DE102019113785A1

DE102019113785A1 - Stator einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102019113785A1
Application number: DE102019113785.3A
Authority: DE
Inventors: Johannes Stoll; Rolf Gräf
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2020-11-26
Also published as: US11482904B2; CN111987833B; CN111987833A; US20200373803A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (30) einer elektrischen Maschine, mit einem Statorblechpaket (20), das Statorbleche (1) umfasst, und mit mindestens einer Statorwicklung, die Leiterstäbe (31) umfasst, die in Nuten des Statorblechpakets (20) angeordnet und mit Hilfe einer Fixiereinrichtung in den Nuten des Statorblechpakets (20) fixiert sind.Um den Stator (30), insbesondere im Hinblick auf seine Lebensdauer und/oder seine Herstellbarkeit, zu verbessern, weist mindestens ein Klemmstatorblech (8; 28) eine Klemmgeometrie auf, die zur Darstellung der Fixiereinrichtung dient.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine, mit einem Statorblechpaket, das Statorbleche umfasst, und mit mindestens einer Statorwicklung, die Leiterstäbe umfasst, die in Nuten des Statorblechpakets angeordnet und mit Hilfe einer Fixiereinrichtung in den Nuten des Statorblechpakets fixiert sind. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen und/oder Bearbeiten eines Klemmstatorblechs für einen derartigen Stator.
Aus dem amerikanischen Patent US 4.994,700 ist eine dynamoelektrische Maschine mit einem Stator bekannt, der einen Statorgrundkörper und mindestens eine Wicklung aufweist, die Leiterstäbe umfasst, die in Nuten des Grundkörpers angeordnet sind und durch jeweils ein die Leiterstäbe umgebendes Federelement mit einem wellenartigen Querschnitt in den Nuten fixiert sind. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 18 16 283 ist eine Einrichtung zur Fixierung der Wicklungsstäbe oder Spulen in den Nuten des Eisenkörpers einer elektrischen Maschine bekannt, wobei die Nut durch mindestens ein sich über mindestens einen Teil der Eisenlänge erstreckendes Verschlussstück verschlossen ist, wobei der nicht von der Wicklung ausgefüllte Raum der Nut zwischen dem Nutenverschlussstück und dem Nutengrund von einem rohrförmigen aus einem elastischen und magnetischen Material bestehenden Hohlkörper ausgefüllt ist, in dessen Innerem mittels eines von einer an seinem einen Ende angeschlossenen Druckerzeugeranlage dauernd ein bestimmter steuerbarer Druck erzeugt wird, so dass auf die Stäbe beziehungsweise Spule der Wicklung dauernd ein bestimmter radialer Druck ausgeübt wird. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 32 41 410 A1 ist eine Einrichtung zur Fixierung der aus einzelnen Spulen bestehenden, in Statornuten eingelegten Wicklungen von elektrischen Maschinen bekannt, mit jeweils einem aus einem Nutenverschlusskeil, einem Federelement und einer Federabstützung gebildeten Nutenverschluss. Aus der europäischen Patentschrift EP 0 489 882 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung der elektrischen Isolierung der Wicklung einer elektrischen Maschine bekannt, die mit Spiel in Nuten des Rotors oder Stators eingelegte Wicklungsabschnitte aufweist, wobei zwischen der Nutoberfläche und den Wicklungsabschnitten ein in der Wärme expandierendes Laminat eingebracht wird, das eine elastisch komprimierbare Masse aus hochelastischen Fasern enthält. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2015 216 840 A1 ist ein Stator für eine elektrische Maschine mit einem Blechpaket bekannt, das Nuten aufweist, die sich in axialer Richtung des Stators erstrecken, und mit elektrisch leitfähigen, elektrischen Wicklungen des Stators darstellenden Stäben, von denen jeweils mindestens einer in einer der Nuten angeordnet ist, wobei jeder Stab durch ein jeweiliges elektrisches Isolationselement elektrisch gegen das Blechpaket isoliert ist, wobei das elektrische Isolationselement als ein Schlauchelement ausgestaltet ist, welches aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist und welches den Stab umschließt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere im Hinblick auf seine Lebensdauer und/oder seine Herstellbarkeit, zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Stator einer elektrischen Maschine, mit einem Statorblechpaket, das Statorbleche umfasst, und mit mindestens einer Statorwicklung, die Leiterstäbe umfasst, die in Nuten des Statorblechpakets angeordnet und mit Hilfe einer Fixiereinrichtung in den Nuten des Statorblechpakets fixiert sind, dadurch gelöst, dass mindestens ein Klemmstatorblech eine Klemmgeometrie aufweist, die zur Darstellung der Fixiereinrichtung dient. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden, um die Fixiereinrichtung darzustellen. Dadurch kann die Lebensdauer des vorzugsweise direkt gekühlten Stators deutlich erhöht werden. Darüber hinaus kann auf ein Imprägnieren oder Vergießen mit einem Harz verzichtet werden. Dadurch fällt ein ansonsten benötigter Fertigungsschritt weg.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmgeometrie mindestens einen Klemmvorsprung aufweist. Der Klemmvorsprung kann auch als Klemmnase bezeichnet werden und ist vorteilhaft direkt an dem Klemmstatorblech ausgebildet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmgeometrie mindestens zwei Klemmvorsprünge umfasst, die in einer Nut einander zugewandt sind. Dadurch wird die Fixierung der Leiterstäbe in der Nut erheblich vereinfacht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmgeometrie mindestens einen Klemmvorsprung aufweist, der in einem Nutgrund angeordnet ist. Auf der dem Nutgrund abgewandten Seite ist die Nut zum Beispiel durch ein Verschlussstück verschlossen. Mit dem Klemmvorsprung in dem Nutgrund kann auf einfache Art und Weise zwischen dem Nutgrund und dem Verschlussstück eine ausreichende Klemmkraft realisiert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stators ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Klemmvorsprung und den Leiterstäben der Statorwicklung, zumindest partiell, eine Schutzschicht ausgebildet ist. Die Leiterstäbe können zur Darstellung der Schutzschicht mit einem Kunststoff umspritzt werden. Die Schutzschicht dient vorteilhaft dazu, die Leiterstäbe, insbesondere eine Primärisolation auf den Leiterstäben, vor Beschädigungen zu schützen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stators ist durch eine Wicklungsdirektkühlung gekennzeichnet. Zur Darstellung der Wicklungsdirektkühlung muss in der Nut ein Fließquerschnitt für das Kühlmedium freibleiben. Dabei verhindert die beanspruchte Klemmgeometrie unerwünschte Relativbewegungen der Leiterstäbe relativ zueinander und/oder der Leiterstäbe in der Nut.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stators ist dadurch gekennzeichnet, dass das Statorblechpaket mindestens zwei Klemmstatorbleche umfasst, zwischen denen Statorbleche ohne Klemmvorsprung angeordnet sind. Mit nur zwei Klemmstatorblechen kann auf einfache Art und Weise eine ausreichende Klemmwirkung erzielt werden. Je nach Ausführung und Größe des Statorblechpakets können auch mehr als zwei, zum Beispiel drei oder mehr Klemmstatorbleche mit einer gewünschten Anzahl von Statorblechen ohne Klemmvorsprung kombiniert werden.
Bei einem Verfahren zum Herstellen und/oder Bearbeiten eines Klemmstatorblechs für einen vorab beschriebenen Stator ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass der Klemmvorsprung in dem Klemmstatorblech in einem Trennverfahren gefertigt wird. Der Klemmvorsprung kann in dem Klemmstatorblech besonders vorteilhaft mit einem Trennverfahren, wie Stanzen, gefertigt werden, wie es auch zur Herstellung von herkömmlichen Statorblechen angewendet wird. Dadurch kann der herstellungstechnische Aufwand gering gehalten werden.
