DE102019214693A1

DE102019214693A1 - Maschinenkomponente, elektrische Maschine und Verfahren zum Herstellen der Maschinenkomponente

Info

Publication number: DE102019214693A1
Application number: DE102019214693.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Bolz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2021-03-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Maschinenkomponente (10) für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Traktionsmotor, insbesondere einen Statorgrundkörper für eine elektrische Maschine, mit einer Mehrzahl von sich radial erstreckenden Zähnen (20) und im Umfangsrichtung (22) zwischen den Zähnen (20) angeordneten Nuten (24), welche dafür ausgebildet sind, eine Mehrzahl von Spulenwicklungen (26), insbesondere Steckwicklungen aufzunehmen. Es wird vorgeschlagen, dass eine Nut (24) eine Kante (42) aufweist, welche an einer axialen Stirnseite (14) der Maschinenkomponente (10) angeordnet ist und zumindest abschnittweise abgerundet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin auch eine elektrische Maschine mit einer solchen Maschinenkomponente sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Maschinenkomponente.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind in Traktionsmotoren Statoren mit Steckwicklungen bekannt. Typischerweise werden die in die Nuten gesteckten Leiter verschränkt. Beim Schränken werden die aus dem Stator herausragenden Leiterabschnitte verbogen, in der Regel in Richtung des Umfangs. Beim Schränken ist es möglich, dass die Isolierung der Drähte an den Kanten der Nut beschädigt wird.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Traktionsmotor. Insbesondere kann die Maschinenkomponente ein Statorgrundkörper für eine elektrische Maschine sein. Die Maschinenkomponente weist eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Zähnen und im Umfangsrichtung zwischen den Zähnen angeordneten Nuten auf. Die Zähne und Nuten sind dafür ausgebildet, eine Mehrzahl von Spulenwicklungen, insbesondere Steckwicklungen aufzunehmen. Erfindungsgemäß weist eine Nut eine Kante auf, welche an einer axialen Stirnseite der Maschinenkomponente angeordnet ist und abgerundet ist.
Das hat den Vorteil, dass auf diese Weise die Isolierung des Lackdrahtes nicht beschädigt wird. Zusätzlich ist es möglich, den Leiter ohne Beschädigung direkt an der Kante zu biegen, so dass eine Fixierung des Drahts in der Nut in Längsrichtung bzw. Axialrichtung um ein Verschieben des Drahts entlang der Nut zu verhindert, nicht mehr notwendig ist. Der Aufbau der Maschinenkomponente bzw. der elektrischen Maschine wird vereinfacht. Die Herstellung der elektrischen Maschine wird einfacher und zuverlässiger, da nun keine besonderen Mittel oder Verfahrensschritte notwendig sind, um die Leiter vor einer scharfen Kante zu sichern bzw. zu schützen.
Dabei soll unter einer elektrischen Maschine insbesondere ein Elektromotor verstanden werden, bevorzugt einen rotativer Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor. Ein Stator ist üblicherweise dazu eingerichtet, Spulenwicklungen als Erregerspulen aufzunehmen. Die Erregerspulen können im Betrieb der elektrischen Maschine ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, insbesondere Drehfeld erzeugen, welches dazu vorgesehen ist, den Rotor in Rotation zu versetzten. Der Rotor bzw. der Läufer des Elektromotors kann generell mit Permanentmagneten bestückt sein, stromkommutierte Spulen für die Magnetfelderzeugung aufweisen, oder als so genannter Kurzschlussläufer einer Asynchronmaschine ausgebildet sein.
Unter einer Maschinenkomponente soll insbesondere ein Stator oder Rotor für die elektrische Maschine verstanden werden. Es ist auch denkbar, dass unter einer Maschinenkomponente ein Statorgrundkörper oder ein Rotorgrundkörper verstanden wird, welcher einen Grundkörper, insbesondere ausgebildet durch mehrere axiale Lagen von Elektroblech bzw. Blechlamellen für einen Stator oder Rotor darstellt. Insbesondere kann unter einem Statorgrundkörper bzw. einen Rotorgrundkörper ein Grundkörper verstanden werden, welcher keine Erregerspulen und/oder keine Permanentmagnete aufweist und für die Aufnahme von Erregerspulen und/oder Permanentmagneten eingerichtet ist. Beispielsweise kann aus einem Statorgrundkörper bzw. Rotorgrundkörper ein Stator bzw. Rotor hergestellt werden, wenn der Statorgrundkörper bzw. Rotorgrundkörper mit Erregerspulen bewickelt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die elektrische Maschine als Innenläufer oder Außenläufer ausgebildet ist. Die Maschinenkomponente kann insbesondere ein Außenstator oder ein Innenstator sein.
Bevorzugt ist die Maschinenkomponente weitgehend zylinderförmig oder hohlzylinderförmig ausgebildet. Darunter soll insbesondere verstanden werden, dass die Maschinenkomponente im Wesentlichen zylindersymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Zylinderachse weitgehend einer Rotationsachse entspricht, um die sich im Betrieb der Rotor der elektrischen Maschine dreht. Beispielsweise kann die räumliche Ausdehnung der weitgehend zylinderförmig oder hohlzylinderförmig ausgebildeten Maschinenkomponente durch einen virtuellen, gedachten Zylinder oder Hohlzylinder um die Rotationsachse bzw. Zylinderachse begrenzt sein. Insbesondere kann ein gedachter Radius um die Zylinderachse existieren, innerhalb welchen die Maschinenkomponente angeordnet ist. Es können ein innerer Radius um die Zylinderachse und ein äußerer Radius existieren, zwischen welchen die Maschinenkomponente angeordnet ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Maschinenkomponente ein zylinderförmiges oder hohlzylinderförmiges Grundelement aufweist, von welchem aus sich die Zähne radial nach außen oder innen erstrecken. Die Zähne sind entlang des äußeren Umfangs oder inneren Umfangs der Maschinenkomponente angeordnet. Zwischen den Zähnen sind Nuten angeordnet, welche sich in Richtung der Zylinderachse bzw. in Axialrichtung erstrecken.
