DE102013201658A1

DE102013201658A1 - Stator für eine elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung des Stators

Info

Publication number: DE102013201658A1
Application number: DE201310201658
Authority: DE
Inventors: Juergen BERNDL; Bernhard Hübner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, umfassend einen zylindrischen Statorkörper mit einer ersten Stirnseite und einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseiten, mehreren in dem Statorkörper ausgebildete Statornuten, mehrere in die Statornuten eingezogene Spulen, wobei jede Spule an der ersten Stirnseite und an der zweiten Stirnseite jeweils einen Spulenkopf aufweist, mehrere Formkörper auf der ersten Stirnseite und mehrere Formkörper auf der zweiten Stirnseite, wobei die Spulenköpfe durch Einsetzen in die Formkörper voneinander isoliert sind, und wobei die Spulen zwischen den beiden Stirnseiten frei von den Formkörpern liegen.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung des Stators. Die elektrische Maschine wird vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug verwendet. Dabei wird die elektrische Maschine insbesondere zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet.
Elektrische Maschinen weisen in der Regel einen Stator und einen in dem Stator rotierenden Rotor auf. Der Stator umfasst einen zylindrischen Statorkörper mit mehreren Statornuten. In den Statornuten befinden sich mehrere Spulen. An den beiden Stirnseiten des zylindrischen Statorkörpers sind die Spulen zu Spulenköpfen geformt. Die Spulenköpfe müssen gegenüber dem Statorkörper und gegenüber benachbarten Spulenköpfen isoliert werden. Dies erfolgt in der Regel durch manuelles Einsetzen von Isolationspapier an den Spulenköpfen.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Stator für eine elektrische Maschine anzugeben, der bei kostengünstiger Herstellung und Montage betriebssicher und effizient funktioniert. Des Weiteren umfasst die Aufgabe vorliegender Erfindung das Angeben eines Verfahrens zur Herstellung des Stators.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine. Der Stator weist einen zylindrischen Statorkörper, insbesondere aus Metall, auf. In dem Statorkörper sind mehrere Statornuten ausgebildet. Des Weiteren sind an dem zylindrischen Statorkörper zwei gegenüberliegende Stirnseiten definiert. Die Statornuten erstrecken sich jeweils in Längsrichtung zwischen den beiden Stirnseiten. In die Statornuten sind mehrere Spulen eingezogen. Man spricht hier von ”eingezogen”, da die Spulen außerhalb des Statorkörpers gebildet sind und erst nachträglich, im fertig gewickelten Zustand in die Statornuten eingezogen sind. Jede Spule weist an der ersten Stirnseite und an der zweiten Stirnseite jeweils einen Spulenkopf auf. Die Spulenköpfe sitzen jeweils in einem Formkörper. Die Formkörper befinden sich somit an den beiden Stirnseiten des Statorkörpers. Die Formkörper dienen zur Isolation der einzelnen Spulenköpfe. Die Formkörper auf der ersten Stirnseite des Statorkörpers sind nicht mit den Formkörpern auf der gegenüberliegenden, zweiten Stirnseite des Statorkörpers verbunden. Dadurch liegen die Spulen zwischen den beiden Stirnseiten frei von den Formkörpern. In diesem freiliegenden Bereich werden nicht die Formkörper, sondern eine andere Methode zur Isolation der Spulen verwendet.
Vorteil vorliegender Erfindung ist in erster Linie, dass die Spulen außerhalb des Statorkörpers direkt auf die Formkörper gewickelt werden können. Die Formkörper verbleiben an den Spulen und werden zusammen mit den Spulen in den Statorkörper eingesetzt bzw. eingezogen. Dadurch ist zum einen die sichere Isolation der Spulenköpfe und zum anderen eine definierte geometrische Form der Spulenköpfe gegeben.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass pro Spulenkopf ein eigener Formkörper verwendet wird. Pro Spule gibt es somit einen Formkörper an der ersten Stirnseite und einen Formkörper an der zweiten Stirnseite des Statorkörpers. Dadurch können die einzelnen Spulen unabhängig voneinander gewickelt und auch unabhängig voneinander in den Statorkörper eingezogen werden.
Darüber hinaus ist bevorzugt vorgesehen, dass die Formkörper untereinander nicht verbunden sind. Ferner sind die Formkörper bevorzugt jeweils einstückig gefertigt. Insbesondere bietet sich hier ein Spritzgussverfahren aus Kunststoff zur Herstellung der Formkörper an. Auch durch diese Ausgestaltung vereinfacht sich das Einziehen der einzelnen Spulen in den Statorkörper.
