DE102023201278A1

DE102023201278A1 - Stator für eine elektrische Maschine, elektrische Maschine sowie Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102023201278A1
Application number: DE102023201278.2A
Authority: DE
Inventors: Michael FICK
Original assignee: Hyperdrives GmbH
Current assignee: Hyperdrives GmbH
Priority date: 2023-02-15
Filing date: 2023-02-15
Publication date: 2024-08-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Stators. Bei einer solchen elektrischen Maschine kann es sich um eine Radialflussmaschine mit verteilter Wicklung handeln. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Stators.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Stators. Bei einer solchen elektrischen Maschine kann es sich um eine Radialflussmaschine mit verteilter Wicklung handeln. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Stators.
Stand der Technik
Im Dokument DE 11 2016 000 898 T5 wird ein Anker beschrieben, der aufweist: einen rückwärtigen Jochbereich, der ringförmig ausgebildet ist; eine Vielzahl von Zahnbereichen, die an einem Innenumfang des rückwärtigen Jochbereichs ringförmig angeordnet sind und eine Vielzahl von Schlitzen bilden, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und auf einer Außenumfangsseite offen sind, wobei die Vielzahl von Zahnbereichen an eine Innenumfangsfläche des rückwärtigen Jochbereichs gepasst ist; eine in der Vielzahl von Schlitzen aufgenommene Spule; und ein Zwischenstück, das zwischen der Spule und dem rückwärtigen Jochbereich auf einer Öffnungsseite von jedem der Vielzahl von Schlitzen angeordnet ist.
Ferner wird in der Veröffentlichung WO 2015/132111 A1 ein Stator für eine rotierende elektrische Maschine beschreiben, mit: einem ersten Stapel von Jochblechen aus magnetischem Material, die ein äußeres Joch bilden, und mit einem zweiten Stapel von sternförmigen Blechen aus magnetischem Material, die einen inneren Kern bilden, wobei die Sternplatten eine ringförmige Basis und Zähne aufweisen, die sich von der Basis radial nach außen erstrecken, wobei die Basen und die Zähne eine Vielzahl von Kerben begrenzen, die sich radial von der Seite einer Bohrung aus öffnen.
Die DE 10253235 A1 zeigt einen Schleifring- und kommutatorlosen Elektromotor, mit einem eine Rotorwelle treibenden Rotor und einem Stator, die koaxial zueinander mit den Rotor umschließendem Stator angeordnet sind, wobei der Stator von einem über den Umfang verteilte Polelemente bildenden Statorkern aus magnetisierbarem Material und einer vom Statorkern getragenen Statorwicklung gebildet wird und der Statorkern an seinen der Statorwicklung zugewandten Flächen einen den Statorkern gegen die Statorwicklung elektrisch isolierenden Kunststoff-Isolierbelag aufweist. An mindestens einer Stirnseite des Statorkerns an den Isolierbelag ist ein Haltekörper zum Halten eines Drehlagers für die Rotorwelle einstückig angesetzt.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator bereitzustellen, der bei kostengünstiger Bauweise eine verbesserte Funktionalität, Insbesondere eine höhere Leistungsdichte und eine Verbesserung des Wirkungsgrades, aufweist. Ferner besteht die Anforderung nach einer elektrischen Maschine sowie einem entsprechenden Verfahren zum Herstellen eines Stators.
Anspruch 1 stellt einen Stator für eine elektrische Maschine bereit, wobei der Stator umfasst: einen mehrere Zähne aufweisenden Zahnstern, wobei zwischen den Zähnen Statornuten vorgesehen sind, einen Jochring (insbesondere aus weichmagnetischem Material), der den Zahnstern zumindest abschnittsweise umgibt, wobei ferner ein Isolationskörper vorgesehen ist, der im Bereich der Statornuten angebracht ist und eine Wicklung relativ vom Zahnstern trennt. In den Statornuten ist bevorzugt jeweils eine Wicklung aufgenommen. Der Isolationskörper erstreckt sich über eine Stirnseite der Zähne hinaus, bevorzugt über Stirnseiten der Zähne hinaus. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass sich der Isolationskörper über beide Stirnseiten der Zähne erstreckt.