Die Axialrichtung ist eine Richtung parallel zur Zylinderachse. Darunter, dass zwischen zwei Zähnen eine Nut angeordnet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Nut in Umfangsrichtung zwischen den beiden Zähnen angeordnet ist.
Eine Spulenwicklung wird insbesondere durch einen Leiter ausgebildet, bevorzugt einen Draht, welcher mindestens einmal, bevorzugt mehrfach um einen Pol verläuft bzw. gewickelt ist, welcher in einer radialen Richtung der Maschinenkomponente ausgerichtet ist. Beispielsweise kann die Wicklung durch zwei unterschiedliche Nuten gewickelt werden. Es ist denkbar, dass eine Spulenwicklung einen oder mehrere Zähne im Umfangsrichtung einschließt. Bei einer Zahnwicklung oder Einzelzahnwicklung, also einer Wicklung, bei welcher genau ein Zahn umwickelt wird, fällt typischerweise der Pol eines durch die Zahnwicklung erzeugten magnetischen Felds mit der radialen Längserstreckungsachse des umwickelten Zahns zusammen.
Vorteilhaft ist die Spulenwicklung eine Steckwicklung. Steckwicklungen werden manchmal auch als Hair-Pin-Wicklungen oder I-Pin Wicklungen bezeichnet. Typischerweise werden Steckwicklungen in Statoren eingesetzt. Dabei werden an Stelle von Draht Kupferstäbe in die Nuten der Maschinenkomponente gesteckt. Bevorzugt werden in Steckwicklungen besonders geformte Kupferstäbe verwendet, welche auch als Hair-Pins oder Haarnadeln bezeichnet werden, bei welcher der Kupferstab aus zwei weitgehend zueinander parallelen und weitgehend geraden Abschnitten besteht, welche an zwei zueinander nächstliegenden Enden mit einem b bogenförmigen Abschnitt verbunden sind. Die beiden weitgehend geraden Abschnitte sind dazu vorgesehen, in die Nuten der Maschinenkomponente eingesteckt zu werden, bevorzugt in zwei verschiedene Nuten. Der bogenförmige Abschnitt ist dann an einer der axialen Stirnseiten der Maschinenkomponente angeordnet.
Auf einer ersten Stirnseite der beiden axialen Stirnseiten der Maschinenkomponente werden die gesteckten Kupferstäbe verschränkt, also insbesondere in eine Umfangsrichtung gebogen und paarweise verschweißt, bevorzugt ist die erste Stirnseite bei Hair-Pin Kupferstäben die Stirnseite, auf welcher die freien Enden der geraden Kupferstababschnitte montiert werden. Auf diese Weise wird ein elektrischer Kontakt hergestellt. Die beiden miteinander verschweißten Kupferstäbe sind Teil einer Spulenwicklung um einen Pol oder einen Teil einer Spulenwicklung. Auf der anderen zweiten Stirnseite der Maschinenkomponente können die Kupferstäbe optional verschränkt werden. Auf der ersten Stirnseite werden die Kupferstäbe in der Regel mit einer Verschaltungsplatte kontaktiert, welche alle Kupferstäbe so verschaltet, dass die Maschinenkomponente mehrere Erregerspulen aufweist. Bevorzugt ist in einer Nut eine gerade Anzahl von Kupferstäben angeordnet, insbesondere zwei oder vier, welche in Radialrichtung aufeinander folgend angeordnet sind.
Steckwicklungen haben den Vorteil, dass ein normaler Drahtwickelprozess entfällt und die Nuten gut ausgefüllt werden können, so dass ein hoher Nutfüllfaktor bzw. Kupferfüllfaktor vorliegt. Auf diese Weise kann die elektrischen Maschine eine hohe Leistung und ein hohes Drehmoment bereitstellen. Um die Nut, welche typischerweise einen zumindest weitgehend rechteckigen Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse aufweist, gut auszufüllen, werden bevorzugt Kupferstäbe mit einem zumindest weitgehend rechteckigen oder zumindest weitgehend quadratischen Querschnitt verwendet.
Unter einer Kante einer Nut an einer axialen Stirnseite soll insbesondere der Bereich verstanden werden, an welchem die Nut auf die axiale Stirnseite trifft. Insbesondere ist die Kante ein Übergangsbereich zwischen der Nut und der axialen Stirnseite. In einer Draufsicht entlang der Zylinderachse auf die axiale Stirnseite trennt die Kante insbesondere die benachbarten Zähne von der Nut. In der Draufsicht entlang der Zylinderachse auf die axiale Stirnseite umgibt insbesondere die Kante die Nut.
Im Bereich zwischen den beiden axialen Stirnseiten der Maschinenkomponente weist die Nut typischerweise im Wesentlichen drei Wandbereiche auf: zwei Zahnwände, welche jeweils an den beiden benachbarten Zähnen angeordnet sind und in der Regeln parallel zur Axialrichtung und im Wesentlichen parallel zur Radialrichtung bzw. senkrecht zur Umfangsrichtung angeordnet sind; sowie einen Nutgrund, welcher in der Regel in Umfangsrichtung zwischen den Zahnwänden angeordnet ist und parallel zur Axialrichtung und im Wesentlichen senkrecht zur Radialrichtung bzw. parallel zur Umfangsrichtung angeordnet ist. Die axiale Stirnseite der Maschinenkomponente ist im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung angeordnet bzw. im Wesentlichen parallel zur Radialrichtung und im Wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung. Im Bereich der Kante treffen die beiden Zahnwände und der Nutgrund auf die axiale Stirnseite. In der Regel sind Im Wesentlichen die Zahnwände und/oder der Nutgrund senkrecht zur axialen Stirnseite angeordnet. Daher ist im Stand der Technik die Kante oft als weitgehend senkrechter Winkel ausgebildet, in welchem die axiale Stirnseite mit dem Nutgrund oder einer Zahnwand zusammentreffen. Insbesondere bei aus Lamellenblechen zusammengesetzten Maschinenkomponenten, bei welchen die Zähne und Nuten ausgestanzt werden, ergibt sich als Übergang von der Nut zur axialen Stirnseite so eine scharfe Stufe mit einem Winkel von etwa 90°. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche weitgehend rechteckige Kante abzurunden.