Zur definierten Formgebung und zur Isolation der Spulenköpfe weisen die Formkörper bevorzugt jeweils einen Boden auf. Von diesem Boden stehen zwei voneinander beabstandete Seitenwände ab. Der Spulenkopf liegt somit in dem Formkörper und ist von drei Seiten, nämlich dem Boden und den beiden Seitenwänden, abgedeckt.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Formkörper jeweils bogenförmig ausgestaltet sind. Die Bogenform beschreibt, dass der Formkörper einen ersten Anteil aufweist, der sich zwischen zwei Statornuten erstreckt. Des Weiteren weist der Formkörper an seinen Enden jeweils einen zweiten Anteil auf. Diese zweiten Anteile sind zum ersten Anteil abgewinkelt und bilden somit einen fließenden Übergang zwischen den Statornuten und dem ersten Anteil des Formkörpers.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung des Stators für die elektrische Maschine. Bei dem Verfahren werden zunächst mehrere Spulen mit jeweils zwei Spulenköpfen bereitgestellt. Die Spulenköpfe befinden sich dabei jeweils in einem Formkörper. Zwischen den beiden Formkörpern liegt die Spule jeweils frei. Dieser freiliegende Bereich wird im Laufe des Verfahrens in die Statornuten eingezogen. Im nächsten Verfahrensschritt erfolgt dieses Einziehen der Spulen in die Statornuten des zylindrischen Statorkörpers. Dabei werden die Spulen so angeordnet, dass die Formkörper an den Stirnseiten des Statorkörpers zu liegen kommen.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Stators beschriebenen Unteransprüche und vorteilhaften Ausgestaltungen finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass zum Einziehen der Spulen in die Statornuten an einem der Formkörper gezogen wird. Die Kraft zum Einziehen setzt somit nicht direkt an der Spule, sondern am Formkörper an. Dies hat eine optimale Kraftanleitung in die Spule beim Einziehen zur Folge.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass nach dem Einziehen der Spulen die Spulenköpfe beispielsweise durch Pressen oder Drücken geformt werden. Insbesondere ist es dabei möglich, die Spulenköpfe zu verdichten und/oder die Spulenköpfe samt dem Formkörper bezüglich des Statorkörpers auszurichten. Ein Vorteil bei Verwendung des Formkörpers ist, dass die grobe geometrische Form der Spulenköpfe bereits durch das Wickeln in den Formkörper vorgegeben ist. Das nachträgliche Formen kann dadurch auch entfallen bzw. muss nur in geringem Umfang geformt werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Stators gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 einen Formkörper des erfindungsgemäßen Stators gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
3 einen Schnitt durch eine gewickelte Spule für den erfindungsgemäßen Stator gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Im Folgenden wird anhand der 1 bis 3 ein erfindungsgemäßer Stator 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel sowie das zugehörige Verfahren zur Herstellung des Stators 1 beschrieben.
1 zeigt in schematisch stark vereinfachter Darstellung einen Ausschnitt des Stators 1. Der Stator 1 umfasst einen zylindrischen Statorkörper 2. In 1 ist lediglich eine erste Stirnseite 3 des Statorkörpers 2 dargestellt.
In Statornuten des Statorkörpers 2 sind mehrere Spulen 4 eingezogen. Der Übersichtlichkeit halber zeigt 1 lediglich eine der Spulen 4. Die Spulen 4 weisen an den Stirnseiten 3 des Statorkörpers 2 jeweils einen Spulenkopf 5 auf. Der Spulenkopf 5 ist in einen eigenen Formkörper 7 eingesetzt. Der Formkörper ist ein spritzgegossenes Kunststoffteil. Zwischen den Stirnseiten 3, also zwischen zwei gegenüberliegenden Formkörpern 7, befindet sich ein freiliegender Bereich 6 der Spule 4. In diesem freiliegenden Bereich 6 liegt die Spule 4 frei von den Formkörpern 7 und ist in die Statornuten eingesetzt. Der freiliegende Bereich 6 wird durch eine andere Methode, beispielsweise Isolationspapier, isoliert.
2 zeigt im Detail den Formkörper 7. Der Formkörper 7 weist einen Boden und zwei voneinander beabstandete Seitenwände 9 auf. Die Seitenwände 9 stehen vom Boden 8 ab. Der Formkörper 7 unterteilt sich in einen mittigen ersten Anteil 10 und zwei seitliche zweite Anteile 11. Der erste Anteil 10 geht in die zweiten Anteile 11 über. Der erste Anteil 10 steht im Wesentlichen parallel zur Stirnseite 3 und senkrecht zu den Statornuten. Der Formkörper 7 ist bogenförmig ausgebildet, wodurch die zweiten Anteile 11 einen fließenden Übergang vom ersten Anteil 10 zu den Statornuten hin bilden. Dementsprechend sind an den Enden der zweiten Anteile 11 Öffnungen 12 ausgebildet. Diese Öffnungen 12 fluchten mit den Statornuten.
3 zeigt einen Schnitt durch eine fertig gewickelte Spule 4 mit zwei Spulenköpfen 5 und jeweils einem Formkörper 7 an einem der Spulenköpfe 5. Die Spulen 4 werden außerhalb des Statorkörpers 2 direkt auf die Formkörper 7 gewickelt. Dadurch ist die geometrische Form der Spulenköpfe 5 und auch die spätere Isolation der Spulenköpfe 5 bereits vor dem Einziehen in den Statorkörper 2 gegeben. Zwischen den beiden Spulenköpfen 5 befindet sich der freiliegende Bereich der Spule 4, welcher im fertigen Stator 1 in den Statornuten sitzt.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Statorkörper
3: Erste Stirnseite
4: Spule
5: Spulenkopf
6: Freiliegender Bereich
7: Formkörper
8: Boden
9: Seitenwände
10: Erster Anteil
11: Zweiter Anteil
12: Öffnung

