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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine, umfassend ein Statorblechpaket mit einem im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt, das aus einer Anzahl von Statorblechen gebildet ist, die mehrere Statorzähne, die nach außen jeweils durch eine Statorzahnkrone abgeschlossen sind, umfassen, wobei innerhalb des Statorblechpakets mehrere Nuten ausgebildet sind, die sich ausgehend von einem Nutgrund zwischen zwei benachbarten Statorzähnen in radialer Richtung zu einem Rand des Stators erstrecken und jeweils eine Nutabschlussöffnung aufweisen, eine Statorwicklung, die durch mehrere elektrische Leiter innerhalb der Nuten gebildet ist, sowie eine weichmagnetische Beschichtung, mittels derer die Nutabschlussöffnungen verschlossen sind. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stators gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Elektrische Maschinen weisen in an sich bekannter Weise einen Stator sowie einen damit zusammenwirkenden Rotor auf. Der Stator ist aus einem Statorblechpaket mit einer Anzahl von Statorblechen gebildet, innerhalb derer - in Umfangsrichtung verteilt - mehrere Nuten ausgebildet sind. Diese Nuten, die jeweils zwischen zwei benachbarten Statorzähnen ausgebildet sind, sind zum Rotor hin offen ausgeführt und weisen jeweils eine Nutabschlussöffnung auf.
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Innerhalb der Nuten des Stators ist eine Wicklung vorgesehen, welche durch mehrere elektrische Leiter gebildet ist und die nachfolgend auch als Statorwicklung bezeichnet werden soll. Diese Statorwicklung erzeugt in der elektrischen Maschine ein Drehfeld, welches durch die Nutabschlussöffnung in einen Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor eindringt und dort bei einer Ausführung der elektrischen Maschine als Synchronmaschine die Statorpole anzieht und somit weiterdreht oder bei einer Ausführung der elektrischen Maschine als Asynchronmaschine Wirbelströme erzeugt und somit zu einer Kraftrückwirkung führt.
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Um die Verteilung des Magnetfelds innerhalb des Luftspalts zwischen dem Stator und dem Rotor homogener zu gestalten und dadurch die Drehmomentgleichmäßigkeit der elektrischen Maschine zu erhöhen, können die Nutabschlussöffnungen der Nuten durch eine entsprechende Formung der Statorzähne teilweise geschlossen werden.
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Ferner sollten idealerweise auch alle magnetischen Flüsse innerhalb des Stators (d. h. innerhalb der Statorzähne und einem Statorrücken zwischen den Statorzähnen) und somit nicht durch die elektrischen Leiter der Statorwicklung laufen, da sie dort Wirbelstromverluste erzeugen. Magnetische Streufelder können in unerwünschter Weise zum Beispiel von den Rotorpolen wieder in die Nuten des Stators hineinstreuen. Diese magnetischen Streufelder können mit zumindest teilweise geschlossenen Nuten verringert werden. Andererseits sollten die Nuten möglichst auch nicht vollständig geschlossen werden, da ansonsten ein magnetischer Kurzschluss vorliegt und der magnetische Statorfluss nicht mehr in den Rotor vordringen kann.
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Bei einigen Wicklungstypen können die äußeren Statorzahnkronen der Statorzähne des Stators nicht so geformt werden, dass die Nuten teilweise von diesen geschlossen sind. Bei diesen Typen müssen die Nuten vollständig offen sein, um vom Luftspalt her die Statorwicklung in die betreffenden Nuten einzubringen. In einigen elektrischen Großmaschinen wird dem Problem der offenen Nuten häufig mit so genannten magnetischen Nutkeilen abgeholfen. Dabei werden die Nutabschlussöffnungen mit einem magnetisch leitenden Nutkeil, der insbesondere ferromagnetisch oder ferrimagnetisch ist, verschlossen. Die Nutkeile werden nach dem Einbringen der Statorwicklung in die Nuten ihrerseits in die betreffenden äußeren Nutabschlussöffnungen eingesetzt. Derartige Nutkeile haben jedoch den Nachteil, dass sie einen relativ großen Bauraum beanspruchen, der in Kraftfahrzeugen nur selten vorhanden ist.