Der erfindungsgemäße Stator hat den Vorteil, dass dieser mit einem vergleichsweise kostengünstigen Isolationskörper versehen ist. Das Einlegen von Nutisolationspapier entfällt.
Der nicht-leitfähige, elektrisch isolierende Werkstoff des Isolationskörpers ermöglicht zusätzlich die Ausbildung eines Stators mit direkter Wicklungskühlung durch Flutung des Stators mit Öl oder einem anderem elektrisch nicht leitfähigem Kühlmedium, um eine kompakte und leichte, kostengünstige elektrische Maschine mit hoher Leistungsdichte und hohem Wirkungsgrad auszubilden. Ferner kann eine Kapselung des mit Kühlmittel durchfluteten Stators erreicht werden, ohne dafür ein Spaltrohr in den Luftspalt der Maschine einbringen zu müssen. Dieses Spaltrohr würde andernfalls den magnetischen Luftspalt des Motors vergrößern und hätte bei einer solchen elektrischen Maschine eine geringere Leistungsdichte zur Folge.
Wie zuvor beschrieben erstreckt sich der Isolationskörper über eine Stirnseite der Zähne (bevorzugt die Stirnseiten) hinaus. Auf diese Weise kann der jenseits der Stirnseite liegende Bereich des Stators relativ zum Rotor abgedichtet werden. Dabei ist es bevorzugt, dass der Isolationskörper einstückig ausgebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform hat der Isolationskörper zumindest abschnittsweise jenseits der Stirnseite der Zähne eine zylinderförmige oder im Wesentlichen zylinderförmige Gestalt. Gemäß einer Modifikation kann jedoch auch in einem Bereich jenseits der Stirnseite der Zähne eine Stufe ausgebildet sein, um beispielsweise Verschaltungsringe aufzunehmen.
Die Erfindung zielt insbesondere auf einen Stator für eine rotierende elektrische Maschine im Innenläufer-Radialfluss-Design ab, kann jedoch auch auf alle Arten von elektrischen Maschinen übertragen werden, rotatorisch sowie translatorisch. Elektrische Maschinen können dabei sowohl motorisch als auch generatorisch eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Isolationsabschnittkörper mittels Vergießens oder Umspritzens des Zahnsterns ausgebildet. Hierdurch lassen sich verschiedene Bereiche des Isolationskörpers einstückig ausbilden und dabei die Dichtheit und/oder Isolationswirkung garantieren.
Ferner kann der Stator ausgebildet sein, ein flüssiges Kühlmedium durch die Statornuten zu führen. Mit einer direkten Wicklungskühlung durch Flutung des Stators mit Öl oder einem anderem elektrisch nicht leitfähigem Kühlmedium ist es möglich die Wicklung der elektrischen Maschine effizienter zu kühlen und höher auszunutzen um somit eine kompakte und leichte, kostengünstige elektrische Maschine mit hoher Leistungsdichte und hohem Wirkungsgrad auszubilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Stator ein Nutisolationsverschlusselement, das an zumindest einer Statornut derart angebracht ist, dass ein offener Bereich der Statornut verschlossen ist. Insbesondere wird das Nutisolationsverschlusselement an einer radial äußeren Seite der Statornut angebracht. Durch Anbringen des Nutisolationsverschlusselements in einer Statornut wird dieses fixiert und damit sichergestellt, dass die Nutisolationsverschlusselemente die Statornut verschließen.
Um das Nutisolationsverschlusselement sicher in der Statornut zu fixieren, kann das Nutisolationsverschlusselement eine oder mehrere Rastelemente aufweisen, die in entsprechende Aussparungen eindringen oder einschnappen.
Es ist bevorzugt, dass der Zahnstern und/oder der Jochring in Umfangsrichtung mehrere Segmente aufweist. Somit kann der Zahnstern und/oder der Jochring bei der Montage segmentweise zusammengesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Isolationsabschnittkörper im Bereich eines Nutgrunds abschnittsweise eine größere Dicke auf, sodass eine oder mehrere kanalartige Strukturen ausgebildet werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Isolationsabschnittkörper im Bereich eines Nutgrunds flach ausgebildet und damit an die Form der Wicklung angepasst sein.