Unter einer Kante soll insbesondere ein Übergangsbereich zwischen zwei zusammentreffenden Flächen verstanden werden. Eine Kante kann weitgehend eindimensional ausgebildet sein, beispielsweise als Verbindungslinie bzw. Trennungslinie zwischen den beiden Flächen, insbesondere als Stufe oder spitze Kante. Eine Kante kann auch ein zweidimensionaler, flächiger Bereich sein, welcher bevorzugt eine Haupterstreckungsrichtung aufweist, welcher zwischen den beiden Flächen angeordnet ist. Insbesondere kann die Kante ein gekrümmter Flächenbereich sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass die beiden zusammentreffenden Flächen weitgehend eben ausgebildet und nur im dem Bereich, in welchem sie aufeinandertreffen, eine Krümmung aufweisen. Der Bereich mit einer Krümmung kann als Kante zwischen den beiden weitgehend ebenen Flächen angesehen werden.
Unter einer abgerundeten Kante soll insbesondere ein Übergangsbereich zwischen zwei zusammentreffenden Flächen verstanden werden, welcher keine spitzen Stufen aufweist. Insbesondere soll eine abgerundete Kante keine Bereiche aufweisen, in welchen Flächen mit einem Winkel von weniger als 90°, bevorzugt weniger als 100°, besonders bevorzugt weniger als 120° aufeinander treffen. Bevorzugt weist die abgerundete Kante eine Krümmung auf. Bevorzugt weist die abgerundete Kante einen Radius auf. Darunter, dass die abgerundete Kante einen Radius aufweist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Kante im Übergangsbereich von einer ersten Fläche zu einer zweiten Fläche zumindest abschnittsweise einen kreisbogenförmigen oder zumindest näherungsweise kreisbogenförmigen Verlauf aufweist, insbesondere senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Kante. Insbesondere kann die abgerundete Kante zumindest abschnittsweise als Mantelfläche von einem Segment eines Zylinders ausgebildet sein. Alternativ kann die abgerundete Kante zumindest abschnittsweise als Mantelfläche von einem Segment eines elliptischen Zylinders und/oder parabolischen Zylinders und/oder hyperbolischen Zylinders und/oder eines polygonalen Zylinders bzw. eines Prismas ausgebildet sein
Bevorzugt ist eine abgerundete Kante so ausgebildet, dass jede Verbindungslinie - insbesondere jede Verbindungslinie welche weitgehend senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Kante verläuft - entlang der Oberfläche der Maschinenkomponente von der Nut auf die axiale Stirnfläche eine glatte Kurve ist, also an keiner Stelle Knicke aufweist oder abrupt die Richtung wechselt - mathematisch ausgedrückt soll jede Verbindungslinie eine stetig differenzierbare Kurve sein.
Bevorzugt ist die Kante zumindest an den Abschnitten abgerundet, an welchen vorgesehen ist, dass dort die Spulenwicklungen anliegen oder in diese Richtung geschränkt bzw. gebogen werden, beispielsweise wenigstens ein Abschnitt der Kante, welcher an den benachbarten Zahn angrenzt. Es ist auch denkbar, dass wenigsten ein Abschnitt der Kante, an welchem der Nutgrund auf die axiale Stirnseite trifft, abgerundet ist.
Bevorzugt ist die Kante weitgehend vollständig abgerundet. Darunter, dass die Kante weitgehend vollständig abgerundet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Kante wenigstens entlang von 90% ihrer Länge, bevorzugt wenigstens 95%, besonders bevorzugt wenigstens 98% abgerundet ist.
Bevorzugt sind alle Kante auf wenigstens einer Stirnseite der Maschinenkomponente zumindest abschnittsweise abgerundet, besonders bevorzugt sind alle Kanten auf beiden Stirnseiten der Maschinenkomponente abgerundet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Maschinenkomponente möglich.
Ist die Kante eine mit einem Radius zwischen 1mm und 6mm, bevorzugt zwischen 2mm und 5mm, besonders bevorzugt zwischen 3mm und 4mm abgerundet, hat das den Vorteil, dass typische Spulenwicklungen besonders gut um einen solchen Durchmesser biegbar sind. Typische Durchmesser von Leitern von Spulenwicklungen liegen im Bereich von 1mm bis 6mm. Vorteilhaft beträgt der Radius zwischen 10% und 100%, bevorzugt zwischen 20% und 80%, besonders bevorzugt 30% und 60% eines Nutdurchmessers.
Unter einem Radius einer abgerundeten Kante soll insbesondere der Radius eines gedachten Kreises verstanden werden, welcher näherungsweise an der Kante beispielsweise entlang einer größten Krümmungsrichtung der Kante abliegt. Bevorzugt wird unter einem Radius einer abgerundeten Kante insbesondere der Radius eines gedachten Kreises verstanden, welcher näherungsweise entlang der Kante senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Kante an der Kante anliegt. Typischerweise soll der gedachte Kreis in Radialrichtung oder Umfangsrichtung an der Kante anliegen.
