Titel

Stator einer elektrischen Maschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Stator nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon ein Stator einer elektrischen Maschine aus der DE102020126408 Al und der DE102020119110 Al bekannt, mit einer Statorachse und einem Statorblechpaket, an dem Statorzähne und zwischen den Statorzähnen liegende Statornuten ausgebildet sind und das eine Vielzahl von Blechlamellen umfasst, wobei in den Statornuten jeweils ein einziger Leiter oder ein mehrere Leiter umfassendes Leiterbündel, insbesondere ein Stapel von Flachdrahtleitern, zur Bildung einer elektrischen Statorwicklung vorgesehen ist, wobei zwischen Flanken der jeweiligen Statornut und dem in der Statornut angeordneten Leiter bzw. Leiterbündel Nutspalte gebildet sind, die in der jeweiligen Statornut einen sich in axialer Richtung bezüglich der Statorachse erstreckenden Nutspaltkanal bilden, der entlang eines Nut- Kühlpfads von einem Kühlmedium, insbesondere Öl, durchströmbar ist, wobei sich die Statornuten in radialer Richtung bezüglich der Statorachse jeweils zwischen einem Nutgrund und einem Nutschlitz erstrecken, wobei die Nutschlitze der Statornuten durch einen als Statordichthülse ausgebildeten Nutverschluss verschlossen sind, wobei die Statordichthülse auf einer dem Statorblechpaket zugewandten Außenseite Radialvorsprünge aufweist, die in radialer Richtung in die Nutschlitze hineinreichen und sich in axialer Richtung erstrecken. Die Statordichthülse weist Versteifungsrippen zum Aufpressen der Statordichthülse auf den Innendurchmesser des Stators auf. Die Versteifungsrippen sind in axialer Richtung durchgehend ausgebildet.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Stator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Statordichthülse zur Einstellung eines mäanderförmigen Nut- Kühl pfades beiträgt und aufgrund der verbesserten Strömungsführung die Kühlung des Stators verbessert. Insbesondere wird das Leiterbündel im jeweiligen Nutspaltkanal entlang des Kühlpfades gleichmäßiger gekühlt.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Radialvorsprünge der Statordichthülse Nutschlitz-Versperrungen sind, die den jeweiligen Nutschlitz abschnittsweise für den Nut-Kühlpfad versperren oder verengen und an der Statordichthülse pro Nutschlitz des Stators mehrere in axialer Richtung bezüglich der Statorachse voneinander beabstandete Nutschlitz-Versperrungen ausgebildet sind, die insbesondere bis an den Leiter bzw. das Leiterbündel reichen, zwischen benachbarten der Nutschlitz-Versperrungen desselben Nutschlitzes jeweils ein Nutschlitz-Durchlass für eine Umlenkung des Nut- Kühlpfades gebildet ist die Nutschlitz-Versperrungen der Statordichthülse sickenförmig ausgebildet sind.