Ferner wird erfindungsgemäß eine elektrische Maschine bereitgestellt, die einen Stator nach einem der vorangegangen Aspekte aufweist. Der Stator kann in einem Gehäuse der elektrischen Maschine aufgenommen sein.
Dabei ist es bevorzugt, dass ferner ein Rotor vorgesehen ist, der bevorzugt als Innenläufer ausgebildet ist. Eine solche elektrische Maschine kann sowohl motorisch als auch generatorisch eingesetzt werden.
Die elektrische Maschine kann einen ersten Dichtring aufweisen, der an einem Deckel des Gehäuses angeordnet ist, und/oder einen zweiten Dichtring, der am Gehäuse angeordnet ist, wobei der Isolationskörper mit dem ersten und/oder zweiten Dichtring in Kontakt ist. Somit wird ein Abschnitt im Bereich des Stators gegenüber einem Abschnitt im Bereich des Rotors durch den Isolationskörper getrennt, und eine Kühlflüssigkeit kann durch den Stator geleitet werden, ohne die Funktion des Rotors zu beeinträchtigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Stators (oder einer elektrischen Maschine) bereitgestellt, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines mehrere Zähne aufweisenden Zahnsterns (insbesondere aus weichmagnetischem Material, wie gestapeltem Elektroblech oder Soft-Magnetic Composites/Metallpulver), wobei zwischen den Zähnen Statornuten vorgesehen sind, Ausbilden eines Isolationskörpers im Bereich der Statornuten und an einer Stirnseite des Stators, bevorzugt an Stirnseiten des Stators, Einlegen einer Wicklung in die mit einem Isolationskörper versehenen Statornuten, insbesondere Verschluss der Nuten mitsamt Wicklung durch Nutisolationsverschlusselemente, und Anbringen eines Jochrings (insbesondere aus weichmagnetischem Material) am Zahnstern derart, dass der den Zahnstern zumindest abschnittsweise umgibt.
Das Verfahren hat unter anderem den Vorteil, dass der Zugang beim Einlegen der Wicklung in eine Statornut durch den Zugang von radial Außen vergleichsweise gut zugänglich ist, das Verfahren somit besser automatisiert werden kann und kostengünstiger ist. Bezüglich weiterer Vorteile wird auf die Erläuterungen zum Stator oder zur elektrischen Maschine verwiesen.
Bevorzugt erstreckt sich der Isolationskörper über eine Stirnseite der Zähne hinaus.
Es ist bevorzugt, dass mit dem Verfahren ein Stator oder eine elektrische Maschine gemäß einem der zuvor genannten Aspekte hergestellt wird. Auf diese Weise kann der jenseits der Stirnseite liegende Bereich des Stators relativ zum Rotor abgedichtet werden. Dabei ist es bevorzugt, dass der Isolationskörper einstückig ausgebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform hat der Isolationskörper zumindest abschnittsweise jenseits der Stirnseite der Zähne eine zylinderförmige oder im Wesentlichen zylinderförmige Gestalt. Gemäß einer Modifikation kann jedoch auch in einem Bereich jenseits der Stirnseite der Zähne eine Stufe ausgebildet sein, um beispielsweise Verschaltungsringe aufzunehmen.
Das Ausbilden des Isolationskörpers kann mittels Vergießens oder Umspritzens des Zahnsterns durchgeführt werden. Somit ist es möglich, den Isolationskörper einstückig auszubilden. Hierzu wird ein nicht-leitfähiger, elektrisch isolierender Werkstoff verwendet, der zusätzlich die Ausbildung eines Stators mit direkter Wicklungskühlung ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.

1 zeigt einen Zahnstern eines Stators in einer Ausführung ohne Steg zwischen den Zähnen und einem Isolationskörper mit zylinderartiger Fortführung des Isolationskörpers im Bereich der Wickelköpfe.
2a zeigt eine Schnittansicht des Zahnsterns gemäß 1, wobei der Isolationskörper am zum Luftspalt zwischen Stator und Rotor weisenden Nutgrund einen Kanal aufweist, wobei ferner eine Stufe in radialer Richtung sowohl am Zahn als auch im Isolationsköper zu erkennen ist.
2b ist eine Modifikation des in 2a dargestellten Zahnsterns, wobei der Isolationskörper am Nutgrund ohne Kanal ausgebildet ist.