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In konventionellen elektrischen Maschinen, die für höhere elektrische Spannungen ausgelegt sind, werden die elektrischen Leiter der Statorwicklung häufig mit Hilfe eines Isolationslacks elektrisch isoliert. Zusätzlich wird in der Regel eine zweite elektrische Isolationsbarriere gegenüber dem elektrischen leitenden Statorblech des Stators geschaffen, indem ein Nutgrund jeder der Nuten des Stators vor der Einbringung der Statorwicklung mit einem vorgefalteten Isolationspapier ausgelegt wird. Dieses Isolationspapier kann insbesondere Aramidfasern oder keramische Fasern enthalten und ist insbesondere dazu in der Lage, scharfe Kanten des Statorblechs abzudecken, so dass eine Beschädigung des Isolationslacks der elektrischen Leiter der Statorwicklung wirksam verhindert werden kann. Der Stator ist häufig mit dem Erdpotential oder mit der Karosserie verbunden, würde aber selbst unverbunden durch etwaige Isolationsfehler in zwei Phasen diese beiden Phasen miteinander kurzschließen.
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Ein Problem der Nutgrundisolation mit Hilfe des Isolationspapiers besteht insbesondere in einer Reduzierung eines Nutquerschnitts innerhalb der betreffenden Nut. Der von dem Isolationspapier eingenommene Raum ist nämlich weder für einen elektrischen Leiter zur Erhöhung des Querschnitts der Statorwicklung, der zur Erhöhung einer Drehmomentdichte oder zu einer Verringerung der Verluste beiträgt, noch für den Stator magnetisch nutzbar.
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Die Größe der Nuten steht zumeist in einem Konflikt zwischen einem möglichst großen Aufnahmeraum für die elektrischen Leiter der Statorwicklung auf der einen Seite und einer möglichst kleinen Öffnung im Statorblech auf der anderen Seite, damit das Statorblech in den Bereichen zwischen den Nuten, also den Statorzähnen, und auf dem Statorrücken über den Nuten nicht von einem hohen magnetischen Fluss gesättigt werden kann. Die Größe der elektrischen Maschine ist dagegen zumeist von dem zur Verfügung stehenden Bauraum und durch das Gewicht begrenzt. Zudem sollte die Dicke des Statorrückens, insbesondere aus thermischen Gründen, möglichst reduziert werden, da die von der Statorwicklung generierte Wärme zumeist auf diesem Weg zur Statoroberfläche wandern muss, auf der sie dann an einen Kühlmantel abgegeben wird.
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Ein Problem besteht darin, dass das Isolationspapier den zur Verfügung stehenden Nutquerschnitt verringert. Ferner wäre es von Vorteil, wenn das Isolationspapier spaltfrei an einer Nutwand und an den elektrischen Leitern der Statorwicklung anliegen könnte, da ansonsten der magnetische Fluss einen höheren magnetischen Widerstand erfährt. Dieses ist mit einem Isolationspapier nicht erreichbar.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt, um die Nutabschlussöffnungen der Nuten eines Stators einer elektrischen Maschine zu verschließen. Aus der
EP 3 044 852 B1 und der
EP 3 044 853 B1 ist es bekannt, die äußeren Nutabschlussöffnungen der Nuten einer elektrischen Maschine mittels einer Nutabschlussmasse, die eine Reaktionsharzmischung und einen weichmagnetischen Füllstoff aufweist, zu verschließen. In der
DE 86 48 99 B ist ein Nutverschluss für Nuten einer elektrischen Maschine offenbart. Dabei sind die äußeren Nutabschlussöffnungen der Nuten mittels eines Füllstoffs geschlossen, der in Lack oder Kunstharz getränkt ist. Aus der JPS 5937858 A ist ein Füllstoff zum Schließen von Nuten einer elektrischen Maschine bekannt, wobei der Füllstoff ein magnetisches Pulver ist, welches in einen Lack eingebettet ist. Eine Isolation der Nuten des Stators durch eine Beschichtung aus einem weichmagnetischen Lack ermöglicht sowohl eine elektrische Isolation als auch eine magnetische Leitung im Bereich der Nutabschlussöffnungen.