Die sickenförmigen Nutschlitz-Versperrungen ermöglichen eine kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Statordichthülse.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Stators einer elektrischen Maschine möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung können die Nutschlitz-Durchlässe der Statordichthülse als Sicken-Unterbrechung oder als Sicke mit verminderter Sickenhöhe ausgebildet sein.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Statordichthülse pro Nutschlitz ein Versperrungs- Muster umfassend zumindest eine Nutschlitz-Versperrung und zumindest einen Nutschlitz-Durchlass aufweist, wobei für einen ersten Satz von Nutschlitzen ein erstes Versperrungs- Muster und für einen zweiten Satz von Nutschlitzen ein zweites Versperrungs- Muster vorgesehen ist, wobei das zweite Versperrungs- Muster an axialen Positionen, an denen das erste Versperrungs-Muster einen Nutschlitz- Durchlass aufweist, eine Nutschlitz-Versperrung hat, wobei die Nutschlitz- Versperrungen von beiden Versperrungs-Mustern in axialer Richtung gesehen insbesondere überlappen. Auf diese Weise sind die Bypässe in einem ersten Satz von Statornuten gegenüber einem zweiten Satz von Statornuten radial gegensätzlich angeordnet , so dass die mäanderförmigen Nut- Kühlpfade in dem ersten Satz von Statornuten gegenüber dem zweiten Satz von Statornuten radial gegensätzlich verlaufen. An axialen Positionen, an denen im ersten Satz von Statornuten ein Bypass im Nutgrund ausgebildet ist, ist also im zweiten Satz von Statornuten ein Bypass im Nutschlitz vorgesehen.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn in den Statornuten jeweils mehrere, in axialer Richtung bezüglich der Statorachse voneinander beabstandete Stützstellen zur Abstützung des in der jeweiligen Statornut liegenden Leiters bzw. Leiterbündels gebildet sind, wobei der jeweilige Nut-Kühlpfad an den Stützstellen zumindest verengt ist, wobei an den Stützstellen jeweils ein Bypass vorgesehen ist, um das Kühlmedium an der jeweiligen verengten Stützstelle vorbeizuleiten, wobei die Bypässe der jeweiligen Statornut zur Bildung eines mäanderförmigen Nut- Kühlpfads entlang der axialen Erstreckung der jeweiligen Statornut abwechselnd am Nutgrund oder im Nutschlitz ausgebildet sind, wobei der Bypass im Nutschlitz als Nutschlitz-Durchlass an der Statordichthülse vorgesehen ist. Auf diese Weise sind die Nutspaltkanäle durchgängig durchströmbar, wobei die im Nutschlitz liegenden Bypässe als Nutschlitz-Durchlass an der Statordichthülse ausgebildet sind. Zwischen den Stützstellen sind in den Nutschlitzen Nutschlitz-Versperrungen ausgebildet, um eine für die Kühlung nachteilige geradlinige Strömung durch den Nutschlitz zu vermeiden.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Stützstellen gebildet sind durch Verdrehen von jeweils zumindest zwei Blechlamellen des Statorblechpakets um einen bestimmten Verdrehwinkel um die Statorachse. Auf diese Weise können die Stützstellen besonders einfach hergestellt werden. Insbesondere erfordert diese Lösung keine Sonderlamellen im Statorblechpaket.

Auch vorteilhaft ist, wenn die Statordichthülse durch Umformen, insbesondere Warmumformen, fest mit dem Stator verbunden ist, insbesondere indem Material der Statordichthülse in die Nutschlitze hinein verdrängt ist. Auf diese Weise kann eine sehr dünne Statordichthülse erreicht werden, die den Luftspalt der elektrischen Maschine nur geringfügig vergrößert, so dass weiterhin eine hohe Leistung der elektrischen Maschine erzielt werden kann. Außerdem wird die Abdichtung der Nutschlitze durch die Materialverdrängung verbessert. Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die Statordichthülse aus einem Werkstoff hergestellt ist, der einen Thermoplast umfasst, insbesondere einen thermoplastischen Verbundwerkstoff, speziell insbesondere einen faserverstärkten Verbundwerkstoff. Auf diese Weise wird die Herstellung der Statordichthülse durch ein Warmumformen ermöglicht.

Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Statordichthülse aus einem umzuformenden Rohling hergestellt ist, wobei der Rohling ein Glattrohr, insbesondere eine extrudierte Hülse, ist, das mit Fügeluft an das Statorblechpaket montiert und nachträglich aufgeweitet ist. Alternativ kann der Rohling ein Flachmaterialstreifen sein, insbesondere aus einem Organoblech, der zur Erreichung der Hülsenform an luftspaltzugewandte Umfangsseiten der Statorzähne angeformt ist, insbesondere mit Überlappung der beiden Enden des Flachmaterialstreifens, und im Bereich der Nutschlitze in die Nutschlitze des Statorblechpakets hinein geformt ist, insbesondere durch Rollieren. Auf diese Weise wird eine kostengünstige Herstellung der Statordichthülse für eine Großserienfertigung erreicht.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ausbildung einer Statordichthülse an einem Stator einer elektrischen Maschine, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Bereitstellen eines fertigen Stators umfassend ein Statorblechpaket und eine Statorwicklung, b. Anordnen eines Rohlings zur Erzeugung einer Statordichthülse entlang von luftspaltzugewandten Umfangsseiten der Statorzähne des Statorblechpakets, c. Erzeugen der Statordichthülse durch Umformen, insbesondere Warmumformen, des Rohlings, insbesondere durch Rollieren oder Aufweiten, mittels zumindest eines Umformwerkzeuges derart, dass sich der Rohling an die luftspaltzugewandten Umfangsseiten der Statorzähne anlegt, insbesondere derart, dass Material des Rohlings in die Nutschlitze hinein verdrängt wird, d. Erzeugen von Sicken in der Statordichthülse zur Bildung der Nutschlitz- Versperrungen.

Das Verfahren hat den Vorteil, dass ein Einpressen der Statordichthülse entfällt. Die Statordichthülse muss dadurch keine hohe Steifigkeit zum Ermöglichen des Einpressens aufweisen. Stattdessen wird ein Rohling durch Umformen fest an den Stator angeformt.

Außerdem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator.

Zeichnung

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

Es zeigen:

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

Fig.2 einen Schnitt durch eine der Statornuten des Stators entlang einer Linie A-A in Fig.l,

Fig.3 einen Schnitt durch eine der Statornuten des Stators entlang einer Linie B-B in Fig.l,

Fig.4 einen Schnitt durch eine der Statornuten des Stators entlang einer Linie C-C in Fig.l und

Fig.5 eine Schnittansicht auf einen Innenumfang des Stators nach Fig.l mit der am Innenumfang anliegenden erfindungsgemäßen Statordichthülse.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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

Der Stator 1 der elektrischen Maschine 2 hat eine Statorachse 3 und umfasst ein Statorblechpaket 5, an dem Statorzähne 6 und zwischen den Statorzähnen 6 liegende Statornuten 7 ausgebildet sind und das eine Vielzahl von Blechlamellen 8 umfasst. In den Statornuten 7 ist jeweils ein einziger elektrischer Leiter 9 oder ein mehrere Leiter 9 umfassendes Leiterbündel 10, insbesondere ein Stapel von Flachdrahtleitern, zur Bildung einer elektrischen Statorwicklung 11 vorgesehen. Der einzelne elektrische Leiter 9 ist beispielsweise ein Lackdraht. Zwischen den Flanken 7f der jeweiligen Statornut 7 und dem in der Statornut 7 angeordneten Leiter 9 bzw. Leiterbündel 10 sind Nutspalte 12 gebildet, die in der jeweiligen Statornut 7 einen sich in axialer Richtung bezüglich der Statorachse 3 erstreckenden Nutspaltkanal 13 bilden, der entlang eines Nut-Kühlpfads 14 von einem Kühlmedium, insbesondere Öl, durchströmbar und insbesondere beidseitig des Leiters 9 bzw. Leiterbündels 10 ausgebildet ist. Die Statornuten 7 erstrecken sich in radialer Richtung bezüglich der Statorachse 3 jeweils zwischen einem Nutgrund 7g und einem Nutschlitz 7s. Die Nutschlitze 7s der Statornuten 7 sind durch einen hülsenförmigen Nutverschluss verschlossen, der an luftspaltzugewandten Umfangsseiten der Statorzähne 6 anliegt und im folgenden als Statordichthülse 15 bezeichnet wird. Die Statordichthülse 15 weist auf einer dem Statorblechpaket 5 zugewandten Außenseite Radialvorsprünge 16 auf, die in radialer Richtung in die Nutschlitze 7s hineinreichen und sich in axialer Richtung erstrecken.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Radialvorsprünge 16 der Statordichthülse 15 Nutschlitz-Versperrungen 16 sind, die den jeweiligen Nutschlitz 7s abschnittsweise für den Nut- Kühlpfad 14 versperren oder verengen, wobei an der Statordichthülse 15 pro Nutschlitz 7s des Stators 1 mehrere in axialer Richtung bezüglich der Statorachse 3 voneinander beabstandete Nutschlitz-Versperrungen 16 ausgebildet sind, die insbesondere bis an den Leiter 9 bzw. das Leiterbündel 10 reichen. Dabei ist zwischen benachbarten der Nutschlitz-Versperrungen 16 desselben Nutschlitzes 7s jeweils ein Nutschlitz-Durchlass 17 für eine Umlenkung des Nut- Kühlpfades 14 zurück in Richtung Nutgrund 7g gebildet. Die Nutschlitz-Versperrungen 16 der Statordichthülse 15 dienen also der Strömungsführung des Nut-Kühlpfads 14. Für den Nut-Kühlpfad 14 ist insbesondere ein mäanderförmiger Verlauf vorgesehen.