3 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Zahnsterns, wobei der Zahnstern mit einem Steg ausgebildet ist und ein Isolationskörper am Nutgrund einen Kanal aufweist.
4a veranschaulicht einen Zahnstern gemäß einer dritten Ausführungsform mit einem Doppel-Steg.
4b ist eine Schnittansicht eines Abschnitts des Zahnsterns gemäß 4a.
5a zeigt den Zahnstern gemäß 4a mit dem Isolationskörper, mit einer eingebrachten Wicklung und mit einem elektrisch isolierenden Nutisolationsverschlusselements zum Verschließen der Nut.
5b ist eine weitere Ansicht der in 5a dargestellten Ausführungsform mit aufgesetztem Jochring.
6a zeigt eine vierte Ausführungsform eines Nutisolationsverschlusselements mit Rastnasen, die in einen jeweiligen Hinterschnitt an einem Zahn eingreifen.
6b ist eine Detailansicht des in 6a dargestellten Nutisolationsverschlusselements mit Rastnasen.
7 zeigt eine elektrische Maschine in Radialfluss-Innenläuferbauart mit gegen einen Rotor gekapseltem Stator.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Maschine in Radialfluss-Innenläuferbauart, wobei der Isolationskörper in einem Bereich jenseits der Stirnseite der Zähne eine Stufe aufweist.

Beschreibung von Ausführungsformen
Anhand der beigefügten Figuren sollen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anschaulich beschrieben werden. Bestimmte Modifikationen der nachfolgend erläuterten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, um weitere Varianten auszubilden.
1 zeigt einen Zahnstern 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Zahnstern 1 ist Teil des Eisenkerns des Stators und wird, wie nachfolgend erläutert, mit Wicklungen versehen. Ferner umfasst ein Stator einen Jochring (in 1 nicht dargestellt), der gemäß der Ausgestaltung der ersten Ausführungsform an der Außenumfangsseite des Zahnsterns 1 angeordnet wird. Ergänzend wird in diesem Zusammenhang bereits auf die in 5b dargestellte Ansicht verwiesen, die einen Stator mit Zahnstern sowie Jochring zeigt.
In dem in 1 dargestellten Zustand ist der Zahnstern 1 gemäß der ersten Ausführungsform für die Weiterverarbeitung (Bestückung mit Wicklungen) vorbereitet. Der Zahnstern 1 umfasst eine Vielzahl von Zähnen 10, wobei zwischen den Zähnen 10 jeweils Statornuten ausgebildet sind, in denen in einem weiteren Arbeitsschritt Wicklungen eingebracht werden.
Die Zähne 10 des Zahnsterns 1 sind gemäß der ersten Ausführungsform getrennt zueinander vorgesehen (ohne Steg) und weisen an ihren Flanken (der zur Statornut weisenden Seite) einen Isolationskörper 15 auf. Der Isolationskörper 15 erstreckt sich entlang des jeweiligen Zahns 10 bis zum Nutgrund und stellt eine elektrische Isolation einer in die Statornut einzubringenden Wicklung relativ zum Zahnstern 1 bereit. Ferner wird ein innerer Bereich zum Rotor hin von der jeweiligen Statornut mit dem Isolationskörper 15 abgedichtet, sodass eine Kühlflüssigkeit zwar in axialer Richtung durch die Statornut strömen kann, nicht aber radial in Richtung des Rotors aus dem Stator entweicht.
Der Isolationskörper 15 erstreckt sich ferner in axialer Richtung über eine Stirnseite der Zähne 10 des Zahnsterns 1 hinaus, um auch in diesem Bereich eine fluiddichte Abdichtung bereitzustellen. Hierbei erstreckt sich der Isolationskörper 15 in im Wesentlichen axialer Richtung. Der Isolationskörper 15 erstreckt sich jenseits der Stirnseite der Zähne in einer zylinderförmigen oder im Wesentlichen zylinderförmigen Gestalt.
Gemäß einer Modifikation kann jedoch auch in einem Bereich außerhalb der Stirnseite der Zähne 10 des Zahnsterns 1 eine Stufe ausgebildet sein, um beispielsweise Verschaltungsringe aufzunehmen (siehe nachfolgend beschriebene Ausführungsform in 8).
