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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs, der Stator aufweisend einen Wickelkopf, wobei der Wickelkopf mehrere Wicklungen aufweist und die Wicklungen des Wickelkopfes mit einem Vergussmaterial vergossen sind. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs mit einem Stator und einem Rotor sowie ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine.
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In der modernen Technik, insbesondere auch in der modernen Fahrzeugtechnik, werden elektrische Maschinen zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie und umgekehrt weitläufig eingesetzt. Bei einer derartigen Umwandlung von Energien entsteht Abwärme, die möglichst effizient abgeführt werden muss, um einerseits beispielsweise bereits eine Überhitzung der elektrischen Maschine zu verhindern und andererseits auch um eine Gesamteffizienz beim Betrieb der elektrischen Maschine zu erhöhen. Einen besonders kritischen Bereich kann ein Wickelkopf eines Stators einer derartigen elektrischen Maschine darstellen. Dort besitzen die elektrischen Leiter oftmals keinen direkten thermisch leitfähigen Kontakt zu einem Kühlsystem, das bei bekannten elektrischen Maschinen oftmals mit einem Statorblechpaket verbunden ist. Eine im Wickelkopf entstehende Abwärme muss somit oftmals über die den Wickelkopf umgebenden Medien, wie beispielsweise über ein Isolationsharz oder auch nur über die die Wicklungen des Wickelkopfes umgebende Luft, zu einem Kühlsystem geführt werden.
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In bekannten elektrischen Maschinen ist es daher bekannt, eine thermische Anbindung der Wicklungen des Wickelkopfes an ein Kühlsystem dadurch zu verbessern, dass zumindest der Wickelkopf mit einem Vergussmaterial ausgegossen ist. Als Vergussmaterialien können Materialien mit beispielsweise einer hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet werden, um dadurch eine gute thermische Anbindung des vollvergossenen Wickelkopfes an ein Kühlsystem der elektrischen Maschine bereitstellen zu können.
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Als problematisch hat sich hierbei herausgestellt, dass das Vergussmaterial während eines Betriebs der elektrischen Maschine hohen Belastungen ausgesetzt ist. Dabei können diese Belastungen insbesondere durch schwankende Temperaturen des Wickelkopfes, aber auch durch elektrische, mechanische und/oder chemische Einwirkungen auf das Vergussmaterial entstehen. Durch diese Belastungen können Risse im Vergussmaterial auftreten, die einerseits zumindest eine mechanische Stabilität des Wickelkopfes beeinträchtigen, zum anderen darüber hinaus auch eine Wärmeleitfähigkeit des Vergussmaterials, die eine der wesentlichen Eigenschaften des Vergussmaterials darstellt, zumindest einschränkt, wenn nicht sogar deutlich reduziert.
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Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei Statoren für elektrische Maschinen, bei elektrischen Maschinen sowie bei Fahrzeugen zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stator für eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs, eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug bereitzustellen, die in einfacher und kostengünstiger Weise eine besonders gute Wärmeabfuhr aus einem Wickelkopf des Stators der elektrischen Maschine bereitstellen, wobei alternativ oder zusätzlich eine mechanische Stabilität und/oder eine elektrische Festigkeit und/oder eine chemische Beständigkeit des vollvergossenen Wickelkopfes gesteigert ist.
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Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch einen Stator für eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1, durch eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs gemäß dem nebengeordneten Anspruch 9, durch ein Fahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10 sowie durch ein Verfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Stator beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, einem erfindungsgemäßen Fahrzeug sowie einem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so das bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt Erfindung wird die Aufgabe durch einen Stator für eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs gelöst, der Stator aufweisend einen Wickelkopf, wobei der Wickelkopf mehrere Wicklungen aufweist und die Wicklungen des Wickelkopfes mit einem Vergussmaterial vergossen sind. Ein erfindungsgemäßer Stator weist an einem ersten axialen Ende im Bereich des Wickelkopfes eine erste Abschlussplatte und/oder an einem zweiten axialen Ende im Bereich des Wickelkopfes eine zweite Abschlussplatte auf, wobei die erste Abschlussplatte und/oder die zweite Abschlussplatte zumindest eine Kontaktfläche aufweisen, die kontaktierend am Vergussmaterial angeordnet ist. Die erste Abschlussplatte und/oder die zweite Abschlussplatte weisen für einen Einsatz als Gussform beim Vergießen des Wickelkopfes mit Vergussmaterial Eintrittsöffnungen und/oder Austrittsöffnungen für Vergussmaterial und/oder Luft für einen Einsatz als Gussform beim Vergießen des Wickelkopfes mit Vergussmaterial auf. In der ersten Abschlussplatte und/oder in der zweiten Abschlussplatte sind Kühlkanäle angeordnet, wobei eine von einem Kühlkreislauf in einem Statormantel des Stators separate Kühlmittelversorgung mit den Kühlkanälen verbindbar ist.