Darunter, dass der gedachte Kreis mit einem Radius näherungsweise an der Kante anliegt, soll insbesondere verstanden werden, dass ein Kreissegment, welches die gleiche Länge aufweist wie die Projektion der Kante auf die Kreisebene, von der Kante höchstens einen Abstand aufweist, der weniger als 15% von der Länge des Kreissegments beträgt, bevorzugt weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5%.
Unter dem Radius einer abgerundeten Kante kann auch der mittlere Krümmungsradius der Kante verstanden werden.
Die Maschinenkomponente wird weiter verbessert, wenn eine Endlamelle, welche senkrecht zur Axialrichtung an einer axialen Stirnseite der Maschinenkomponente angeordnet ist und die abgerundete Kante aufweist. Das ermöglicht eine besonders einfache und sichere Herstellung einer erfindungsgemäßen Maschinenkomponente, da einfache auf eine übliche, herkömmliche Maschinenkomponente eine oder zwei Endlamellen angebracht werden müssen. Bevorzugt weist die Maschinenkomponente zwei Endlamellen auf, welche an den beiden axialen Stirnseiten angeordnet sind.
Unter einer Endlamelle soll insbesondere eine besondere Blechlamelle mit einer abgerundeten Kante verstanden werden. Oft werden Maschinenkomponenten zumindest teilweise aus in Axialrichtung übereinander geschichteten Blechlamellen zusammengesetzt, um Wirbelströme in der Maschinenkomponente zu vermeiden. Blechlamellen werden insbesondere aus Elektroblech hergestellt und sind bevorzugt weitgehend eben ausgebildet. Blechlamellen werden üblicherweise aus einem Vollblech ausgestanzt. Bevorzugt weisen die einzelnen Blechlamellen Lamellenzähne und Lamellennuten auf, welche in der Maschinenkomponente axial übereinandergeschichtet werden und insbesondere die Zähne und Nuten der Maschinenkomponente ausbilden.
Blechlamellen aufweisende Maschinenkomponente werden auch als geblechte Maschinenkomponenten bezeichnet. Ist die Maschinenkomponente ein Stator bzw. Rotor, so werden die Blechlamellen entsprechend auch als Statorlamellen oder Statorbleche bzw. Rotorlamellen oder Rotorbleche bezeichnet. Bevorzugt weisen die einzelnen Blechlamellen jeweils Lamellenzähne und Lamellennuten aus.
Die Endlamelle bildet insbesondere die axiale Stirnseite des Stators aus. Insbesondere bildet die Endlamelle in der Maschinenkomponente den Bereich oder Abschnitt der Maschinenkomponente aus, welcher die Kante aufweist. Darunter, dass die Endlamelle eine abgerundete Kante aufweist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Kante zwischen der Lamellennut der Endlamelle und der axialen Stirnseite der Lamelle abgerundet ist und als abgerundete Kante der Maschinenkomponente vorgesehen ist.
Von Vorteil ist eine Maschinenkomponente, welche eine Mehrzahl von axial übereinander angeordneten Blechlamellen aufweist, bevorzugt gleichartigen Blechlamellen. Bevorzugt weist die Maschinenkomponente eine Mehrzahl von Blechlamellen und eine oder zwei Endlamellen auf. Im Folgenden soll unter einer Blechlamelle insbesondere eine Blechlamelle verstanden werden, welche anders ausgebildet ist als die Endlamelle, insbesondere kann die Blechlamelle eine nicht abgerundete Kante aufweisen. Unter einer Blechlamelle soll insbesondere eine herkömmliche Blechlamelle verstanden werden, beispielsweise eine Blechlamelle mit rechtwinkligen oder weitgehend rechtwinkligen Kanten an den Lamellennuten.
Vorteilhaft wird die Maschinenkomponente, insbesondere Statorgrundkörper, durch eine Mehrzahl von Blechlamellen und eine oder zwei Endlamellen, welche axial übereinander geschichtet sind, ausgebildet.
Bevorzugt setzt sich die Maschinenkomponente bzw. der Grundkörper der Maschinenkomponente weitgehend vollständig aus Blechlamellen zusammen. Eine solche Maschinenkomponente wird auch als Lamellenpaket bezeichnet, insbesondere ein solcher Stator als Statorpaket oder Statorlamellenpaket. Darunter, dass sich die Maschinenkomponente weitgehend vollständig aus Blechlamellen zusammensetzt, soll insbesondere verstanden werden, dass wenigstens 90%, bevorzugt wenigstens 95%, besonders bevorzugt wenigstens 98% des Volumens der Maschinenkomponente durch Blechlamellen ausgebildet wird.
In alternativen Ausführungsformen ist es denkbar, dass die Maschinenkomponente bzw. ihr Grundkörper zumindest teilweise oder vollständig bzw. weitgehend vollständig gesintert ist bzw. gesinterte Materialien aufweist. Bevorzugt weist die Maschinenkomponente bzw. ihr Grundkörper einen Pulververbundwerkstoff auf, besonders bevorzugt einen weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff. Weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffen werden manchmal auch als SMC-Magnete bezeichnet.
Es ist von Vorteil, wenn die Endlamelle in Axialrichtung eine erste Dicke aufweist, welche das 1-fache bis 10-fache, bevorzugt 3-fache bis 8-fache, besonders bevorzugt 5-fache bis 6-fache einer zweiten Dicke einer Statorlamelle in Axialrichtung beträgt. Je größer die erste Dicke, umso stärkere lässt sich die Kante abrunden bzw. ein umso größerer Radius der Kante ist möglich. Auf der anderen Seite werden die Wirbelstromverluste umso größer, je größer die erste Dicke ist. Diese Wirbelstromverluste können aber dadurch kompensiert werden, dass die Drähte der Spulenwicklung wegen der abgerundeten Kante an der Kante gebogen werden können, was weiter unten genauer dargestellt wird. Die vorgeschlagene Dicke stellt einen besonders vorteilhaften Kompromiss dar, bei welchen die Wirbelstromverluste aufgrund der ersten Dicke besonders gut kompensiert werden können.