Der Isolationskörper 15 wird bei der Herstellung entlang der axialen Länge der Zähne 10 mittels Vergießens oder Umspritzens des Zahnsterns 1 ausgebildet und ist somit an und um die Zähne 10 angebracht. Auf diese Weise haftet der Isolationskörper 15 flächig an den Zähnen 10 an und stellt eine durchgehende Isolationsschicht bereit sowie eine Abdichtung gegen die Kühlflüssigkeit zwischen den angrenzenden Körpern.
2a zeigt eine Schnittansicht eines Abschnitts des Zahnsterns 1, wobei der Isolationskörper 15 im Bereich des Nutgrunds abschnittsweise eine größere Dicke aufweist und somit, in axialer Richtung betrachtet, einen Kanal (oder mehrere) ausbildet. Somit kann eine Kühlflüssigkeit, die im Betrieb durch die Statornuten strömt und die in die Statornuten eingelegten Wicklungen kühlt, zusätzlich in dem im Bereich des Nutgrunds gebildeten Kanal geführt werden, wodurch insbesondere im Bereich des zum Rotor angrenzenden Luftspaltes eine besonders effiziente Kühlung ergibt.
Die kanalartige Ausgestaltung des Abschnitts des Isolationskörpers 15 im Bereich des Nutgrunds kann durch in der Spritzgussmaschine beziehungsweise im Werkzeug vorhandene Einsätze erreicht werden, entlang derer ein flüssiger Kunststoff einströmt. Nach zumindest teilweisem Aushärten des Kunststoffs und somit Ausbildung des Isolationskörpers 15 werden die Einsätze entfernt oder das Werkzeug der Spritzgussmaschine öffnet sich.
2b zeigt eine Modifikation des in 2a dargestellten Zahnsterns. Ein Isolationskörper 15' wird bei der Herstellung entlang der axialen Länge der Zähne 10' mittels Vergießens oder Umspritzens des Zahnsterns 1' ausgebildet. Bei der Modifikation gemäß 2b ist der Isolationskörper 15' am Nutgrund des zwischen den Zähnen 10' ausgebildeten Nutgrunds im Wesentlichen flach ausgebildet, damit das Kühlmittel hauptsächlich zwischen den einzelnen Lagen der Wicklung fließt und kühlt.
3 zeigt eine Schnittansicht eines Abschnitts einer zweiten Ausführungsform eines Zahnsterns 1a. Der Zahnstern 1a gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen darin vom Zahnstern 1 der ersten Ausführungsform, dass der Zahnstern 1a Stege 11a aufweist, die die jeweils benachbarten Zähne 10a miteinander verbinden. Der Zahnstern 1a kann auch durch eine Vielzahl von Zahnsegmenten ausgebildet und somit umlaufend segmentiert sein (dies ist in einer sogenannten Doppelstegvariante ( 4a und 4b) deutlicher zu erkennen). Die Segmentierung in axialer Richtung durch eine Vielzahl von dünnen Elektroblechen ist in den Figuren nicht dargestellt und selbstredend im Bereich elektrischer Maschinen.
Ähnlich wie in der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform sind in den Statornuten Abschnitte eines Isolationskörpers 15a an den Zähnen 10a vorgesehen. Dies kann mittels Vergießens oder Umspritzens des Zahnsterns 1a erfolgen. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist der Isolationskörper 15a ähnlich demjenigen ausgebildet, der in 2a der ersten Ausführungsform dargestellt ist, jedoch ist ersichtlich, dass auch die in 2b dargestellte Modifikation mit einer flachen Ausbildung im Bereich des Nutgrunds vorgesehen sein kann.
Der Isolationskörper 15a erstreckt sich, ähnlich wie der Isolationskörper der ersten Ausführungsform, ferner in axialer Richtung über eine Stirnseite der Zähne 10a des Zahnsterns 1a hinaus, um auch in diesem Bereich eine fluiddichte Abdichtung bereitzustellen.
Bezüglich weiterer Komponenten des Zahnsterns 1a der zweiten Ausführungsform wird auf die Erläuterungen zur ersten Ausführungsform verwiesen.