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Ein erfindungsgemäßer Stator ist für einen Einsatz in einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs vorgesehen. Dabei kann ein erfindungsgemäßer Stator auch in elektrischen Maschinen eingesetzt werden, soweit technisch sinnvoll und möglich, die in anderen Einsatzgebieten verwendet werden. Ein erfindungsgemäßer Stator weist einen vollvergossenen Wickelkopf auf. Vollvergossen im Sinne der Erfindung bedeutet in der gesamten vorliegenden Offenbarung insbesondere, dass zumindest die Wicklungen des Wickelkopfes mit einem Vergussmaterial vergossen sind, d.h. vollständig in das Vergussmaterial eingebettet und somit von diesem umgeben sind. Zusätzlich kann auch der gesamte restliche Stator mit einem, insbesondere auch einem anderen, Vergussmaterial, vergossen sein. Ein erfindungsgemäßer Stator weist zumeist an beiden axialen Enden einen derartigen Wickelkopf auf. Wie oben bereits beschrieben ist das Vergussmaterial während eines Betriebs der elektrischen Maschine hohen Belastungen ausgesetzt, die insbesondere thermisch, elektrisch, magnetisch und/oder chemisch sein können.
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Eine erste erfindungsgemäße Möglichkeit, um eine Stabilität des Vergussmaterials des Wickelkopfes zu steigern, besteht darin, eine Abschlussplatte an einem ersten und/oder zweiten axialen Ende des Stators vorzusehen. Eine derartige Abschlussplatte kann bevorzugt ringartig bzw. scheibenartig ausgebildet sein, wobei insbesondere in einem zentralen Bereich der Abschlussplatte eine Öffnung vorgesehen ist, beispielsweise für eine Durchführung einer zentralen Welle der elektrischen Maschine. Durch eine derartige ringartige Ausgestaltung einer Abschlussplatte kann ferner besonders einfach sichergestellt werden, dass die Abschlussplatte denjenigen Bereich des jeweiligen axialen Endes des Stators abdeckt, in dem sich der Wickelkopf befindet. Besonders bevorzugt ist an beiden axialen Enden des Stators im Bereich des jeweiligen Wickelkopfes eine Abschlussplatte vorgesehen. Die jeweilige Abschlussplatte ist derart am Wickelkopf des Stators angeordnet, dass sie das Vergussmaterial, mit dem der Wickelkopf vergossen ist, kontaktiert. Ein Kontaktieren im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere, dass zwischen der Abschlussplatte und dem Vergussmaterial ein thermischer und mechanischer Kontakt besteht. Die Abschlussplatte und das Vergussmaterial berühren sich somit. Dadurch kann zum einen eine bessere Wärmeabfuhr aus dem Vergussmaterial über die Abschlussplatte an eine Umgebung bzw. eine externe Kühlvorrichtung bereitgestellt werden. Eine im Wickelkopf entstehende Abwärme kann somit besser abgeführt werden, wodurch insbesondere auch eine thermische Belastung des Vergussmaterials vermindert werden kann. Darüber hinaus kann durch das mechanische Kontaktieren zwischen der Abschlussplatte und dem Vergussmaterial auch eine mechanische Stabilisierung des Vergussmaterials bereitgestellt werden. Ein Entstehen von Rissen im Vergussmaterial kann dadurch verhindert oder zumindest deutlich reduziert werden. Darüber hinaus kann durch eine derartige Abschlussplatte das Vergussmaterial bzw. der gesamte Wickelkopf bevorzugt vollständig abgedeckt sein. Auf diese Weise kann durch die Abschlussplatte auch ein Schutz gegen, insbesondere mechanische und/oder chemische, Einwirkungen von außen auf das Vergussmaterial bzw. den gesamten Wickelkopf bereitgestellt werden. Insgesamt kann somit durch eine derartige Abschlussplatte eine Materialbelastung des Vergussmaterials reduziert werden.
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Durch das Vorhandensein von Eintrittsöffnungen und/oder Austrittsöffnungen kann ermöglicht werden, dass die erste und/oder die zweite Abschlussplatte als Gussform beim Vergießen des Wickelkopfes mit Vergussmaterial eingesetzt werden können. Dafür werden die Abschlussplatten an einem erfindungsgemäßen Stator bereits montiert, bevor der Wickelkopf mit Vergussmaterial vergossen wird. Durch vorhandene Eintrittsöffnungen kann das Vergussmaterial beim Vergießen zwischen den Wicklungen des Wickelkopfes und den Abschlussplatten hineinströmen und, falls vorhanden, die dadurch verdrängte Luft durch die Austrittsöffnungen herausströmen. Auf diese Weise kann bereitgestellt werden, dass das Vergussmaterial noch im flüssigen Zustand mit den Abschlussplatten in Kontakt gebracht werden kann. Dadurch kann nach dem Aushärten des Vergussmaterials ein noch besserer thermischer und mechanischer Kontakt zwischen den Abschlussplatten und dem dann ausgehärteten Vergussmaterial erzeugt werden. Darüber hinaus kann insgesamt eine Vereinfachung bei der Herstellung des vollvergossenen Wickelkopfes dahingehend bereitgestellt werden, dass keine zusätzliche oder zumindest nur eine vereinfachte Gussform beim Vergießen des Wickelkopfes mit Vergussmaterial benötigt wird. In einem alternativen oder zusätzlichen Vergussvorgang kann neben den Wickelköpfen auch der restliche Stator mit dem Vergussmaterial vergossen werden. Dafür kann das Vergussmaterial beispielsweise in eine mittlere Statorbohrung eingefüllt werden und mit einem Stempel von einem axialen Ende des Stators her, insbesondere durch Einströmöffnungen in einer Abschlussplatte und/oder durch eine andere geeignete Öffnung, über einen der Wickelköpfe in Nuten des Stators gepresst werden. Dadurch wird dieser Wickelkopf an einem Ende des Stators direkt mit Vergussmaterial gefüllt. Den Wickelkopf am anderen axialen Ende erreicht das Vergussmaterial nach Durchströmen der Statornuten und der darin befindlichen elektrischen Leiter. Die verdrängte Luft kann wieder bevorzugt durch Ausströmöffnungen entweichen.