In den Statornuten 7 sind beispielsweise jeweils mehrere, in axialer Richtung bezüglich der Statorachse 3 voneinander beabstandete Stützstellen 18 zur Abstützung des in der jeweiligen Statornut 7 liegenden Leiters 9 bzw. Leiterbündels 10 gebildet. Der jeweilige Nut- Kühlpfad 14 ist an den Stützstellen 18 zumindest verengt. Daher ist an den Stützstellen 18 jeweils ein Bypass 19 vorgesehen, um das Kühlmedium an der jeweiligen verengten Stützstelle 18 vorbeizuleiten. Die Bypässe 19 der jeweiligen Statornut 7 sind zur Bildung des mäanderförmigen Nut- Kühlpfads 14 entlang der axialen Erstreckung der jeweiligen Statornut 7 abwechselnd am Nutgrund 7g oder im Nutschlitz 7s ausgebildet, wobei der Bypass 19 im Nutschlitz 7s als Nutschlitz- Durchlass 17 an der Statordichthülse 15 ausgeführt ist.

Die Bypässe 19 sind nach Fig.l beispielsweise von einer der Stützstellen 18 zur jeweils nächsten Stützstelle 18 abwechselnd am Nutgrund 7g oder im Nutschlitz 7s ausgebildet.

Die Stützstellen 18 können beispielsweise gebildet sein durch Verdrehen von jeweils zumindest zwei Blechlamellen 8 des Statorblechpakets 5 um einen bestimmten Verdrehwinkel um die Statorachse 3.

Die Statordichthülse 15 ragt in axialer Richtung mit Hülsen- Endabschnitten 15e über beide Stirnseiten des Statorblechpakets 5 hinaus, wobei die Wandstärke der Hülsen- Endabschnitte 15e beispielsweise größer ausgebildet ist als die minimale Wandstärke in einem Zwischenabschnitt der Statordichthülse 15 zwischen den Hülsen- Endabschnitten 15e.

Die elektrische Maschine 2 umfasst einen Statorraum 25 zur Anordnung und Kühlung des Stators 1 und ein Rotorraum 26 zur Anordnung eines Rotors 27 der elektrischen Maschine. Die Statordichthülse 15 ist zur Abdichtung des Rotorraums 26 gegenüber dem Statorraum 25 vorgesehen. Die elektrische Maschine 2 weist zwei Lagerschilde 28 zur Lagerung des Rotors 27 auf. Am jeweiligen Lagerschild 28 ist ein Ringkragen 29 befestigt oder einstückig ausgebildet. Zwischen dem Ringkragen 27 des jeweiligen Lagerschildes 28 und dem jeweiligen Hülsen- Endabschnitt 15e der Statordichthülse 15 ist eine Hülsen-Dichtung 30 vorgesehen.