Bei einem Verfahren zum Herstellen und/oder Bearbeiten eines Klemmstatorblechs für einen vorab beschriebenen Stator, insbesondere bei einem vorab beschriebenen Verfahren, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass der Klemmvorsprung an dem Klemmstatorblech in dem Statorblechpaket so umgeformt wird, dass der umgeformte Klemmvorsprung eine federnde Klemmung für die Leiterstäbe der Statorwicklung ermöglicht. Das Umformen kann zum Beispiel mit einem geeigneten Umformwerkzeug realisiert werden, das in das gepackte Statorblechpaket eingeführt wird.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Klemmstatorblech für einen vorab beschriebenen Stator. Das Klemmstatorblech ist separat handelbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

1 ein herkömmliches Statorblech mit einer Vielzahl von Nuten in der Draufsicht;
2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts II-II aus 1 mit einer Nut;
3 eine ähnliche Darstellung wie in 2 mit einer Klemmgeometrie, die zur Darstellung einer Fixiereinrichtung dient;
4 eine perspektivische Darstellung eines Statorblechpakets mit einem vereinfacht dargestellten Umformwerkzeug;
5 eine vergrößerte Darstellung einer Nut mit einem geklemmten beziehungsweise fixierten Leiterstab; und
6 ein Klemmstatorblech mit einer geklemmten Statorwicklung in der Draufsicht.

In 1 ist ein klassisches Statorblech 1 mit insgesamt vierundfünfzig Nuten 2 in der Draufsicht dargestellt.
In 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt II aus 1 mit einer Nut 5 dargestellte. Die Nut 5 hat eine im Wesentlichen rechteckförmige Geometrie 4, die in 2 nach oben offen ist.
In 3 ist in ähnlicher Darstellung wie in 2 ein Klemmstatorblech 8 mit einer Nut 9 gezeigt. Die Nut 9 ist in 3 nach oben offen, wie die Nut 5 in 2. Im Unterschied zu 2 ist die Nut 9 in 3 mit einer Klemmgeometrie 10 ausgestattet, die zur Darstellung einer Fixiereinrichtung 19 dient. Die Klemmgeometrie 10 umfasst zur Darstellung der Fixiereinrichtung 19 insgesamt sieben Klemmvorsprünge 11 bis 17.
Die Klemmvorsprünge 11, 12; 13, 14; 15, 16 sind in der Nut 9 paarweise einander zugewandt. Der Klemmvorsprung 17 ist in 3 unten in einem Nutgrund 18 der Nut 9 angeordnet.
In 4 ist ein Statorblechpaket 20 mit einer Vielzahl von Statorblechen 1 und zwei Klemmstatorblechen 8, 28 perspektivisch dargestellt. Das Klemmstatorblech 8 ist in dem in 4 gezeigten Statorblechpaket 20 oben angeordnet. Das Klemmstatorblech 28 ist in einer unteren Hälfte des Statorblechpakets 20 angeordnet.
Oberhalb des Statorblechpakets 20 ist in 4 ein quaderförmiges Umformwerkzeug 21 dargestellt. Durch einen Pfeil 22 ist angedeutet, dass das Umformwerkzeug 21 in 4 von oben nach unten in das Statorblechpaket 20 hinein bewegt wird, um die in 4 nicht näher bezeichneten Klemmvorsprünge, die vorzugsweise durch Stanzen der Klemmstatorbleche 8, 28 erzeugt werden, zu verformen.
In 5 ist gezeigt, wie ein Leiterstab 31 eines Stators 30 mit Hilfe der Klemmstatorbleche 8, 28 in dem Statorblechpaket 20 fixiert wird. Der Leiterstab 31 ist von einer Primärisolation 32 umgeben, an welcher umgeformte Endbereiche 33, 34 von Klemmvorsprüngen 35, 36 des Klemmstatorblechs 28 anliegen.