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Der erfindungsgemäße Stator ist dahingehend ausgebildet, dass in der ersten Abschlussplatte und/oder in der zweiten Abschlussplatte Kühlkanäle angeordnet sind, wobei die Kühlkanäle vorzugsweise Anschlusselemente für eine Verbindung mit einer Kühlmittelversorgung aufweisen. Diese Kühlkanäle können durch ein Kühlfluid, beispielsweise eine Flüssigkeit wie zum Beispiel Kühlwasser, durchströmt sein. Durch derartige Kühlkanäle kann auf diese Weise eine aktive Kühlung der Abschlussplatte und damit auch des durch die Abschlussplatte kontaktierten Vergussmaterials bereitgestellt werden. Eine noch bessere Kühlung und damit ein noch besserer Abtransport von im Wickelkopf entstandener Abwärme kann auf diese Weise ermöglicht werden. Über die Anschlusselemente kann eine eigene, separat für die Abschlussplatte vorgesehene, Kühlmittelversorgung mit den Kühlkanälen in der Abschlussplatte verbunden sein. Insgesamt kann durch derartige Kühlkanäle somit insbesondere eine Kühlung eines Wickelkopfes eines erfindungsgemäßen Stators verbessert werden.
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Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Stator vorgesehen sein, dass die zumindest eine Kontaktfläche zumindest ein Strukturelement aufweist, wobei das zumindest eine Strukturelement an der Kontaktfläche zumindest im Wesentlichen umlaufend und/oder sich radial erstreckend ausgebildet ist, und wobei insbesondere das zumindest eine Strukturelement zumindest abschnittsweise als eine Rippe und/oder als eine Nut ausgebildet ist. Durch ein derartiges Strukturelement kann besonders einfach eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen der Abschlussplatte und dem Vergussmaterial des Wickelkopfes bereitgestellt werden. Mit anderen Worten kann durch ein derartiges Strukturelement besonders bevorzugt eine Verzahnung der Abschlussplatte mit dem Vergussmaterial erzeugt werden, insbesondere wenn das zumindest eine Strukturelement zumindest abschnittsweise als eine Rippe und/oder als eine Nut ausgebildet ist. Ein derartiges Strukturelement kann sich an der Kontaktfläche beispielsweise radial, insbesondere von innen nach außen in Bezug auf eine zentrale Welle der elektrischen Maschine, erstrecken. Auch ein umlaufendes Erstrecken des Strukturelements, bei dem das Strukturelement beispielsweise entlang eines zumindest im Wesentlichen gleichbleibenden Radius um eine zentrale Welle der elektrischen Maschine an der Abschlussplatte angeordnet ist, ist alternativ oder zusätzlich möglich. Insgesamt kann somit, besonders durch die Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen der Abschlussplatte und dem Vergussmaterial durch das Strukturelement, ein noch besserer thermischer Kontakt zwischen der Abschlussplatte und dem Vergussmaterials und auch eine noch bessere mechanische Stabilisierung des Vergussmaterials durch die Abschlussplatte bereitgestellt werden.
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Besonders bevorzugt kann bei einem erfindungsgemäßen Stator vorgesehen sein, dass die erste Abschlussplatte und/oder die zweite Abschlussplatte Anschlussöffnungen aufweisen für einen elektrischen Anschluss der Wicklungen des Wickelkopfes. Durch derartige Anschlussöffnungen kann ein elektrischer Anschluss der Wicklungen des Wickelkopfes besonders einfach bereitgestellt werden. Die Leitungen zum Anschluss der Wicklungen des Wickelkopfes können einfach durch die Anschlussöffnungen gelegt werden. Zusätzliche Anschlusselemente bzw. Anschlussöffnungen, die oftmals aufwendig erzeugt bzw. bereitgestellt werden müssen, können auf diese Weise vermieden werden. Auch dadurch kann insbesondere eine Montage eines erfindungsgemäßen Stators vereinfacht werden.
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Gemäß einem alternativen zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Stator für eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs gelöst, der Stator aufweisend einen Wickelkopf, wobei der Wickelkopf mehrere Wicklungen aufweist und die Wicklungen des Wickelkopfes mit einem Vergussmaterial vergossen sind. In dieser alternativen Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Stators ist dieser dadurch gekennzeichnet, dass im Vergussmaterial des Wickelkopfes zumindest ein Verstrebungselement angeordnet ist, wobei das zumindest eine Verstrebungselement im Vergussmaterial des Wickelkopf zumindest im Wesentlichen um laufend und/oder sich radial erstreckend angeordnet ist.