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Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, einen Stator für eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art und ein Verfahren zur Herstellung eines Stators zur Verfügung zu stellen, wobei der Stator im Bereich seiner Nutabschlussöffnungen verbesserte magnetische Eigenschaften aufweist.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Stator der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 8 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßer Stator für eine elektrische Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Beschichtung im Bereich jeder der Nutabschlussöffnungen so ausgebildet ist, dass sie an zwei einander gegenüberliegenden Außenrandbereichen der Nutabschlussöffnung eine größere Dicke als in der Mitte der betreffenden Nutabschlussöffnung aufweist. Mit anderen Worten nimmt also die Dicke der Beschichtung ausgehend von einem ersten Außenrandbereich der Nutabschlussöffnungen von außen zur Mitte hin ab und von der Mitte nach außen zu einem zweiten Außenrandbereich der betreffenden Nutabschlussöffnung, der dem ersten Außenrandbereich gegenüberliegt, wieder zu. Da die Beschichtung in der Mitte der Nutabschlussöffnung jeweils eine geringere Dicke als an den Außenrändern der betreffenden Nutabschlussöffnung aufweist, kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass sich für das magnetische Querfeld von einem Statorzahn zu einem benachbarten Statorzahn ein magnetisch gut leitender Pfad bildet. Dieser magnetisch gut leitende Pfad hätte einen magnetischen Kurzschluss zwischen den benachbarten Statorzähnen zur Folge, so dass der gewünschte magnetische Pfad über den Rotor hinweg unterbrochen wäre. Stattdessen werden durch die in der vorstehend beschriebenen Weise gestaltete Beschichtung mit ihrem charakteristischen Beschichtungsprofil magnetische Streuflüsse der Rotorpole, die ohne die Beschichtung in die dann offene Nut und die darin untergebrachten elektrischen Leiter der Statorwicklung laufen könnten, aufgrund der höheren magnetischen Leitfähigkeit schneller zu den äußeren Rändern der Nut in das Statorblechpaket abgelenkt und somit davon abgehalten, in den elektrischen Leitern der Statorwicklung ihrerseits Wirbelströme zu erzeugen.
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Durch das Profil der Beschichtung im Bereich der Nutabschlussöffnung mit der von außen nach innen abnehmenden Dicke der Beschichtung bekommt der magnetisch kurzschließende Querpfad durch den weichmagnetischen Lack nicht nur einen höheren Widerstand, sondern führt darüber hinaus tendenziell aufgrund einer höheren magnetischen Flussdichte im dünnen Bereich der Beschichtung zu einer magnetischen Sättigung, wodurch die effektive Permeabilität µ in diesem Bereich absinkt und die magnetischen Pfade weiter deutlich abgeschwächt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Beschichtung im Bereich der Nutabschlussöffnungen konkav geformt ist. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass das Beschichtungsprofil im Bereich der Nutabschlussöffnungen symmetrisch zu den Längsachsen der Nuten ausgebildet werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Statorzahnkronen der Statorzähne mit der Beschichtung beschichtet sind. Dieses ermöglicht insbesondere eine einfache Herstellung der Beschichtung, da der Rand des Stators mit den Statorzahnkronen und den Nutabschlussöffnungen vollflächig mit der Beschichtung versehen werden kann und keine Maßnahmen ergriffen werden müssen, um die Statorzahnkronen nicht zu beschichten.
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In einer alternativen Ausführungsform besteht auch die Möglichkeit, dass die Statorzahnkronen der Statorzähne unbeschichtet sind. Durch die im Bereich der Statorzahnkronen der Statorzähne nicht vorhandene weichmagnetische Beschichtung kann ein Luftspalt zwischen dem Stator und einem mit diesem zusammenwirkenden Rotor der elektrischen Maschine in vorteilhafter Weise vergrößert werden. Beispielsweise kann für die Herstellung der Beschichtung eine Schablone oder Maske verwendet werden, welche die Statorzahnkronen während des Beschichtungsprozesses abdeckt und somit gezielt von der Beschichtung ausspart. Alternativ kann die Beschichtung von den Statorzahnkronen der Statorzähne, insbesondere in einem Schleifprozess, abgetragen werden.