Claims

Stator (1) für eine elektrische Maschine, umfassend – einen zylindrischen Statorkörper (2) mit einer ersten Stirnseite (3) und einer der ersten Stirnseite (3) gegenüberliegenden zweiten Stirnseiten, – mehreren in dem Statorkörper (2) ausgebildete Statornuten, – mehrere in die Statornuten eingezogene Spulen (4), wobei jede Spule (4) an der ersten Stirnseite (3) und an der zweiten Stirnseite jeweils einen Spulenkopf (5) aufweist, – mehrere Formkörper (7) auf der ersten Stirnseite und mehrere Formkörper (7) auf der zweiten Stirnseite, – wobei die Spulenköpfe (5) durch Einsetzen in die Formkörper (7) voneinander isoliert sind, und wobei die Spulen (4) zwischen den beiden Stirnseiten frei von den Formkörpern (7) liegen.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass pro Spulenkopf (5) ein eigener Formkörper (7) angeordnet ist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper (7) untereinander nicht verbunden sind.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Formkörper (7) einstückig, vorzugsweise als Spritzgussteile, gefertigt sind.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper (7) jeweils einen Boden (8) und zwei voneinander beabstandete und vom Boden (8) abstehende Seitenwände (9) umfassen.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper (7) jeweils bogenförmig ausgebildet sind, wobei die zwei Enden des jeweiligen Formkörper (7) zu einer Statornut hin gebogen sind.
Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) für eine elektrische Maschine, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen mehrerer Spulen (4) mit jeweils zwei Spulenköpfen (5), wobei die Spulenköpfe (5) jeweils in einen Formkörper (7) eingesetzt sind, und wobei die jeweilige Spule (4) zwischen den beiden Formkörpern (7) frei liegt, und – Einziehen der Spulen (4) in Statornuten eines zylindrischen Statorkörpers (2), so dass die Formkörper (7) an den Stirnseiten des Statorkörpers (2) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (4) vor dem Einziehen in die Statornuten direkt auf die Formkörper (7) gewickelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einziehen der Spulen (4) in die Statornuten an einem der Formkörper (7) gezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einziehen der Spulen (4) die Spulenköpfe (5), vorzugsweise durch Pressen oder Drücken, geformt werden.