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Der erfindungsgemäße Stator gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist für einen Einsatz in einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs vorgesehen. Dieser erfindungsgemäße Stator kann gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ebenfalls auch in elektrischen Maschinen eingesetzt werden, soweit technisch sinnvoll und möglich, die in anderen Einsatzgebieten verwendet werden. Ein erfindungsgemäßer Stator weist auch gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung einen vollvergossenen Wickelkopf auf, insbesondere zumeist an beiden axialen Enden.
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Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist bei einem erfindungsgemäßen Stator vorgesehen, dass im Vergussmaterial des Wickelkopfes zumindest ein Verstrebungselement angeordnet ist. Durch ein derartiges Verstrebungselement kann eine Stabilisierung des Vergussmaterials von innen heraus bereitgestellt werden. Dafür erstreckt sich das Verstrebungselement beispielsweise radial von innen nach außen im Inneren des Vergussmaterials des Wickelkopfes, d.h. zum Beispiel von einer zentralen Welle der Elektromaschine radial nach außen. Dadurch kann insbesondere in radialer Richtung eine Stabilisierung des Vergussmaterials bereitgestellt werden. Auch eine umlaufende Anordnung des zumindest einen Verstrebungselements ist alternativ oder zusätzlich möglich, wodurch insbesondere eine ebenfalls umlaufende Stabilisierung des Vergussmaterials durch das Verstrebungselement erzeugt werden kann. Ebenfalls alternativ oder zusätzlich kann das zumindest eine Verstrebungselement auch als ein Netz bzw. Gitter ausgebildet sein und bevorzugt bereits vor einem Vergießen des Wickelkopfes mit Vergussmaterial in bzw. am Wickelkopf angeordnet sein. Ein Entstehen von Rissen im Vergussmaterial kann durch diese Stabilisierung des Vergussmaterials durch ein Verstrebungselement verhindert oder zumindest deutlich vermindert werden, da mechanische Belastungen des Vergussmaterials durch das Verstrebungselement aufgenommen und abgeleitet werden können. Die insgesamt auftretende mechanische und/oder thermische Belastung des Vergussmaterials, durch die in diesem oftmals Risse entstehen, kann dadurch vermindert werden. Auch eine Verbesserung einer Wärmeleitung im Inneren des Vergussmaterials kann durch ein derartiges Verstrebungselement bereitgestellt werden, da das Verstrebungselement als zusätzliches, insbesondere durchgängiges, Wärmeleitelement wirken kann. Insgesamt kann somit durch das Vorhandensein zumindest eines Verstrebungselements insbesondere eine mechanische Stabilität des vollvergossenen Wickelkopfes erhöht werden, wobei auch eine Ableitung von Abwärme aus dem Wickelkopf durch ein derartiges Verstrebungselement verbessert werden kann.
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Besonders bevorzugt kann bei einem erfindungsgemäßen Stator gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen sein, dass der Stator zusätzlich gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Auf diese Weise können sämtliche Vorteile, die bereits ausführlich in Bezug auf einen erfindungsgemäßen Stator gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, auch durch einen erfindungsgemäßen Stator gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bereitgestellt werden.
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Ferner kann ein erfindungsgemäßer Stator gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung dahingehend ausgebildet sein, dass das zumindest eine Verstrebungselement fadenartig ausgebildet ist. Fadenartig im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere, dass das Verstrebungselement dünn und flexibel ausgebildet ist. Auf diese Weise benötigt das Verstrebungselement nur einen geringen Platzbedarf und kann insbesondere besonders einfach an den im Wickelkopf vorhandenen Bauraum, der nicht durch Wicklungen besetzt ist, angepasst angeordnet werden. Ferner sind derartige fadenartige Verstrebungselemente insbesondere auf Zug belastbar, wodurch eine Aufnahme mechanischer Belastungen durch das Verstrebungselement und dadurch eine Verhinderung von Rissen im Vergussmaterial besonders einfach bereitgestellt werden kann.
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Darüber hinaus kann bei dem erfindungsgemäßen Stator gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen sein, dass das zumindest eine Verstrebungselement elektrisch und magnetisch nicht leitend ausgebildet ist. Auf diese Weise kann bereitgestellt werden, dass das zumindest eine Verstrebungselement keinen Einfluss auf elektrische und magnetische Felder ausübt, die durch die Wicklungen im Wickelkopf eines erfindungsgemäßen Stators erzeugt werden. Die elektromagnetischen Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Stators, die ausschlaggebend sind für einen effektiven Betrieb der elektrischen Maschine, in der der erfindungsgemäße Stator verbaut ist, werden auf diese Weise durch das zumindest eine Verstrebungselement nicht beeinflusst.