4a zeigt einen Zahnstern 1b gemäß einer dritten Ausführungsform. Der Zahnstern 1b umfasst eine Vielzahl von Zähnen 10b, wobei zwischen den Zähnen 10b jeweils Statornuten ausgebildet sind. Der Zahnstern 1b ist, wie in 4a ersichtlich, mittels einer Vielzahl von Zahnsegmenten ausgebildet, die in dieser Ausführung sowohl umlaufend als auch in axialer Richtung segmentweise miteinander verbunden sind. An einer in radialer Richtung nach Innen weisenden Seite der Zähne 10b ist eine zylindrische Fortführung im Bereich der Wickelköpfe/Wicklungen ausgebildet, der die Zähne 10b an seiner Außenumfangsseite miteinander verbindet und gegen den Luftspalt zum Rotor bzw. die Bohrung des Stators abdichtet.
Der Zahnstern 1b gemäß der dritten Ausführungsform ist, wie noch deutlicher in der Schnittansicht gemäß 4b zu erkennen, mit einem Doppelsteg ausgebildet, wobei der Doppelsteg benachbarte Zähne 10b des Zahnsterns 1b miteinander verbindet. Der Doppelsteg weist einen ersten Stegabschnitt 12b und einen zweiten Stegabschnitt 13b auf, die durch eine Aussparung 14b voneinander getrennt sind. Während des Umspritzens des Zahnsterns zur Fertigung des Isolationskörpers 15b ist es für eine weitere Ausführungsform vorgesehen, dass die Aussparungen 14b nur teilweise ausgespritzt werden, wodurch sich nach Öffnen des Werkzeugs bevorzugt zylinderartige Kanäle ausbilden. Diese Kanäle bzw. Rohre 16b können parallel zu den Nuten mit Wicklung ebenfalls Kühlmittel durch die Maschine führen.
Somit kann durch eine Kühlung des Bereiches zum Rotor hin eine bessere Kühlung des Rotors und somit eine höhere Leistungsfähigkeit der E-Maschine erreicht werden.
In den Statornuten des Zahnsterns 1b gemäß der dritten Ausführungsform sind Abschnitte eines Isolationskörpers 15b vorgesehen (an den Innenseiten der Zähne durch Vergießen oder Umspritzen angebracht), die die Zähne 10b relativ zur jeweils in die Statornut einzubringenden Wicklung isolieren. Ähnlich wie bereits im Rahmen der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben dient der Isolationskörper 15b der elektrischen Isolation. Ferner kann ein innerer Bereich der jeweiligen Statornut abgedichtet werden, sodass eine Kühlflüssigkeit durch die Statornut strömen kann.
Der Isolationskörper 15b erstreckt sich ferner in axialer Richtung über eine Stirnseite der Zähne 10b des Zahnsterns 1b hinaus, um auch in diesem Bereich eine fluiddichte Abdichtung bereitzustellen. Allerdings kann in einem Bereich jenseits der Stirnseite der Zähne 10b auch eine Stufe oder andersartige Struktur ausgebildet sein, um beispielsweise Verschaltungsringe aufzunehmen.
Die Abschnitte des Isolationskörpers 15b sind im Bereich der Zähne 10b im Wesentlichen ähnlich wie diejenigen der Modifikation der ersten Ausführungsform im Bereich des Nutgrunds flach ausgebildet.
5a zeigt den Zahnstern gemäß 4a mit dem Isolationskörper 15b sowie eine in die jeweilige Statornut eingebrachte Wicklung 50b. An einem Ausgangsabschnitt der jeweiligen Statornut ist darüber hinaus ein Nutisolationsverschlusselement 30b aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen, das die jeweilige Statornut verschließt und dabei ebenfalls eine Trennung zwischen der Wicklung 50b und den benachbarten Zähnen 10b sowie dem Jochring 40b (siehe 5b) bereitstellt.
In 5b wird die dritte Ausführungsform des Zahnsterns 1 in einer weiteren Ansicht gezeigt, wobei gemäß der Ansicht von 5b zusätzlich ein Jochring 40b dargestellt ist, der an einer Außenumfangsseite des Zahnsterns angeordnet ist.
6a zeigt eine vierte Ausführungsform eines Zahnsterns 1c, der Nutisolationsverschlusselemente 30c zum Verschließen der jeweils eine Wicklung 50c aufnehmenden Statornut aufweist.