Weist die abgerundete Kante einen Radius auf, der zwischen 50% und 100%, bevorzugt zwischen 60% und 90%, besonders bevorzugt zwischen 70% und 80% von einer ersten Dicke der Endlamelle in Axialrichtung beträgt, ist das eine besonders vorteilhafte und gut herstellbare Kante.
Weist die Maschinenkomponente eine Beschichtung, insbesondere Epoxid-Beschichtung auf, welche dazu vorgesehen ist, die Maschinenkomponente von einer Spulenwicklung elektrisch zu isolieren, ist das in Kombination mit einer abgerundeten Kante besonders vorteilhaft, da es besonders einfach ist, an der abgerundeten Kante eine gleichmäßig dicke Beschichtung anzubringen. An einer scharfen bzw. spitzen Kante dagegen tendiert eine Beschichtung auszudünnen bzw. die Dicke der Beschichtung abzunehmen. Das ist eine potentiell gefährliche Stelle an der Maschinenkomponente, an welcher die Beschichtung beschädigt werden könnte.
Alternativ ist die Beschichtung ein Lack. Vorteilhaft wird die Beschichtung durch Pulverbeschichten aufgetragen, besonders bevorzugt elektrostatisches Pulverbeschichten.
Eine elektrische Maschine, insbesondere Traktionsmotor, mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator eine Maschinenkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung als Statorgrundkörper aufweist und/oder der Rotor eine Maschinenkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung als Rotorgrundkörper aufweist, hat neben den oben genannten Vorteilen einer abgerundeten Kante den zusätzlichen Vorteil, dass gegenüber dem Stand der Technik weniger Material für die Spulenwicklungen gebraucht wird und eine kompaktere elektrische Maschine hergestellt werden kann. Zudem wird der Herstellungsprozess, insbesondere beim Anbringen der Spulenwicklung gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht. In üblichen elektrischen Maschinen mit Steckwicklungen ohne abgerundete Kante wird üblicherweise beim Schränken des Leiters der Steckwicklung erst ein bis zwei Millimeter oberhalb der Maschinenkomponente verbogen, um den Leiter nicht an der Kante zu beschädigen. Das wird beispielsweise durch spezielle Abstandshalter beim Schränken gewährleistet. Auf beiden axialen Stirnseiten gehen also 2 bis 4 Millimeter des Leiters in die axiale Länge der elektrischen Maschine ein, was auch die Materialkosten erhöht. Zusätzlich hat diese zusätzliche Länge des Leiters einen ohmschen Widerstand, was sich negativ auf den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine auswirkt. Diese Nachteile können nun dadurch überwunden werden, dass der Leiter direkt an der abgerundeten Kante gebogen werden kann. Insbesondere kann dadurch, dass sich aufgrund der Senkung des ohmschen Widerstandes gegenüber dem Stand der Technik ein eventuell auftretender Wirkungsgradverlust aufgrund von höheren Wirbelströmen in einer Endlamelle zumindest teilweise kompensiert werden, bevorzugt ausgeglichen werden, besonders bevorzugt überkompensiert werden.
Zusätzlich ist es bei Steckwicklung im Stand der Technik notwendig, die Leiter zu fixieren, da sie sonst aufgrund des oben beschriebenen Überstandes in axiale Richtung hin und her bewegbar wären. Das ist gemäß der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, da die Leiter durch das Biegen unmittelbar an der abgerundeten Kante keinen Überstand aufweisen und so automatisch axial fixiert werden.
Von Vorteil ist Verfahren zur Herstellung einer Maschinenkomponente, insbesondere einer Maschinenkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Schritten:

• Prägen der abgerundeten Kante der Endlamelle
• Übereinanderschichten der Endlamelle und der Blechlamellen.

Bevorzugt wird die Endlamelle zunächst ausgestanzt und anschließend die abgerundete Kante geprägt. Es ist auch denkbar, dass das Ausstanzen der Endlamelle und das Prägen der abgerundeten Kante gleichzeitig in einem Arbeitsschritt erfolgt, beispielsweise durch einen entsprechend ausgebildeten Stempel.
Nach dem Übereinanderschichten der Endlamelle, bevorzugt von zwei Endlamellen und den Blechlamellen werden die Lamellen bevorzugt zu einem Lamellenpaket miteinander verbunden, insbesondere durch eine plastisches Verbindungsverfahren, beispielsweise durch Verstemmen und/oder Verschweißen. Es ist auch denkbar, dass die Lamellen beispielsweise mit Zugankern formschlüssig miteinander verbunden werden. Bevorzugte Möglichkeiten, die übereinander geschichteten Blechlamellen und wenigstens eine Endlamelle miteinander zu einem Lamellenpaket zu verbinden sind Stanzpaketierung und/oder Laserschweißung und/oder Backlack und/oder Klebstoff.
Bevorzugt wird nach dem Übereinanderschichten der wenigstens einen Endlamelle und der Blechlamellen, vorteilhaft nach dem Verbinden bzw. Zusammenfügen der Blechlamellen und der wenigstens einen Endlamelle, die Maschinenkomponente bzw. das Paket aus Blechlamellen und der wenigstens einen Endlamelle mit der Beschichtung beschichtet.