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Besonders bevorzugt kann ein erfindungsgemäßer Stator gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung dahingehend ausgebildet sein, dass das zumindest eine Verstrebungselement thermisch leitend ausgebildet ist. Thermisch leitend im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere, dass auf diese Weise durch ein Verstrebungselement eine Abwärme, die in den Entwicklungen des Wickelkopfes des erfindungsgemäßen Stators erzeugt wird, durch das Verstrebungselement abtransportiert werden kann. Insbesondere kann bevorzugt die Abwärme durch das Verstrebungselement an eine Kühlvorrichtung abgegeben werden, die beispielsweise in einer Abschlussplatte und/oder einem Statormantel eines erfindungsgemäßen Stators angeordnet ist. Eine besonders gute Kühlung der Wicklungen des Wickelkopfes eines erfindungsgemäßen Stators kann auf diese Weise bereitgestellt werden.
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Gemäß eines alternativen dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Stator für eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs gelöst, der Stator aufweisend einen Wickelkopf, wobei der Wickelkopf mehrere Wicklungen aufweist und die Wicklungen des Wickelkopfes mit einem Vergussmaterial vergossen sind. In dieser alternativen Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Stators ist dieser dadurch gekennzeichnet, dass der Stator einen Statormantel mit einem Kopfabschnitt aufweist, wobei der Kopfabschnitt zumindest abschnittsweise am Vergussmaterial des Wickelkopfes kontaktierend angeordnet ist, und wobei der Kopfabschnitt zumindest ein Strukturelement aufweist, welches am Kopfabschnitt zumindest im Wesentlichen umlaufend und/oder sich axial erstreckend ausgebildet ist.
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Der erfindungsgemäße Stator gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist für einen Einsatz in einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs vorgesehen. Dieser erfindungsgemäße Stator kann gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ebenfalls auch in elektrischen Maschinen eingesetzt werden, soweit technisch sinnvoll und möglich, die in anderen Einsatzgebieten verwendet werden. Ein erfindungsgemäßer Stator weist auch gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung einen vollvergossenen Wickelkopf auf, insbesondere zumeist an beiden axialen Enden.
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Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist bei einem erfindungsgemäßen Stator vorgesehen, dass dieser einen Statormantel aufweist. Ein derartiger Statormantel ist zumeist entlang eines Statorpakets angeordnet und kann bevorzugt Kühlleitungen für eine Kühlung des Statorpakets aufweisen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich der Statormantel zumindest an einem Ende über das Statorpaket hinaus erstreckt und mit seinem Kopfabschnitt das Vergussmaterial des Wickelkopfes kontaktiert. Bereits durch dieses Kontaktieren kann eine Verbesserung einer mechanischen Stabilität des Vergussmaterials des Wickelkopfes bereitgestellt werden. Auch eine verbesserte Ableitung von Abwärme aus dem Vergussmaterial insbesondere bevorzugt in die durch die Kühlleitungen im Statormantel bereitgestellte Kühlung kann dadurch bereitgestellt werden. Darüber hinaus weist der Kopfabschnitt zumindest ein Strukturelement auf. Durch dieses Strukturelement kann eine Fläche, über die sich der Kopfabschnitt und das Vergussmaterial kontaktierend berühren, deutlich vergrößert werden. Eine noch bessere mechanische Stabilisierung des Vergussmaterials bzw. eine Steigerung des thermischen Kontakts zwischen dem Vergussmaterial und dem Kopfabschnitt des Statormantels kann dadurch bereitgestellt werden. Das Strukturelement kann umlaufend und oder sich axial erstreckend am Kopfabschnitt angeordnet sein. Auch durch dieses Strukturelement, dass wie auch das Strukturelement auf einer Abschlussplatte bevorzugt als eine Rippe und/oder Nut ausgebildet sein kann, kann eine Verzahnung des Vergussmaterials und des Kopfabschnitts bereitgestellt werden. Zusammenfassend kann somit durch einen Kopfabschnitt mit zumindest einem Strukturelement, der berührend das Vergussmaterial des Wickelkopfes eines erfindungsgemäßen Stators kontaktiert, eine gesteigerte mechanische Stabilität des Vergussmaterials und ein verbesserter thermischer Kontakt zwischen dem Vergussmaterial und dem Statormantel, insbesondere einer Kühlung im Statormantel, bereitgestellt werden.
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Besonders bevorzugt kann bei einem erfindungsgemäßen Stator gemäß dem dritten Aspekt Erfindung vorgesehen sein, dass der Stator zusätzlich gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder gemäß dem zweiten der Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Auf diese Weise können sämtliche Vorteile, die bereits ausführlich in Bezug auf einen erfindungsgemäßen Stator gemäß dem ersten Aspekt Erfindung und/oder gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, auch durch einen erfindungsgemäßen Stator gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung bereitgestellt werden.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs mit einem Stator und einem Rotor gelöst. Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stator gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt Erfindung ausgebildet ist. Auf diese Weise können sämtliche Vorteile, die bereits ausführlich in Bezug auf einen erfindungsgemäßen Stator gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt Erfindung beschrieben worden sind, auch durch eine elektrische Maschine gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung bereitgestellt werden.