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Vorzugsweise kann die Beschichtung durch einen flüssigen weichmagnetischen Lack oder durch einen Pulverlack gebildet sein. Dieser Lack bildet nach dem Aushärten beziehungsweise Durchhärten die Beschichtung aus.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Beschichtung ferrimagnetische, ferromagnetische oder paramagnetische Partikel enthält. Typische ferrimagnetische Stoffe, aus denen die ferrimagnetischen Partikel der weichmagnetischen Beschichtung hergestellt sind, sind zum Beispiel Ferrite, insbesondere Eisenoxide. Ferrite haben den Vorteil, dass sie nicht elektrisch leitend sind und eine relativ hohe magnetische Leitfähigkeit zur Verfügung stellen. Demgegenüber sind paramagnetische Werkstoffe weniger vorteilhaft, da sie eine erheblich geringere magnetische Leitfähigkeit aufweisen. Alternativ können auch ferromagnetische Werkstoffe zur Herstellung der Partikel der weichmagnetischen Beschichtung verwendet werden. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie - wie zum Beispiel die elementaren ferromagnetischen Materialien Fe, Co und Ni - in der Regel elektrisch leitend sind. Daher sollten Partikel, die aus einem elektrisch leitenden ferromagnetischen Werkstoff hergestellt sind, vorzugsweise mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen sein. Es besteht die Möglichkeit, dass die ferromagnetischen Partikel so klein ausgebildet sind, dass sie superparamagnetisch wirken und damit bei üblichen Betriebstemperaturen in sich nicht mehr als einen Weiß'schen Bezirk ausbilden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung können dem weichmagnetischen Lack, aus dem die Beschichtung nach dem Aus- beziehungsweise Durchhärten gebildet ist, zusätzliche Partikel mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit beigemengt sein. Dabei kann es sich insbesondere um Partikel aus ZnO, TiO2 oder Ta2O5 handeln.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine umfasst gemäß Anspruch 7 die Schritte - Bereitstellen eines Statorblechpakets mit einem im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt, das aus einer Anzahl von Statorblechen gebildet ist, die mehrere Statorzähne, die nach außen jeweils durch eine Statorzahnkrone abgeschlossen sind, umfassen, wobei innerhalb des Statorblechpakets mehrere Nuten ausgebildet sind, die sich ausgehend von einem Nutgrund zwischen zwei benachbarten Statorzähnen in radialer Richtung zu einem Rand des Stators erstrecken und jeweils eine Nutabschlussöffnung aufweisen,
- - Einbringen einer Anzahl elektrischer Leiter in jede der Nuten zur Bildung einer Statorwicklung,
- - Verschließen der Nutabschlussöffnungen der Nuten durch Lackieren der Nutabschlussöffnungen mit einem weichmagnetischen Lack, der nach einem Härtungsschritt eine weichmagnetische Beschichtung der Nutabschlussöffnungen bildet. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass die Beschichtung mit einem Beschichtungsprofil erzeugt wird, welches an zwei einander gegenüberliegenden Außenrandbereichen jeder der Nutabschlussöffnungen eine größere Dicke als in der Mitte der betreffenden Nutabschlussöffnung aufweist. Mit anderen Worten wird ein Beschichtungsprofil in den Nutabschlussöffnungen erzeugt, bei dem die Dicke der Beschichtung ausgehend von einem ersten Außenrandbereich von außen zur Mitte hin abnimmt und von der Mitte nach außen zu einem zweiten Außenrandbereich der Nutabschlussöffnung, der dem ersten Außenrandbereich gegenüberliegt, wieder zunimmt. Auf die Vorteile dieser Ausgestaltung des Beschichtungsprofils wurde oben bereits ausführlich eingegangen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass ein flüssiger weichmagnetischer Lack zur Herstellung der Beschichtung verwendet wird, wobei das Beschichtungsprofil der Beschichtung im Bereich der Nutabschlussöffnungen mit einer von außen nach innen abnehmenden Dicke durch eine Einstellung der Kapillarwirkung, insbesondere über eine Wahl der Oberflächenspannung und der Polarität, während des Lackierprozesses erzeugt wird.
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In einer alternativen Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass ein weichmagnetischer Pulverlack zur Erzeugung der Beschichtung verwendet wird, wobei in einem Pulverbeschichtungsverfahren durch die Wahl unterschiedlicher elektrischer Spannungen an der Statorwicklung und an dem Statorblechpaket unterschiedliche elektrostatische Anziehungskräfte für den Pulverlack generiert werden, so dass das Beschichtungsprofil der Beschichtung im Bereich der Nutabschlussöffnungen mit einer von außen nach innen abnehmenden Dicke erzeugt wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
- 1 einen Stator einer elektrischen Maschine, der gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist,
- 2 einen Stator einer elektrischen Maschine, der gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist,
- 3 einen Stator einer elektrischen Maschine, der gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
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Unter Bezugnahme auf 1 soll nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel eines Stators 1 einer elektrischen Maschine näher erläutert werden. Der Stator 1 hat einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt und ist durch ein Statorblechpaket 10 mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Statorbleche 11 gebildet, von denen in 1 (und in den übrigen Figuren) jeweils eines gezeigt ist. Das Statorblechpaket 10 weist eine Mehrzahl von Statorzähnen 13, 14 auf, die nach außen jeweils durch eine Statorzahnkrone 130, 140 abgeschlossen sind.