Ein Verfahren, bei dem der Leiter der Spulenwicklung in die Nut geführt wird und anschließend über die abgerundete Kante gebogen wird hat den Vorteil, dass es verglichen mit dem Stand der Technik besonders einfach und zuverlässig ist, da keine besonderen Maßnahmen zum Schutz des Leiters vor einer scharfen Kante notwendig sind.
Figurenliste
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Maschinenkomponente abgebildet und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematisch Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Maschinenkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Darstellung einer Endlamelle der Maschinenkomponente,
3 ein Detail der Endlamelle aus 2,
4a einen Schnitt durch einen Lamellenzahn aus 3,
4b bis 4d einen Schnitt durch einen Lamellenzahn in verschiedenen Varianten des Ausführungsbeispiels,
5a und 5b perspektivische Darstellungen des Wickelkopfes des Ausführungsbeispiels nach 1 und
6a und 6b eine Darstellung einer Beschichtung einer Maschinenkomponente nach dem Stand der Technik.

Beschreibung
In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.
1 zeigt eine Ansicht auf eine beispielhaft als Stator ausgebildete Maschinenkomponente 10. Die Maschinenkomponente 10 ist zum Beispiel als Außenstator ausgebildet. Gezeigt ist eine Ansicht in einer Axialrichtung 12, welche parallel zur der Zylinderachse der Maschinenkomponente 10 abgeordnet ist. Die Maschinenkomponente 10 ist in 1 mit einer axialen Stirnseite 14 dem Betrachter zugewendet. Die Maschinenkomponente 10 weist im Ausführungsbeispiel eine innere Ausnehmung 16 auf, welche für die Aufnahme eines nicht abgebildeten Rotors vorgesehen ist. In die innere Ausnehmung erstrecken sich in einer Radialrichtung 18 Zähne 20. Im einer Umfangsrichtung 22 der Maschinenkomponente 10 sind zwischen den Zähnen 20 Nuten 24 angeordnet. In 1 sind die Nuten 24 mit Spulenwicklungen 26 befüllt. Bevorzugt sind die Spulenwicklungen 26 als Steckwicklungen ausgebildet. An der axialen Stirnseite 14 ragen die verschränkten Leiter der Steckwicklung heraus und bilden einen Wickelkopf 28 aus.
Im Ausführungsbeispiel weist die Maschinenkomponente 10 eine Endlamelle 30 auf. Weiterhin weist die Maschinenkomponente 10 eine Mehrzahl von Blechlamellen 32 auf, welche in 1 durch die Öffnungen 34 und 36 sichtbar sind. Die Blechlamellen 32 sind in Axialrichtung 12 übereinander geschichtet bzw. gestapelt. Die Blechlamellen sind in Axialrichtung 12 zwischen zwei Endlamellen 30 angeordnet. Die beiden Endlamellen 30 bilden im Ausführungsbeispiel die beiden axialen Stirnflächen 14 der Maschinenkomponente 10 aus.
Beispielhaft weist die Maschinenkomponente in 1 48 Zähne 20 und Nuten 24 auf. Es sind jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung beliebige andere Anzahlen von Zähnen 20 und Nuten 24 denkbar. Beispielhaft weist die Maschinenkomponente°10 vier Öffnungen 34 auf, welche zur Leitung eines Kühlmediums vorgesehen sind. Beispielhaft weist die Maschinenkomponente 10 vier Öffnungen 36 auf, welche zum Durchführen von Zugankern vorgesehen sind, welche beispielsweise zum Anbringen von Lagerschilden für den Rotor an den axialen Stirnseiten 14 vorgesehen sein können.
2 ist eine Draufsicht auf die Endlamelle 30 aus dem Beispiel aus 1. Die Endlamelle 30 weist sich in die Radialrichtung 18 erstreckende Lamellenzähne 38. Die Lamellenzähne 38 weisen an ihrem in Radialrichtung 18 innengelegenen End eine Verbreiterung 39 in Umfangsrichtung 22 auf, welche manchmal auch als Zahnschuh oder Polschuh bezeichnet wird. Die Verbreiterung 39 ist dafür vorgesehen, die Spulenwicklungen 26 gegen ein Verschieben in Radialrichtung 18 zu stabilisieren. Typischerweise ist der Abstand von zwei in Umfangsrichtung 22 zueinander benachbarten Verbreiterungen 39 kleiner als der Durchmesser eines Leiters einer als Steckwicklung ausgebildeten Spulenwicklung 26, so dass ein die Lamellennut 40 bzw. Nut 24 gestreckter Leiter sich nicht in das Innere der Maschinenkomponente 10 bewegen kann. Im Umfangsrichtung 22 zwischen den Lamellenzähnen 38 sind Lamellennuten 40 angeordnet. Jede der Lamellennuten 40 weist beispielsweise eine abgerundete Kante 42 auf.
Die nicht abgebildeten Blechlamellen 32 sind im Wesentlichen weitgehend identisch zur Endlamelle ausgebildet, sie unterscheiden sich nur dadurch, dass die Blechlamellen 32 keine abgerundete Kante 42 aufweisen. Die Blechlamellen 32 weisen beispielhaft eine rechteckige Kante auf.
Im Ausführungsbeispiel sind die Blechlamellen 32 und die Endlamellen 30 in Axialrichtung 12 so übereinander angeordnet, dass die Lamellenzähne 38 von einer Blechlamellen 32 oder Endlamellen 30 die Lamellenzähne 38 der einen oder zwei benachbarten Blechlamellen 32 und/oder Endlamellen 30 überdecken. Auf diese Weise bilden die Lamellenzähne 38 die Zähne 20 aus bzw. bilden die Lamellennuten 40 die Nuten 24 aus.
Im Ausführungsbeispiel ist je eine Endlamelle 30 auf den beiden axialen Stirnseiten 14 der Maschinenkomponente 10 angeordnet, so dass jeder der Nuten 24 eine abgerundete Kante 42 aufweist.