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Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine gelöst. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung weist einen erfindungsgemäßen Stator gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung auf. Auf diese Weise können sämtliche Vorteile, die bereits ausführlich in Bezug auf eine erfindungsgemäße elektrische Maschine gemäß dem vierten Aspekt Erfindung bzw. in Bezug auf einen erfindungsgemäßen Stator gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt Erfindung beschrieben worden sind, auch durch ein Fahrzeug gemäß dem fünften Aspekt Erfindung bereitgestellt werden.
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Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Vergießen eines Stators für eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs mit Vergussmaterial gelöst. Der Stator weist einen Wickelkopf mit mehreren Wicklungen auf, wobei der Stator an einem ersten axialen Ende im Bereich des Wickelkopfes eine erste Abschlussplatte und/oder an einem zweiten axialen Ende im Bereich des Wickelkopfes eine zweite Abschlussplatte aufweist. Die erste Abschlussplatte und/oder die zweite Abschlussplatte weisen Eintrittsöffnungen und/oder Austrittsöffnungen für Vergussmaterial und/oder Luft auf für einen Einsatz als Gussform beim Vergießen des Wickelkopfes mit Vergussmaterial. Das Vergussmaterial wird in eine mittlere Statorbohrung eingefüllt und mit einem Stempel von einem axialen Ende des Stators her durch Einströmöffnungen in der ersten Abschlussplatte oder zweiten Abschlussplatte und/oder durch eine andere geeignete Öffnung über den Wickelkopf am anderen axialen Ende des Stators in Nuten des Stators gepresst, sodass dieser Wickelkopf direkt mit dem Vergussmaterial gefüllt wird, wobei das Vergussmaterial den Wickelkopf am gegenüberliegenden axialen Ende des Stators nach Durchströmen der Statornuten und der darin befindlichen elektrischen Leiter erreicht und die Wicklungen des Wickelkopfes mit dem Vergussmaterial vergossen sind. Die erste Abschlussplatte und/oder zweite Abschlussplatte weisen zumindest eine Kontaktfläche auf, die kontaktierend am Vergussmaterial angeordnet ist.
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Weitere, die Erfindung verbessernden Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumliche Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Elemente mit gleichen Funktion und/oder Wirkungsweise sind in den 1 bis 6 mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine erste Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Stators,
- 2 eine zweite Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Stators,
- 3 eine dritte Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Stators,
- 4 eine vierte Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Stators,
- 5 ein erfindungsgemäßer Stator während eines Vergussvorgangs, und
- 6 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug.
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Die 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausgestaltungsformen eines erfindungsgemäßen Stators 1 einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 50. Dabei weisen alle Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 50 jeweils einen Rotor 7 auf, der drehbar gelagert im Inneren eines Statorpakets 8 angeordnet ist. Das Statorpaket 8 ist durch einen Statormantel 4 umgeben, in dem jeweils Kühlleitungen 6 zur Kühlung des Statorpakets 8 angeordnet sind. Am ersten axialen Ende 2 und am zweiten axialen Ende 3 des Statorpakets 8 und damit auch des erfindungsgemäßen Stators 1 sind jeweils Wicklungen 11 angeordnet, die jeweils einen Wickelkopf 10 bilden. Die Wickelköpfe 10 sind durch ein Vergussmaterial 12 vollständig vergossen. Bezüglich ähnlicher bzw. gleicher Elemente und Bauteile kann im Folgenden bei der Beschreibung der 1 bis 4 jeweils gegenseitig Bezug genommen werden. Die in den 1 bis 4 gezeigten Merkmale der Ausgestaltungsformen eines erfindungsgemäßen Stators 1 einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 50 sind einzelnen dargestellt, können jedoch, soweit technisch sinnvoll und möglich, auch in einer einzelnen Ausgestaltungsform kombiniert werden.
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In der in 1 gezeigten Ausgestaltungsform sind am ersten axialen Ende 2 des Stators 1 eine erste Abschlussplatte 20 und am zweiten axialen Ende 3 des Stators 1 eine zweite Abschlussplatte 21 kontaktierend am Vergussmaterial 12 angeordnet. Dabei kontaktiert direkt jeweils eine Kontaktfläche 22 der ersten Abschlussplatte 20 und der zweiten Abschlussplatte 21 das Vergussmaterial 12 des Wickelkopfes 10 und stellt so einen unmittelbaren mechanischen und thermischen Kontakt zwischen der jeweiligen Abschlussplatte 20, 21 und dem Vergussmaterial 12 her für eine Vergrößerung der Kontaktfläche 22 sind an den Abschlussplatten 20, 21 jeweils Strukturelemente 23 vorgesehen. In dieser Ausgestaltungsform sind die Strukturelemente 23 als umlaufende Rippen ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich können die Strukturelemente 23 auch axial verlaufen und/oder als Nute ausgebildet sein. Durch diese Strukturelemente 23 kann wie abgebildet eine Verzahnung zwischen dem Material der Abschlussplatte 20, 21 und dem Vergussmaterial 12 hergestellt werden. Ein noch besserer mechanischer und/oder thermischer Kontakt zwischen der jeweiligen Abschlussplatte 20, 21 und dem Vergussmaterial 12 kann dadurch bereitgestellt werden. Darüber hinaus sind in den Abschlussplatten 20, 21 jeweils Kühlkanäle 24 vorhanden, die insbesondere über ein Anschlusselement 25 mit den Kühlleitungen 6 im Statormantel 4 verbunden sind. Auf diese Weise kann eine direkte Kühlung der Abschlussplatten 20, 21 und damit auch des Vergussmaterials 12 bzw. der Wickelköpfe 10 bereitgestellt werden.