An jeder Stirnseite des Stators 1 ist ein den jeweiligen Wickelkopf der Statorwicklung 11 aufnehmender Statorkühlraum 31 ausgebildet. Die Statornuten 7 sind ausgehend von einem der beiden Statorkü hl räume 31 bis in den anderen Statorkühlraum 31 entlang der Nut- Kühlpfade 14 durchströmbar.

Fig.2 zeigt einen Schnitt durch eine der Statornuten des Stators entlang einer Linie A-A in Fig.l.

Die Nutschlitz-Versperrungen 16 der Statordichthülse 15 sind erfindungsgemäß sickenförmig ausgebildet. Die sickenförmigen Nutschlitz-Durchlässe 17 der Statordichthülse 15 können beispielsweise als Sicken-Unterbrechung oder als Sicke mit verminderter Sickenhöhe ausgeführt sein. Die mehreren Sicken 16 pro Nutschlitz 7s sind im Gegensatz zu den Versteifungsrippen aus dem Stand der Technik jeweils in axialer Richtung kürzer ausgebildet als eine Paketlänge des Statorblechpakets 5.

Der Schnitt durch die Statornut 7 des Stators 1 entlang der Linie A-A ist ein Schnitt durch eine der Stützstellen 18. Der Bypass 19 zur Umgehung der Stützstelle 18 ist im Schnitt nach Fig.2 am Nutgrund 7g als Ausnehmung in der jeweiligen Blechlamelle 8 vorgesehen. Der am Nutgrund 7g liegende Bypass 19 kann beispielsweise im Nutgrund 7g oder in den Zahnflanken 7f am Fuße der Statorzähne 6 ausgebildet sein. Im Nutschlitz 7s des Schnittes nach Fig.2 ist eine sickenförmige Nutschlitz-Versperrung 16 vorgesehen. Stützstellen 18 mit einer Nutschlitz-Versperrung 16 haben also einen Bypass 19 im Nutgrund 7g.

Fig.3 zeigt einen Schnitt durch eine der Statornuten des Stators entlang einer Linie B-B in Fig.l.

Der Schnitt durch die Statornut 7 des Stators 1 entlang der Linie B-B liegt in axialer Richtung zwischen zwei Stützstellen 18. Daher ist sowohl am Nutgrund 7g als auch im Nutschlitz 7s kein Bypass 19 vorgesehen. Somit weist die Statordichthülse 15 im Schnitt nach Fig.3 eine sickenförmige Nutschlitz-Versperrung 16 auf.

Fig.4 zeigt einen Schnitt durch eine der Statornuten des Stators entlang einer Linie C-C in Fig.l.

Der Schnitt durch die Statornut 7 des Stators 1 entlang der Linie C-C ist ein Schnitt durch eine andere der Stützstellen 18. Der Bypass 19 zur Umgehung der Stützstelle 18 ist im Schnitt nach Fig.4 im Nutschlitz 7s vorgesehen, so dass die Statordichthülse 15 an dieser axialen Position einen Nutschlitz-Durchlass 17 aufweist. Am Nutgrund 7f ist kein Bypass 19 vorgesehen.

Fig.5 zeigt eine Schnittansicht auf einen Innenumfang des Stators nach Fig.l mit der am Innenumfang anliegenden erfindungsgemäßen Statordichthülse.

Die Statordichthülse 15 weist pro Nutschlitz 7s ein Versperrungs- Muster 20 umfassend zumindest eine Nutschlitz-Versperrung 16 und zumindest einen Nutschlitz-Durchlass 17 auf. Für einen ersten Satz 21 von Nutschlitzen 7s des Statorblechpakets 5 ist ein erstes Versperrungs- Muster 20.1 und für einen zweiten Satz 22 von Nutschlitzen 7s ein zweites Versperrungs- Muster 20.2 vorgesehen, wobei das zweite Versperrungs- Muster 20.2 an axialen Positionen, an denen das erste Versperrungs- Muster 20.1 einen Nutschlitz-Durchlass 17 aufweist, eine Nutschlitz-Versperrung 16 hat. Die Nutschlitz- Versperrungen 16 von beiden Versperrungs- Mustern 20.1,20.2 können in axialer Richtung gesehen beispielsweise überlappen. Der erste Satz 21 von Nutschlitzen 7s und der zweite Satz 22 von Nutschlitzen 7s umfassen eine gleiche Anzahl von Nutschlitzen 7s.

