DE102020100618A1

DE102020100618A1 - Stator for an electric motor

Info

Publication number: DE102020100618A1
Application number: DE102020100618.7A
Authority: DE
Inventors: Xingyu ZHAO
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2021-07-15
Also published as: WO2021143966A1

Abstract

Es ist ein Stator (1) für einen Elektromotor offenbart. Der Stator (1) besitzt eine Vielzahl von Statorzähnen (3), wobei jeder Statorzahn (3) eine konzentrierte Wicklung (5) trägt. die auf einen elektrischen Isolator (7) gewickelt ist. Jeder Statorzahn (3) besitzt zwei gegenüberliegende Wickelköpfe (9). Der Isolator (7) ist an jedem der Wickelköpfe (9) derart ausgebildet, dass die konzentrierte Wicklung (5) von der Basis (6) des elektrischen Isolators (7) beabstandet ist.A stator (1) for an electric motor is disclosed. The stator (1) has a plurality of stator teeth (3), each stator tooth (3) carrying a concentrated winding (5). which is wound on an electrical insulator (7). Each stator tooth (3) has two opposite winding heads (9). The insulator (7) is formed on each of the winding heads (9) in such a way that the concentrated winding (5) is spaced apart from the base (6) of the electrical insulator (7).

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für einen Elektromotor. Der Stator für den Elektromotor weist eine Vielzahl von Statorzähnen auf. Jeder Statorzahn ist durch zwei Längsseiten und zwei Querseiten definiert und trägt eine konzentrierte Wicklung, die auf einen elektrischen Isolator gewickelt ist und zwei gegenüberliegende Wickelköpfe aufweist. Die konzentrierte Wicklung ist auf den elektrischen Isolator gewickelt, der den Statorzahn umgibt.The invention relates to a stator for an electric motor. The stator for the electric motor has a plurality of stator teeth. Each stator tooth is defined by two longitudinal sides and two transverse sides and carries a concentrated winding which is wound on an electrical insulator and has two opposite winding heads. The concentrated winding is wound on the electrical insulator that surrounds the stator tooth.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2017 218 933 A1 offenbart eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Stators für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs. Es ist eine Kühlmittelleiteinheit und zumindest ein Wicklungsnutkühlkanal vorgesehen, die als eine bauliche Einheit und zum Leiten von Kühlmittel entlang der Stirnseite ausgebildet sind. Der Wicklungsnutkühlkanal erstreckt sich axial im Stator.The German Offenlegungsschrift DE 10 2017 218 933 A1 discloses a cooling device for cooling a stator for an electrical machine of a motor vehicle. A coolant guiding unit and at least one winding groove cooling channel are provided, which are designed as a structural unit and for guiding coolant along the end face. The winding slot cooling channel extends axially in the stator.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2017 130 361 A1 ist die Ausbildung eines Statorzahns offenbart. Der Statorzahn weist Längsseiten und Stirnseiten auf, die eine elektrische Isolierung bilden und somit die Wicklung gegenüber dem Statorzahn isolieren.In the German Offenlegungsschrift DE 10 2017 130 361 A1 the formation of a stator tooth is disclosed. The stator tooth has long sides and front sides that form electrical insulation and thus isolate the winding from the stator tooth.