3 zeigt eine perspektivische Detailansicht von den Lamellenzähnen 38 und Lamellennuten 40 der Endlamelle 30. Die abgerundete Kante 42 weist drei Kantenabschnitte 42a, 42b, 42c auf. Der erste Kantenabschnitt 42a hat eine Haupterstreckungsrichtung in Radialrichtung 18 und ist an einem ersten Lamellenzahn 38 angeordnet. Der zweite Kantenabschnitt 42b hat eine Haupterstreckungsrichtung in Umfangsrichtung 22 und ist an einem Nutgrund der Lamellennut 40 angeordnet. Der dritte Kantenabschnitt 42c hat eine Haupterstreckungsrichtung im Radialrichtung 22 und ist an einem zweiten Lamellenzahn 38 angeordnet.
In der Maschinenkomponente 10 ist die abgerundete Kante 42 im ersten Kantenabschnitt 42a und dritten Kantenabschnitt 42c ein Übergangsbereich zwischen einer Zahnwand und der axialen Stirnseite 14. Im Bereich des zweiten Kantenabschnitts 42b ist die abgerundete Kante 42 ein Übergangsbereich zwischen dem Nutgrund und der axialen Stirnseite 14.
Im in 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die abgerundete Kante 42 im ersten Kantenabschnitt 42a und im dritten Kantenabschnitt 42c entlang der Umfangsrichtung 22 gekrümmt. Im zweiten Kantenabschnitt 42b ist die abgerundete Kante 42 entlang der Radialrichtung 18 gekrümmt.
In 3 ist die Kante der Nut in allen Kantenabschnitten 42a, 42b, 42c abgerundet bzw. gekrümmt. In Varianten ist es denkbar, dass die Kante nur in bestimmten Bereichen abgerundet oder gekrümmt ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Kante nur im dritten Kantenabschnitt 42c abgerundet ist, weil beispielsweise nur in diesem Bereich eine Spulenwicklung 24 vorgesehen ist oder nur in diesem Bereich vorgesehen ist, eine Spulenwicklung 24 zu verbiegen bzw. verschränken.
In 4a ist ein Schnitt entlang der Linie IV-IV durch einen Lamellenzahn 38 aus 3 abgebildet. Die Bildebene von 4 wird durch die Umfangsrichtung 22 und die Axialrichtung 12 aufgespannt und ist senkrecht zur Radialrichtung 18 angeordnet. 4a illustriert die abgerundete Kante 42. Die Kante 42 weist einen Radius 44 auf. Der Radius 44 ist der Radius eines gedachten Kreises 46 welcher abschnittsweise entlang der abgerundeten Kante 42 anliegt. Ein Kreissegment 48 verläuft näherungsweise entlang der abgerundeten Kante 42, insbesondere hat das Kreissegment 48 einen Abstand zur abgerundeten Kante 42, der weniger als 15% von der Länge des Kreissegments 48 beträgt, bevorzugt weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5%. Beispielhaft beträgt der Radius 44 der abgerundeten Kante 42 75% einer ersten Dicke 50 der Endlamelle in Axialrichtung 12.
In 4b ist eine alternative Ausführungsform abgebildet, in welcher der Radius 44 der abgerundeten Kante 42 beispielhaft 95% der ersten Dicke 50 beträgt. In 4c ist eine weitere Variante gezeigt, in welcher der Radius 44 der abgerundeten Kante 42 beispielhaft 55% beträgt.
In 4d ist eine Ausführung gezeigt, in welcher die abgerundete Kante 44 eine elliptische Krümmung aufweist. Die abgerundete Kante 44 verläuft abschnittsweise weitgehend entlang einer gedachten Ellipse 52. Beispielsweise hat die gedachte Ellipse einen kleinen Radius 54 parallel zur Axialrichtung 12, welcher beispielhaft 55% der ersten Dicke 50 beträgt. Beispielsweise hat die gedachte Ellipse einen großen Radius 56 parallel zur Umfangsrichtung 1722, welcher beispielhaft 90% der ersten Dicke 50 beträgt.
Im Ausführungsbeispiel entspricht eine zweite Dicke einer Blechlamelle 32 in Axialrichtung 12 der ersten Dicke 50. In alternativen Varianten ist es insbesondere denkbar, dass die erste Dicke 50 größer ist als die zweite Dicke.
5a zeigt eine perspektivische Nahansicht vom Wickelkopf 28 aus 1. In jede der Nuten 24 sind jeweils zwei Leiter der Spulenwicklung 26 gesteckt welche in Axialrichtung 12 durch die Nut 24 verlaufen. Ab der axialen Stirnseite 14 sind die Leiter der Spulenwicklungen 26 in eine Umfangsrichtung 22 gebogen. Bevorzugt werden jeweils zwei Leiter der Spulenwicklung 26 in einem axialen Abstand zu den Nuten 24 zusammengeführt, welche von der jeweiligen Nut 24 ausgehend in entgegengesetzte Umfangsrichtungen 20 gebogen wurde. Es ist vorgesehen, dass die zusammengeführten Leiter abschnittsweise einander elektrisch kontaktieren, beispielsweise können die sich berührenden Leiterabschnitte verschweißt werden oder mit einer Schneidklemmverbindung verbunden werden.
5b zeigt eine Detailansicht von 5b an der abgerundeten Kante 42. Es ist zu erkennen, dass die Leiter der Spulenwicklung 26 unmittelbar an der abgerundeten Kante 42 gebogen sind bzw. eine Biegung aufweisen. Würde an der Nut 24 eine rechtwinklige Kante vorliegen, so müsste der Leiter der Spulenwicklung 26 einen gewissen axialen Sicherheitsabstand zur Nut 24 aufweisen, bevor er gebogen würde. Der Sicherheitsabstand würde den Wickelkopf 28 und damit die elektrische Maschine vergrößern und den ohmschen Widerstand der Spulenwicklung 26 erhöhen.