6b zeigt, dass das Nutisolationsverschlusselement 30c einen Basisabschnitt 31c umfasst sowie zwei Stege 32c, die sich im Wesentlichen rechtwinklig von der Basis 31c erstrecken und für ein Überlappen des elektrisch isolierenden Werkstoffes mit dem des Isolationskörper 15c sorgen.
Die Stege 32c weisen jeweils ein Rastelement 32c-1 auf, die beim Anbringen des Nutisolationsverschlusselements 30c in der Statornut in eine entsprechende Aussparung im oder eine Stufe am Isolationskörper 15c eindringt oder dort aufliegt, und somit die Nutisolationsverschlusselemente 30c mit der darunter befindlichen Wicklung 50c für die weitere Montage fixiert, sowie sicherstellt, dass die Nutisolationsverschlusselemente 30c die Statornut verschließen.
7 zeigt eine elektrische Maschine 100 in Radialfluss-Innenläuferbauart mit einem gegen einen Rotor gekapselten Stator der eine direkte Kühlung der Motorwicklung bereit stellt. Der Stator gemäß der elektrischen Maschine 100 weist einen Zahnstern 1 sowie einen Isolationskörper 15 gemäß der ersten Ausführungsform auf, wobei alternativ auch der Zahnstern bzw. der Isolationskörper gemäß einer der anderen Ausführungsformen oder Modifikationen zum Einsatz kommen kann.
Die elektrische Maschine 100 umfasst ein Gehäuse 101, welches den Stator 150 sowie einen Rotor 160 aufnimmt und mit einem Deckel bzw. durch das Lagerschild 102 verschlossen ist. Der Stator umfasst den Zahnstern 1, der die Wicklungen 50 aufnimmt, sowie den Jochring 40. Ferner ist der Isolationskörper 15 vorgesehen, der sich beidseitig über eine Stirnseite der Zähne hinaus erstreckt und mit einem ersten Dichtring 103a, der am Lagerschild 102 angeordnet ist, und mit einem zweiten Dichtring 103b, der am Gehäuse 101 angeordnet ist, in Kontakt steht. Somit wird ein Abschnitt im Bereich des Stators 150 gegenüber einem Abschnitt im Bereich des Rotors 160 durch den Isolationskörper getrennt.
Das Gehäuse 101 bzw. das oder die Lagerschilde weisen einen Einlass 110 sowie einen Auslass 111 für eine Kühlflüssigkeit auf, welche Kühlflüssigkeit durch den Bereich zwischen den Zähnen des Zahnsterns 1 und somit „direkt“ entlang der Wicklung strömt. Durch die Anordnung des Isolationskörpers 15 wird sichergestellt, dass die Kühlflüssigkeit nicht in den Bereich des Rotors 160 gelangt.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Maschine in Radialfluss-Innenläuferbauart, wobei ein Isolationskörper 15d in einem Bereich jenseits der Stirnseite der Zähne des Zahnsterns 1d eine Stufe aufweist.
Wicklungen 50d erstrecken sich jenseits des Zahnsterns 1d und des den Zahnsterns 1d umgebenden Jochrings 40d. Durch die Stufe des Isolationskörpers 15d wird zusätzlicher Bauraum zur Verfügung gestellt, um Verschaltungsringe 170d aufnehmen zu können.
Die Reihenfolge zur Montage des Stators kann bei Einsatz eines Zahnsternsegmente aufweisenden Zahnsterns folgendermaßen ablaufen:

Zunächst wird der Zahnstern bereitgestellt, wobei je nach Ausführungsform die Zähne einzeln oder segmentweise zusammengefügt werden. Nachfolgend wird der Isolationskörper insbesondere mittels Vergießens oder mittels Umspritzens um den Zahnstern angebracht, insbesondere durch ein Kunststoff-Spritzgussverfahren.