Gemäß dem Stand der Technik ist bei einer elektrischen Maschine mit konzentrierter Wicklung ein Isolator eingesetzt. Dieser Isolator dient einerseits als Isolation zwischen Stator-Eisen und Wicklungen, anderseits als Träger für die Wicklungen. Gemäß dem Stand der Technik ist der Isolator mit einer durchgehend flachen Fläche (Basis) an der Stelle ausgelegt, an der sich der Wickelkopf befindet. Folglich gibt es mit dem Isolator des Stand der Technik zwischen den Kupfer-Wicklungen und dem Isolator keinen Spalt für ein Kühlmittel (Beölung). Die Kühlung der Wickelköpfe der elektrischen Maschine ist somit nicht optimal.According to the prior art, an insulator is used in an electrical machine with a concentrated winding. This insulator serves on the one hand as insulation between the stator iron and the windings, and on the other hand as a carrier for the windings. According to the prior art, the insulator is designed with a continuously flat surface (base) at the point at which the end winding is located. Consequently, with the prior art insulator, there is no gap for a coolant (oiling) between the copper windings and the insulator. The cooling of the winding heads of the electrical machine is therefore not optimal.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Stator mit konzentrierter Wicklung für einen Elektromotor bereitzustellen, wobei der Stator eine optimierte Kühlung aufweist.The object of the invention is therefore to provide a stator with a concentrated winding for an electric motor, the stator having optimized cooling.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator mit konzentrierter Wicklung für einen Elektromotor, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.This object is achieved by a stator with concentrated winding for an electric motor, which comprises the features of claim 1.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Stator für einen Elektromotor eine Vielzahl von Statorzähnen. Jeder Statorzahn trägt eine konzentrierte Wicklung, die auf einen elektrischen Isolator gewickelt ist und somit zwei gegenüberliegende Wickelköpfe aufweist. Der Isolator ist an jedem der Wickelköpfe derart ausgebildet, dass die konzentrierte Wicklung von einer Basis des elektrischen Isolators im Bereich der Wickelköpfe beabstandet ist.According to one embodiment of the invention, a stator for an electric motor comprises a plurality of stator teeth. Each stator tooth carries a concentrated winding which is wound on an electrical insulator and thus has two opposite winding heads. The insulator is formed on each of the winding overhangs in such a way that the concentrated winding is spaced apart from a base of the electrical insulator in the region of the winding overhangs.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Statorzähne ist, dass aufgrund der Beabstandung der konzentrierten Wicklung von der Basis des elektrischen Isolators mindestens ein Freiraum (Spalt) am Wickelkopf ausgebildet wird, in dem ein Kühlmittel (Öl) geführt werden kann, was somit die Kühlung der Wickelköpfe verbessert. Auch die innere Fläche der Wicklung am Wickelkopf kann beölt und somit gekühlt werden.The advantage of the design of the stator teeth according to the invention is that, due to the spacing of the concentrated winding from the base of the electrical insulator, at least one free space (gap) is formed on the end winding, in which a coolant (oil) can be guided, thus cooling the end windings improved. The inner surface of the winding on the end winding can also be oiled and thus cooled.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Bereich der Wickelköpfe der Isolator ein Abstandselement aufweisen, das von der Basis absteht. Über das Abstandselement ist die konzentrierte Wicklung gewickelt, so dass mindestens ein Freiraum an jedem Wickelkopf zwischen der Basis und der Wicklung ausgebildet wird.According to one embodiment, in the area of the end windings, the insulator can have a spacer element which protrudes from the base. The concentrated winding is wound over the spacer element so that at least one free space is formed on each end winding between the base and the winding.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Abstandselement ein integraler Bestandteil des Isolators sein. Bevorzugt ist der Isolator als ein spritzgegossenes Bauteil ausgestaltet, das das Abstandselement ausgebildet hat.According to one embodiment, the spacer element can be an integral part of the insulator. The insulator is preferably designed as an injection-molded component that has formed the spacer element.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Isolator im Bereich der Wickelköpfe derart ausgestaltet ist, dass die Basis des Isolators und das Abstandselement zusammen eine T-förmige Gestalt besitzen. Im Bereich eines jeden der Wickelköpfe sind folglich zwei Freiräume zur Führung eines Kühlmittels ausgebildet.According to a further advantageous embodiment, the insulator can be designed in the area of the end windings in such a way that the base of the insulator and the spacer element together have a T-shape. In the area of each of the winding heads, two free spaces for guiding a coolant are consequently formed.

Der Vorteil der T-förmigen Gestalt der Basis des Isolators und des Abstandselements besteht darin, dass mit dieser T-förmigen Auslegung des Isolators am Wickelkopf die Wicklungen am Wickelkopf gewölbt gestützt werden und dadurch der mindestens eine Freiraum (Spalt) zwischen der Basis (Fläche) des Isolators und den Wicklungen ermöglicht wird. Ferner hat die T-förmige Gestalt der Basis des Isolators und des Abstandselements den Vorteil, dass ein symmetrischer Ausbau vorliegt.The advantage of the T-shaped design of the base of the insulator and the spacer element is that with this T-shaped design of the insulator on the end winding, the windings on the end winding are supported in an arched manner and thereby the at least one free space (gap) between the base (surface) of the insulator and the windings is made possible. Furthermore, the T-shaped shape of the base of the insulator and of the spacer element has the advantage that there is a symmetrical construction.