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In 2 ist eine alternative und/oder zusätzliche Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Stators 1 gezeigt. Diese Ausgestaltungsform weist ebenfalls eine erste Abschlussplatte 20 und eine zweite Abschlussplatte 21 auf, wobei auch hier an den Abschlussplatten 20, 21 Strukturelemente 23 angeordnet sind. Darüber hinaus und im Unterschied zu der abgebildeten Ausgestaltungsform in 1 weist hier die erste Abschlussplatte 20 zumindest eine Eintrittsöffnung 40 und zumindest eine Austrittsöffnung 41 auf. Durch diese Eintrittsöffnung 40 und Austrittsöffnung 41 kann ein Einsatz der Abschlussplatten 20, 21 als Gussform bei einem Vergussvorgang, bei dem die Wickelköpfe 10 des Stators 1 und zusätzlich auch der Stator 1 mit Vergussmaterial 12 vergossen werden, ermöglicht werden. Durch die zumindest eine Eintrittsöffnung 40 kann flüssiges Vergussmaterial 12 in den erfindungsgemäßen Stator 1 eingeleitet werden, wobei die verdrängte Luft und gegebenenfalls auch überschüssiges Vergussmaterial 12 durch die Austrittsöffnung 41 entweichen kann. Dadurch kann einerseits bereitgestellt werden, dass keine zusätzliche Gussform für diesen Vergussvorgang nötig ist bzw. dass die zusätzlich nötige Gussform kleiner und weniger kompliziert ausgebildet sein kann. Eine deutliche Vereinfachung bei der Herstellung eines vollvergossenen Wickelkopfes 10 eines erfindungsgemäßen Stators 1 kann dadurch bereitgestellt werden. Ein möglicher derartiger Vergussvorgang ist beispielhaft in 5 gezeigt. Dort wird die Eintrittsöffnung 40 durch einen Spalt gebildet, welcher der ersten Abschlussplatte 20 benachbart angeordnet ist. Die zweite Abschlussplatte 21 weist Austrittsöffnungen 41 auf. Darüber hinaus weist die erste Abschlussplatte 20 in der dargestellten Ausgestaltungsform zumindest eine Anschlussöffnung 42 auf. Durch eine derartige Anschlussöffnung 42 kann ermöglicht werden, die elektrischen Anschlüsse der Wicklungen 11 des Wickelkopfes 10 direkt durch die erste Abschlussplatte 20 zu verlegen. Zusätzliche Elemente und/oder Öffnungen für derartige, insbesondere elektrische, Anschlüsse können dadurch vermieden werden.
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Die in 3 gezeigte Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Stators 1 ist ohne Abschlussplatten 20, 21 (nicht mit abgebildet) gezeigt. In dieser Ausgestaltungsform ist im Vergussmaterial 12 der Wickelköpfe 10 ein Verstrebungselement 30 angeordnet. Das Verstrebungselement 30 ist zumindest teilweise fadenartig ausgebildet und sowohl umlaufend als auch sich radial erstreckend im Inneren des Vergussmaterials 12 platziert. Teilweise weist das Verstrebungselement 30 auch eine netzartige Geometrie auf. Auf diese Weise kann eine mechanische Stabilisierung des Vergussmaterials 12 besonders einfach bereitgestellt werden, wobei insbesondere Risse im Vergussmaterial 12 durch das Vorhandensein der Verstrebungselemente 30 verhindert oder zumindest deutlich eingeschränkt werden können. Bevorzugt sind die Verstrebungselemente 30 elektrisch und magnetisch nichtleitend ausgebildet, so dass die elektrischen Felder und dadurch die elektromagnetischen Eigenschaften der Wickelköpfe 10 durch das Verstrebungselement 30 nicht beeinflusst werden. Besonders bevorzugt sind ferner die Verstrebungselemente 30 thermisch leitend ausgebildet, so dass eine noch bessere Ableitung von im Wickelkopf 10 erzeugter Abwärme durch die Verstrebungselemente 30 bereitgestellt werden kann.
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4 zeigt eine Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Stators 1 einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 50, in der der Statormantel 4 verlängert ausgebildet ist und mit je einem Kopfabschnitt 5 jeweils das Vergussmaterial 12, mit dem an den axialen Enden 2, 3 des erfindungsgemäßen Stators 1 die Wickelköpfe 10 vergossen sind, berührend kontaktiert. An den Kopfabschnitten 5 sind jeweils Strukturelemente 23 angeordnet, durch die eine Fläche, mit der die Kopfabschnitte 5 das Vergussmaterial 12 kontaktieren, vergrößert ist. Dabei können diese Strukturelemente 23, wie abgebildet, umlaufend ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Strukturelemente 23 auch axial erstreckend ausgebildet sein (nicht mit abgebildet). Besonders bevorzugt kann ein derartiges Strukturelement 23, wie ebenfalls abgebildet, als eine Rippe und/oder als eine Nut ausgebildet sein, wodurch insbesondere eine Verzahnung zwischen dem Kopfabschnitt 5 und dem Vergussmaterial 12 erzeugt werden kann. Auf diese Weise kann sowohl eine besonders stabile mechanische Kontaktierung zwischen dem Kopfabschnitt 5 und dem Vergussmaterial 12 als auch ein besonders effektiver thermischer Kontakt zwischen diesen Bauelementen eines erfindungsgemäßen Stators 1 bereitgestellt werden.