Die Statordichthülse 15 ist erfindungsgemäß durch Umformen, insbesondere Warmumformen, hergestellt und dadurch mit dem Statorblechpaket 5 fest verbunden, beispielsweise zerstörungsfrei unlösbar verbunden, insbesondere indem Material der Statordichthülse 15 nach Fig.4 in die Nutschlitze 7s hinein verdrängt ist. Dabei entstehen in den Nutschlitzen 7s rippenförmige Wandstärkenverdickungen 32.

Die Statordichthülse 15 ist beispielsweise aus einem Werkstoff hergestellt, der einen Thermoplast umfasst, insbesondere einen thermoplastischen Verbundwerkstoff, speziell insbesondere einen faserverstärkten Verbundwerkstoff.

Die Statordichthülse 15 wird aus einem umzuformenden Rohling hergestellt, der nach einer beispielhaften ersten Variante ein Glattrohr sein kann, das mit Fügeluft an das Statorblechpaket 5 montiert und nachträglich aufgeweitet ist. Das Glattrohr kann beispielsweise ein extrudiertes Rohr bzw. eine extrudierte Hülse sein. Der Rohling kann nach einer beispielhaften zweiten Variante ein Flachmaterialstreifen sein, der zur Erreichung der Hülsenform an luftspaltzugewandte Umfangsseiten der Statorzähne 6 angeformt ist, insbesondere mit Überlappung der beiden Enden des Flachmaterialstreifens, und der im Bereich der Nutschlitze 7s in die Nutschlitze 7s des Statorblechpakets 5 hinein geformt ist, insbesondere durch Rollieren. Der Flachmaterialstreifen kann beispielsweise ein sogenanntes Organoblech sein.

Zur Ausbildung der Statordichthülse 15 an dem Stator 1 sind die folgenden Schritte vorgesehen:

In einem ersten Schritt wird ein fertiger Stator umfassend ein Statorblechpaket 5 und eine im Statorblechpaket 5 angeordnete Statorwicklung 11 bereitgestellt. In einem nachfolgenden zweiten Schritt wird der Rohling zur Erzeugung der Statordichthülse 15 entlang von luftspaltzugewandten Umfangsseiten der Statorzähne 6 des Statorblechpakets 5 angeordnet.

In einem weiteren dritten Schritt wird der Rohling umgeformt, insbesondere warmumgeformt, beispielsweise durch Rollieren eines Flachmaterialstreifens oder Aufweiten eines Glattrohres. Das Umformen erfolgt mittels zumindest eines Umformwerkzeuges derart, dass sich der Rohling an die luftspaltzugewandten Umfangsseiten der Statorzähne 6 anlegt, insbesondere derart, dass Material des Rohlings nach Fig.4 in die Nutschlitze 7s hinein verdrängt wird. Dabei entstehen in den Nutschlitzen 7s rippenförmige Wandstärkenverdickungen 32. Außerdem erfolgt das Erzeugen von Sicken in der Statordichthülse 15 zur Bildung der Nutschlitz- Versperrungen 16, wobei die Sicken in einem separaten Schritt oder bereits beim zuvor beschriebenen Umformen des Rohlings erzeugt werden können. Bei dem Sicken werden am Umfang der Statordichthülse 15 Einbuchtungen erzeugt, wie in Fig.2 und Fig.3 ersichtlich.

Zum Warmumformen kann das Umformwerkzeug und/oder der Rohling vor dem Umformen aufgeheizt werden.