In 6 ist gezeigt, wie mit Hilfe des Klemmstatorblechs 8 eine Statorwicklung 40 mit vier Leiterstäben 41 bis 44 in der Nut 9 fixiert wird. Zwischen den Klemmvorsprüngen 11 bis 17 und der Statorwicklung 40 mit den Leiterstäben 41 bis 44 ist jeweils partiell eine Schutzschicht 45 angeordnet. Die Schutzschicht 45 ist zum Beispiel als Kunststoffumspritzung ausgeführt und dient insbesondere dazu, die Statorwicklung 40 vor mechanischen Beschädigungen zu schützen.
Zwischen den Leiterstäben 41 bis 44 und dem Klemmstatorblech 8 bleiben Zwischenräume 48 frei, die zum Durchführen eines (in 6 nicht dargestellten) Kühlmediums dienen. Mit dem Kühlmedium wird eine Wicklungsdirektkühlung der Statorwicklung 40 in der Nut 9 ermöglicht. Die Nut 9 ist in 6 oben durch ein Verschlussstück 46 abgeschlossen. Über das Verschlussstück 46 kann zum Beispiel das Kühlmedium zugeführt und abgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Statorblech
2: Nut
4: Geometrie
5: Nut
8: Klemmstatorblech
9: Nut
10: Klemmgeometrie
11: Klemmvorsprung
12: Klemmvorsprung
13: Klemmvorsprung
14: Klemmvorsprung
15: Klemmvorsprung
16: Klemmvorsprung
17: Klemmvorsprung
18: Nutgrund
19: Fixiereinrichtung
20: Statorblechpaket
21: Umformwerkzeug
22: Pfeil
28: Klemmstatorblech
30: Stator
31: Leiterstab
32: Primärisolation
33: Endbereich
34: Endbereich
35: Klemmvorsprung
36: Klemmvorsprung
40: Statorwicklung
41: Leiterstab
42: Leiterstab
43: Leiterstab
44: Leiterstab
45: Schutzschicht
46: Verschlussstück
48: Zwischenräume

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4994700 [0002]
DE 1816283 [0002]
DE 3241410 A1 [0002]
EP 0489882 B1 [0002]
DE 102015216840 A1 [0002]

Claims

Stator (30) einer elektrischen Maschine, mit einem Statorblechpaket (20), das Statorbleche (1) umfasst, und mit mindestens einer Statorwicklung (40), die Leiterstäbe (31;41-44) umfasst, die in Nuten (5,9) des Statorblechpakets (20) angeordnet und mit Hilfe einer Fixiereinrichtung (19) in den Nuten (5,9) des Statorblechpakets (20) fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Klemmstatorblech (8;28) eine Klemmgeometrie (10) aufweist, die zur Darstellung der Fixiereinrichtung (19) dient.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmgeometrie (10) mindestens einen Klemmvorsprung (11-17) aufweist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmgeometrie (10) mindestens zwei Klemmvorsprünge (11, 12; 12, 13; 14, 15) umfasst, die in einer Nut (9) einander zugewandt sind.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmgeometrie (10) mindestens einen Klemmvorsprung (18) aufweist, der in einem Nutgrund (18) angeordnet ist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Klemmvorsprung (12) und den Leiterstäben (43, 44) der Statorwicklung (40), zumindest partiell, eine Schutzschicht (45) ausgebildet ist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Wicklungsdirektkühlung.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorblechpaket (20) mindestens zwei Klemmstatorbleche (8; 28) umfasst, zwischen denen Statorbleche (1) ohne Klemmvorsprung angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen und/oder Bearbeiten eines Klemmstatorblechs (8; 28) für einen Stator (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmvorsprung (11-17) in dem Klemmstatorblech (8; 28) in einem Trennverfahren gefertigt wird.
Verfahren zum Herstellen und/oder Bearbeiten eines Klemmstatorblechs (8; 28) für einen Stator (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmvorsprung (11-17) an dem Klemmstatorblech (8,28) in dem Statorblechpaket (20) so umgeformt wird, dass der umgeformte Klemmvorsprung (11-17) eine federnde Klemmung für die Leiterstäbe (41-44) der Statorwicklung (40) ermöglicht.