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Der Stator 1 wirkt in an sich bekannter Weise mit einem Rotor 2 der elektrischen Maschine zusammen, wobei zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 2 ein Luftspalt 3 ausgebildet ist. Der Stator 1 weist luftspaltseitig eine Statorinnenseite 12 auf, die dem Rotor 2 zugewandt ist. Innerhalb des Statorblechpakets 10 sind - in Umfangsrichtung vorzugsweise gleichmäßig verteilt - mehrere Nuten 4 ausgebildet, die sich ausgehend von einem Nutgrund 41 zwischen zwei benachbarten Statorzähnen 13, 14 in radialer Richtung zum Luftspalt 3 erstrecken und zum Luftspalt 3 hin jeweils eine Nutabschlussöffnung 40 aufweisen. In 1 ist eine dieser Nuten 4 des Stators 1 zwischen zwei benachbarten Statorzähnen 13, 14 gezeigt.
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Innerhalb der Nuten 4 sind jeweils mehrere elektrische Leiter 50, 51, 52, 53, 54, 55 angeordnet, die zusammen - d.h. über alle Nuten 4 des Stators 1 betrachtet - eine Statorwicklung 5 des Stators 1 bilden. Die elektrischen Leiter 50, 51, 52, 53, 54, 55 sind vorzugsweise aus Kupfer hergestellt und mit einem elektrisch isolierenden Isolationslack ummantelt.
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Innerhalb der Nutabschlussöffnungen 40 sowie auf den Statorzahnkronen 130, 140 der Statorzähne 13, 14 des Stators 1 ist eine Beschichtung 6, die aus einem weichmagnetischen Lack hergestellt ist, ausgebildet. Dieser weichmagnetische Lack kann zum Beispiel ein flüssiger Polymerlack sein, der ferrimagnetische, ferromagnetische oder - allerdings weniger vorteilhaft - paramagnetische Partikel enthält und nach dem Aushärten die Beschichtung 6 bildet. Die flüssige Komponente des weichmagnetischen Lacks kann beispielsweise durch Enamel, Polyimide, Polyamide oder Epoxide gebildet sein, die mit den magnetischen Partikeln gefüllt ist und nach dem Applizieren aushärtet. Der weichmagnetische Lack wird bei der Herstellung des Stators 1 auf dessen Innenseite 12 lackiert, so dass der Lack die Statorzahnkronen 130, 140 der Statorzähne 13, 14 abdeckt und die Nutabschlussöffnungen 40 verschließt.
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Alternativ zu einem flüssigen Polymerlack kann auch ein Pulverlack verwendet werden, der durch ein Pulverbeschichtungsverfahren appliziert wird. Ein derartiger Pulverlack enthält ein Harzpulver, vorzugsweise auf Epoxyd-Basis, mit zusätzlichen weichmagnetischen Partikeln, insbesondere mit ferrimagnetischen, ferromagnetischen oder (allerdings weniger vorteilhaft) mit paramagnetischen Partikeln. Der Pulverlack wird durch elektrostatische Aufladung auf den Statorzähnen 13, 14 und in den Nutabschlussöffnungen 40 verteilt und anschließend durch Wärmebeaufschlagung, insbesondere in einem Ofen, ausgehärtet. Nach dem Aushärten bildet der Pulverlack die Beschichtung 6, welche die Statorzahnkronen 130, 140 der Statorzähnen 13, 14 abdeckt und die Nutabschlussöffnungen 40 verschließt.
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Die Polymermatrix des weichmagnetischen Lacks kann zum Beispiel durch einen thermoplastischen Werkstoff gebildet sein, der zum Zwecke des Aushärtens über seine Glasübergangstemperatur hinaus erwärmt wird. Vorzugsweise ist die Glasübergangstemperatur höher als die Betriebstemperatur der elektrischen Maschine. Vorteilhafter ist jedoch eine Matrix aus einem Duroplast, der nicht vollständig polymerisiert ist und nach dem Aufbringen des weichmagnetischen Lacks durchhärtet. Ferner können grundsätzlich auch Elastomere verwendet werden.