6a und 6b zeigen eine Beschichtung 58 im Stand der Technik. Die Beschichtung 58 ist beispielhaft als Pulverbeschichtung aus Epoxidharz-Pulver 64 ausgebildet. Beim elektrostatischen Pulverbeschichten wird bevorzugt gereinigte und getrocknete Druckluft mittels Hochspannungselektroden ionisiert. Diese Druckluft lädt das Pulver 64 elektrostatisch auf. Die zu beschichtende Maschinenkomponente 10 wird mittels der Druckluft mit dem Pulver 64, bevorzugt Epoxidpulver 64 besprüht bzw. umströmt. Die Maschinenkomponente 10 liegt an Masse. Dadurch schlägt sich das Pulver 64 auf der Maschinenkomponente 10 nieder und haftet elektrostatisch an diesen. Auf diese Weise wird die Maschinenkomponente 10, insbesondere innerhalb der Nuten 24, beschichtet, bevorzugt weitgehend vollflächig und gleichmäßig. Optional werden nicht zu beschichtenden Bereiche vorher maskiert. Durch induktive Erwärmung der Maschinenkomponente 10 plastifiziert das Pulver und härtet durch die im Statorgrundköper 10 gespeicherte Restwärme aus. Dabei verbinden sich durch fortgesetzte Addition (Polyaddition) einzelne Moleküle zu einem Makromolekül. Dieses vernetzte Makromolekül ist ein Duroplast. Alternativ kann eine Beschichtung 58 durch Lackieren aufgetragen werden.
Abgebildet ist in den 6a und 6b der Schnitt durch einen Zahn 20 nach dem Stand der Technik senkrecht zur Radialrichtung 18 und parallel zur Axialrichtung 12 und parallel zur Umfangsrichtung 22. Der Zahn 20 bzw. die Nut 24 am Zahn weist eine rechtwinklige Kante 60 auf. Die rechtwinklige Kante 60 ist keine abgerundete Kante 42. In der rechtwinkligen Kante 60 treffen die axiale Stirnseite 14 und eine Zahnwand 62 weitgehend unter einem rechten Winkel zusammen.
6a zeigt einen Verfahrensschritt, bei welchem das Pulver 64 elektrostatisch am Zahn 20 haftet. Die Schichtdicke der Pulverschicht ist weitgehend konstant. Beim Erwärmen und Plastifizieren des Pulvers 64 zieht sich diese Schicht nun zusammen, so dass die Sichtdicke an der rechtwinkligen Kante 60 ausdünnt. 6b zeigt die Beschichtung 58 nach dem Plastifizieren des Pulvers 64 im Stand der Technik. Wird die rechtwinklige Kante 60 durch eine abgerundete Kante 42 ersetzt, bleibt die konstante Schichtdicke der Beschichtung nach dem Plastifizieren auch entlang der abgerundeten Kante 42 erhalten.

Claims

Maschinenkomponente (10) für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Traktionsmotor, insbesondere ein Statorgrundkörper für eine elektrische Maschine, mit einer Mehrzahl von sich radial erstreckenden Zähnen (20) und im Umfangsrichtung (22) zwischen den Zähnen (20) angeordneten Nuten (24), welche dafür ausgebildet sind, eine Mehrzahl von Spulenwicklungen (26), insbesondere Steckwicklungen aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nut (24) eine Kante (42) aufweist, welche an einer axialen Stirnseite (14) der Maschinenkomponente (10) angeordnet ist und zumindest abschnittweise abgerundet ist.
Maschinenkomponente (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante (42) mit einem Radius (44) zwischen 1mm und 6mm, bevorzugt zwischen 2mm und 5mm, besonders bevorzugt zwischen 3mm und 4mm abgerundet ist.
Maschinenkomponente (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Endlamelle (30), welche senkrecht zur Axialrichtung (12) an einer axialen Stirnseite (14) der Maschinenkomponente (10) angeordnet ist und die abgerundete Kante (42) aufweist.
Maschinenkomponente (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von axial übereinander angeordneten Blechlamellen (32), bevorzugt gleichartigen Blechlamellen (32).
Maschinenkomponente (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Endlamelle (30) in Axialrichtung (12) eine erste Dicke (50) aufweist, welche das 1-fache bis 10-fache, bevorzugt 3-fache bis 8-fache, besonders bevorzugt 5-fache bis 6-fache einer zweiten Dicke einer Blechlamelle (32) in Axialrichtung (12) beträgt.
Maschinenkomponente (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die abgerundete Kante (42) einen Radius (44) aufweist, der zwischen 50% und 100%, bevorzugt zwischen 60% und 90%, besonders bevorzugt zwischen 70% und 80% von einer ersten Dicke (50) der Endlamelle (30) in Axialrichtung (12) beträgt.
Maschinenkomponente (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Beschichtung (58), insbesondere Epoxid-Beschichtung aufweist, welche dazu vorgesehen ist, die Maschinenkomponente (10) von einer Spulenwicklung (26) elektrisch zu isolieren.
Elektrische Maschine, insbesondere Traktionsmotor, mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator eine Maschinenkomponente (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Statorgrundkörper aufweist und/oder der Rotor eine Maschinenkomponente (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Rotorgrundkörper aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Maschinenkomponente (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den Schritten: • Prägen der abgerundeten Kante (42) der Endlamelle (30) • Übereinanderschichten der Endlamelle (30) und der Blechlamellen (32).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Leiter einer Spulenwicklung (26) in die Nut (24) geführt wird und anschließend über die abgerundete Kante (42) gebogen wird.