle (10) abzweigen, wobei ein Seitenkanal (10) jeweils senkrecht von dem Hauptkanal (9) in einen einzelnen Zahnfuß (6) hineinragend und über eine Umlenkung zurück zum Hauptkanal (9) führend ausgebildet ist.
4. Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Umlekung verbundenen Teilbereiche eines Seitenkanals (10) in
Längsrichtung (100) zu einander beabstandet angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken, wobei die Teilbereiche jeweils durch wenigstens zwei Statorbleche (14) gebildet sind, die von derselben Art sind.
5. Stator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Art von Statorblech (16) die Umlenkung ausbildet.
6. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Art von Statorblech (12) den Hauptkanal (10) ausbildet.
7. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass jeder Kühlkanal eine Vielzahl an Umlenkungen aufweist, die in Längsrichtung gleichmäßig beabstandet sind.
8. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Umlenkung durch ein einziges Statorblech gebildet ist.
9. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass jeder Statorzahn (5) einen einzelnen Kühlkanal (8) aufweist.
10. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein jeder Kühlkanal (8) eine Spiegelebene (50) aufweist, in der die Längsachse (100) des Statorkerns (1) liegt und die identisch mit einer Spiegelebene (50) des entsprechenden Statorzahns (5) ist.
11. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Öffnungen (13,15,17) der drei Arten von Statorblechen (12,14,16) tangential zur Längsachse (100) dieselbe Breite aufweisen.
12. Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Rotor, der um die Längsachse (100) drehbar gelagert ist und mit einem Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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