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Typische ferrimagnetische Stoffe, aus denen die ferrimagnetischen Partikel des weichmagnetischen Lacks hergestellt sind, sind zum Beispiel Ferrite, insbesondere Eisenoxide. Ferrite haben den Vorteil, dass sie nicht elektrisch leitend sind und eine relativ hohe magnetische Leitfähigkeit zur Verfügung stellen. Wie bereits erwähnt, sind paramagnetische Werkstoffe weniger vorteilhaft, da sie eine erheblich geringere magnetische Leitfähigkeit aufweisen. Alternativ können auch ferromagnetische Werkstoffe zur Herstellung der Partikel des weichmagnetischen Lacks verwendet werden. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie - wie zum Beispiel die elementaren ferromagnetischen Materialien Fe, Co und Ni - in der Regel elektrisch leitend sind. Daher sollten Partikel, die aus einem elektrisch leitenden ferromagnetischen Werkstoff hergestellt sind, vorzugsweise mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen sein, bevor sie in die Lackmatrix eingebettet werden. Es besteht die Möglichkeit, dass die ferromagnetischen Partikel so klein ausgebildet sind, dass sie superparamagnetisch wirken und damit bei üblichen Betriebstemperaturen in sich nicht mehr als einen Weiß'schen Bezirk ausbilden.
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Die magnetische Permeabilität des weichmagnetischen Lacks ist typischerweise kleiner als die magnetische Permeabilität von Silizium-Stahl, der für die Herstellung der Statorbleche 11 des Statorblechpakets 10 typischerweise verwendet wird. Diese geringere Permeabilität kann vorliegend durchaus von Vorteil sein, da der Lack lediglich eine Feldformung des Statorfelds im Luftspalt 3 zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 2 und eine Abschirmung des Rotorfeldes, jedoch keinen magnetischen Kurzschluss für das Statorfeld von Statorzahn 13 zu Statorzahn 14 und somit am Rotor 2 vorbei bewirken soll.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung können dem weichmagnetischen Lack, aus dem die Beschichtung 6 nach dem Aus- beziehungsweise Durchhärten gebildet ist, zusätzliche Partikel mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit beigemengt sein. Dabei kann es sich insbesondere um Partikel aus ZnO, TiO2 oder Ta2O5 handeln.
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Wie in 1 zu erkennen, ist die Beschichtung 6 im Bereich der Nutabschlussöffnung 40 so ausgebildet, dass sie in den beiden einander gegenüberliegenden Außenrandbereichen der Nutabschlussöffnung 40 eine größere Dicke als in der Mitte der betreffenden Nutabschlussöffnung 40 aufweist. Mit anderen Worten nimmt also die Dicke der Beschichtung 6 ausgehend von einem ersten Außenrandbereich von außen zur Mitte hin ab und von der Mitte nach außen zu einem zweiten Außenrandbereich der Nutabschlussöffnung 40, der dem ersten Außenrandbereich gegenüberliegt, wieder zu. Die Beschichtung 6 ist im Bereich der äußeren Nutabschlussöffnung 40 insbesondere konkav geformt und somit nach innen in die Nutabschlussöffnung 40 hinein gekrümmt ausgebildet.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist dort ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stators 1 gezeigt, bei dem die Beschichtung 6 im Bereich der Nutabschlussöffnung 40 im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel eine stärkere konkave Krümmung aufweist. Somit ist die Dicke der Beschichtung 6 in der Mitte der Nutabschlussöffnung 40 wesentlich geringer als im ersten Ausführungsbeispiel. Die Dicke der Beschichtung 6 in den einander gegenüberliegenden Außenrandbereichen der Nutabschlussöffnung 40 entspricht im Wesentlichen der Dicke der Beschichtung 6 des ersten Ausführungsbeispiels in diesen Bereichen.