Nach Aushärten des Isolationskörpers werden die Wicklungen/ Spulen in die Statornuten eingesetzt und dann die Nutisolationsverschlusselemente im Öffnungsbereich der Statornuten angebracht. In einem weiteren Fertigungsschritt wird ein Jochring, der beispielsweise mehrere Segmente aufweist, um den Zahnstern angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 112016000898 T5 [0002]
WO 2015132111 A1 [0003]
DE 10253235 A1 [0004]

Claims

Stator für eine elektrische Maschine (100), umfassend einen mehrere Zähne (10, 10a, 10b, 10c, 10d) aufweisenden Zahnstern (1, 1', 1a, 1b, 1c, 1d), wobei zwischen den Zähnen (10, 10a, 10b, 10c, 10d) Statornuten vorgesehen sind, einen Jochring (40, 40b), der den Zahnstern (1, 1a, 1b, 1c, 1d) zumindest abschnittsweise umgibt, ferner umfassend einen Isolationskörper (15, 15', 15a, 15b, 15c, 15d), der im Bereich der Statornuten angebracht ist und eine Wicklung (50, 50b) zum Stator isoliert, wobei sich der Isolationskörper (15, 15', 15a, 15b, 15c, 15d) über eine Stirnseite der Zähne (10, 10a, 10b, 10c, 10d) hinaus erstreckt.
Stator gemäß Anspruch 1, wobei der Isolationskörper (15, 15', 15a, 15b, 15c, 15d) einstückig ausgebildet ist.
Stator gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Isolationskörper (15, 15', 15a, 15b, 15c, 15d) mittels Vergießens oder Umspritzens des Zahnsterns (1, 1', 1a, 1b, 1c, 1d) ausgebildet ist.
Stator gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Stator eingerichtet ist, ein flüssiges Kühlmedium durch die Statornuten zu führen.
Stator gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend ein Nutisolationsverschlusselement (30c), das an zumindest einer Statornut derart angebracht ist, dass ein offener Bereich der Statornut verschlossen ist.
Stator gemäß Anspruch 5, wobei das Nutisolationsverschlusselement (30c) eine oder mehrere Rastelemente (32c-1) aufweist.
Stator gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Zahnstern (1, 1', 1a, 1b, 1c, 1d) und/oder der Jochring (40, 40b) in Umfangsrichtung mehrere Segmente aufweist.
Stator gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Isolationskörper (15, 15a, 15b, 15c, 15d) im Bereich eines Nutgrunds abschnittsweise eine größere Dicke aufweist.
Stator gemäß einem der Ansprüche 1-7, wobei der Isolationskörper (15') im Bereich eines Nutgrunds flach ausgebildet ist.
Stator gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Isolationskörper (15d) in einem Bereich jenseits der Stirnseite der Zähne (10d) eine Stufe ausbildet.
Elektrische Maschine (100), umfassend ein Gehäuse (101), das einen Stator gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche aufnimmt.
Elektrische Maschine (100) gemäß Anspruch 11, umfassend einen Rotor (160) in Innenläufer-Bauweise.
Elektrische Maschine (100) gemäß Anspruch 11 oder 12, umfassend einen ersten Dichtring (103a), der an einem Deckel (102) des Gehäuses (101) angeordnet ist, und/oder einen zweiten Dichtring (103b), der am Gehäuse (101) angeordnet ist, wobei der Isolationskörper (15, 15', 15a, 15b, 15c, 15d) mit dem ersten und/oder zweiten Dichtring in Kontakt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Stators, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines mehrere Zähne aufweisenden Zahnsterns (1, 1', 1a, 1b, 1c, 1d), wobei zwischen den Zähnen (10, 10a, 10b, 10c, 10d) Statornuten vorgesehen sind, Ausbilden eines Isolationskörpers (15, 15', 15a, 15b, 15c, 15d) im Bereich der Statornuten, Einlegen einer Wicklung (50, 50b) in die mit einem Isolationskörper (15, 15', 15a, 15b, 15c, 15d) versehenen Statornuten, und Anbringen eines Jochrings (40, 40b) am Zahnstern (1, 1', 1a, 1b, 1c, 1d) derart, dass der den Zahnstern (1, 1', 1a, 1b, 1c, 1d) zumindest abschnittsweise umgibt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Ausbilden des Isolationskörpers (15, 15', 15a, 15b, 15c, 15d) ein Vergießen oder Umspritzen des Zahnsterns (1, 1', 1a, 1b, 1c, 1d) umfasst.