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In 5 ist ein Vergussvorgang gezeigt, bei dem ein erfindungsgemäßer Stator 1 mit einem Vergussmaterial 12 vergossen wird. Der erfindungsgemäße Stator 1 weist einen Statormantel 4 und ein in diesem Statormantel 4 angeordnetes Statorpaket 8 auf. Das Statorpaket 8 weist am ersten axialen Ende 2 und am zweiten axialen Ende 3 des Stators 1 jeweils einen Kopfabschnitt 5 auf. An diesen Kopfabschnitten 5 sind bereits eine erste Abschlussplatte 20 und eine zweite Abschlussplatte 21 angeordnet. An der ersten Abschlussplatte 20 ist ferner ein Formabschlusselement 61 angeordnet, durch das das erste axiale Ende 2 des Stators 1 fest verschlossen ist. In den am Statorpaket 8 ist darüber hinaus ein Innenrohr 62 angeordnet, dass insbesondere bevorzugt derart ausgebildet ist, dass das flüssige Vergussmaterial 12 daran nicht haftet. Die erste Abschlussplatte 20 weist eine Eintrittsöffnung 40 auf, die als Spalt ausgebildet ist, der durch die erste Abschlussplatte 20 und das Innenrohr 62 gebildet wird.
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Durch diesen Spalt kann das Vergussmaterial 12 in den Wickelkopf 10 und das Statorpaket 8 eindringen. Durch eine Austrittsöffnung 41, die in der zweiten Abschlussplatte 21 vorgesehen ist, kann beim Vergussvorgang verdrängte Luft sowie überschüssiges Vergussmaterial 12 aus dem Statorpaket 8 und dem Wickelkopf 10 austreten. Beim eigentlichen Vergussvorgang wird das Vergussmaterial 12 in das Innere des Innenrohrs 62 eingefüllt und durch einen Stempel 60 beginnend vom zweiten axialen Ende 3 in einer Fließrichtung F hin zum ersten axialen Ende 2 gedrückt. Da das erste axiale Ende 2 durch das Formabschlusselement 61 verschlossen ist, wird dadurch das Vergussmaterial 12 über die Eintrittsöffnung 40 in die Wickelköpfe 10 und das Statorpaket 8 hineingedrückt. Die dabei aus dem Wickelkopf 10 und dem Statorpaket 8 verdrängte Luft und anschließend das nicht benötigte Vergussmaterial 12 kann durch die Austrittsöffnung 41 in der zweiten Abschlussplatte 21 entweichen. Wenn der Stempel 60 das erste axiale Ende 2 erreicht hat ist der Vergussvorgang abgeschlossen und das Vergussmaterial 12 kann aushärten. Nach dem Aushärten können der Stempel 60, das Innenrohr 62 und das Formabschlusselement 61 entfernt werden. Insbesondere kann durch das Kontaktieren bereits des flüssigen Vergussmaterials 12 mit den Abschlussplatten 20, 21 und dem Statormantel 4 ein besonders guter Kontakt zwischen diesen Bauelementen bereitgestellt werden. Eine besonders gute mechanische Stabilisierung des Vergussmaterials 12 sowie ein besonders guter thermischer Kontakt zwischen dem Vergussmaterial 12 und den Abschlussplatten 20, 21 bzw. dem Statormantel 4 können dadurch bereitgestellt werden
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6 zeigt ein Fahrzeug 70 mit einer symbolhaft dargestellten erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 50. Die elektrischen Maschine 50 kann als alleiniger Antrieb des Fahrzeugs 70 dienen oder auch Teil eines Hybridantriebs sein. Durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 50, die insbesondere einen erfindungsgemäßen Stator 1 aufweist, kann auch das erfindungsgemäße Fahrzeug 70 insgesamt verbessert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- erstes axiales Ende
- 3
- zweites axiales Ende
- 4
- Statormantel
- 5
- Kopfabschnitt
- 6
- Kühlleitung
- 7
- Rotor
- 8
- Statorpaket
- 10
- Wickelkopf
- 11
- Wicklung
- 12
- Vergussmaterial
- 20
- erste Abschlussplatte
- 21
- zweite Abschlussplatte
- 22
- Kontaktfläche
- 23
- Strukturelement
- 24
- Kühlkanal
- 25
- Anschlusselement
- 30
- Verstrebungselement
- 40
- Eintrittsöffnung
- 41
- Austrittsöffnung
- 42
- Anschlussöffnung
- 50
- elektrische Maschine
- 60
- Stempel
- 61
- Formabschlusselement
- 62
- Innenrohr
- 70
- Fahrzeug
- F
- Fließrichtung