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Dieses vorstehend erläuterte, vorzugsweise konkave, Beschichtungsprofil der Beschichtung 6 im Bereich der Nutabschlussöffnungen 40 kann bei einem flüssigen weichmagnetischen Lack durch eine geeignete Einstellung der Kapillarwirkung, insbesondere über die Oberflächenspannung und die Polarität, während des Lackierprozesses eingestellt werden. Bei der Verwendung eines Pulverlacks zur Erzeugung der Beschichtung 6 können in einem entsprechenden Pulverbeschichtungsverfahren durch die Wahl unterschiedlicher elektrischer Spannungen an der Statorwicklung 5 und an dem Statorblechpaket 10 unterschiedliche elektrostatische Anziehungskräfte für den Pulverlack durch die Nutabschlussöffnung 40, die einander gegenüberliegenden Außenränder der Nutabschlussöffnung 40 sowie die Statorzahnkronen 130, 140 der Statorzähne 13, 14 erzeugt werden, so dass dadurch ebenfalls das vorliegend konkave Profil der Beschichtung 6 mit einer von außen nach innen abnehmenden Dicke generiert werden kann.
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Da die Beschichtung 6 in der Mitte der Nutabschlussöffnung 40 eine geringere Dicke als an den Außenrändern der Nutabschlussöffnung 40 aufweist, kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass sich für das magnetische Querfeld von einem Statorzahn 13 zu einem benachbarten Statorzahn 14 ein magnetisch gut leitender Pfad bildet. Dieser magnetisch gut leitende Pfad hätte einen magnetischen Kurzschluss zwischen den benachbarten Statorzähnen 13, 14 zur Folge, so dass der gewünschte magnetische Pfad über den Rotor 4 hinweg unterbrochen wäre. Stattdessen werden durch die in der vorstehend beschriebenen Weise gestaltete Beschichtung 6 mit ihrem charakteristischen Beschichtungsprofil magnetische Streuflüsse der Rotorpole, die ohne die Beschichtung 6 in die dann offene Nut 4 und die darin untergebrachten elektrischen Leiter 50, 51, 52, 53, 54, 55 der Statorwicklung 5 laufen könnten, aufgrund der höheren magnetischen Leitfähigkeit schneller zu den äußeren Rändern der Nut 4 in das Statorblechpaket 10 abgelenkt und somit davon abgehalten, in den elektrischen Leitern 50, 51, 52, 53, 54, 55 der Statorwicklung 5 Wirbelströme zu erzeugen.
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Durch das Profil der Beschichtung 6 im Bereich der Nutabschlussöffnungen 40 mit der von außen nach innen abnehmenden Dicke der Beschichtung 6 bekommt der magnetisch kurzschließende Querpfad durch den weichmagnetischen Lack nicht nur einen höheren Widerstand, sondern führt darüber hinaus tendenziell aufgrund einer höheren magnetischen Flussdichte im dünnen Bereich der Beschichtung 6 zu einer magnetischen Sättigung, wodurch die effektive Permeabilität µ in diesem Bereich absinkt und die magnetischen Pfade weiter deutlich geschwächt werden.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist dort ein drittes Ausführungsbeispiel eines Stators 1 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Statorzahnkronen 130, 140 der Statorzähne 13, 14 nicht mit der Beschichtung 6 versehen sind. Somit weist nur die Nutabschlussöffnung 40 der Nut 4 die Beschichtung 6 aus dem weichmagnetischen Lack mit dem konkaven Beschichtungsprofil auf. Ausgehend von dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Stators 1 kann das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel des Stators 1 insbesondere dadurch erhalten werden, dass die Beschichtung 6 durch einen Schleifprozess von den Statorzahnkronen 130, 140 der Statorzähne 13, 14 entfernt wird. Alternativ kann während des Beschichtungsprozesses zum Beispiel eine Schablone oder Maske verwendet werden, die so ausgebildet ist, dass sie die Statorzahnkronen 130, 140 der Statorzähne 13, 14 abdeckt. Dadurch wird erreicht, dass die Statorzahnkronen 130, 140 nicht mit dem weichmagnetischen Lack überzogen werden und dieser nur in die Nutabschlussöffnungen 40 gelangt, in denen er nach dem Aus- beziehungsweise Durchhärten die Beschichtung 6 bildet. Durch die im Bereich der Statorzahnkronen 130, 140 der Statorzähne 13, 14 nicht vorhandene Beschichtung 6 kann der Luftspalt 3 zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 2 in vorteilhafter Weise vergrößert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3044852 B1 [0011]
- EP 3044853 B1 [0011]
- DE 864899 B [0011]