Mit dem Abstandselement bzw. der T-förmigen Gestalt der Basis des Isolators und des Abstandselements am Wickelkopf entsteht beim Wicklungsprozess kein Zusatzaufwand gegenüber konventionellen Elektromotoren ohne das Abstandselement des Isolators bzw. der T-förmigen Gestalt der Basis des Isolators.With the spacer element or the T-shaped shape of the base of the insulator and the spacer element on the end winding, there is no additional effort in the winding process compared to conventional electric motors without the spacer element of the insulator or the T-shaped shape of the base of the insulator.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun die Erfindung und ihre Vorteile durch Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dadurch die Erfindung auf das gezeigte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt eine perspektivische Detailansicht eines Zahns mit Wicklung gemäß dem Stand der Technik.
3 zeigt eine Schnittansicht des Statorszahns gemäß dem Stand der Technik, wobei das Ende bzw. der Wickelkopf des Zahns dargestellt ist.
4 zeigt eine Schnittansicht des Statorzahns, wobei die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Endes des Statorzahns dargestellt ist.

With reference to the accompanying drawings, the invention and its advantages will now be explained in more detail by means of exemplary embodiments, without thereby restricting the invention to the exemplary embodiment shown. The proportions in the figures do not always correspond to the real ones Proportions, as some shapes are simplified and other shapes are enlarged in relation to other elements for ease of illustration.

1 Fig. 13 shows a perspective view of a stator according to the prior art.
2 shows a perspective detailed view of a tooth with a winding according to the prior art.
3 shows a sectional view of the stator tooth according to the prior art, wherein the end or the winding head of the tooth is shown.
4th shows a sectional view of the stator tooth, the embodiment according to the invention of the end of the stator tooth being shown.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, ohne jedoch die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele zu beschränken.Identical reference symbols are used for identical or identically acting elements of the invention. Furthermore, for the sake of clarity, only reference symbols are shown in the individual figures which are necessary for the description of the respective figure. The figures merely represent exemplary embodiments of the invention without, however, restricting the invention to the illustrated exemplary embodiments.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators 1 gemäß dem Stand der Technik. Der Stator 1 dient zur Verwendung bei einer elektrischen Maschine (nicht dargestellt) mit konzentrierter Wicklung. Der Stator 1 umfasst eine Vielzahl von Statorzähnen 3, die am Statorkörper 2 in axialer Richtung A der elektrischen Maschine orientiert sind. 1 Figure 3 shows a perspective view of a stator 1 according to the state of the art. The stator 1 is used for an electrical machine (not shown) with a concentrated winding. The stator 1 includes a variety of stator teeth 3 that are on the stator body 2 in the axial direction A. the electrical machine are oriented.

2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Statorzahns 3, wie er beim Stator 1 (siehe 1) des Standes der Technik Anwendung findet. Das Eisen 8 eines jeden Statorzahns 3 ist quaderförmig ausgebildet und weist zwei Längsseiten 8L, die in axialer Richtung A ausgerichtet sind, und zwei Querseiten 8Q auf. Das Eisen 8 des Statorzahns 3 ist von einem Isolator 7 umgeben. An den beiden Enden 3E des Statorzahns 3 ist in axialer Richtung A jeweils ein Wickelkopf 9 ausgebildet (siehe 3). Der Isolator 7 dient einerseits als Isolation zwischen den Eisen 8 des Statorzahns 3 bzw. des Stators 1 und den Wicklungen 5, die auf den Isolator 7 gewickelt sind. Der Isolator 7 ist folglich auch ein Träger für Wicklungen 5. 2 Figure 3 shows a perspective view of a stator tooth 3 like he did with the stator 1 (please refer 1 ) of the state of the art is used. The iron 8th of each stator tooth 3 is cuboid and has two long sides 8L in the axial direction A. aligned, and two transverse sides 8Q on. The iron 8th of the stator tooth 3 is from an isolator 7th surround. At both ends 3E of the stator tooth 3 is in the axial direction A. one winding head each 9 trained (see 3 ). The isolator 7th serves on the one hand as insulation between the irons 8th of the stator tooth 3 or the stator 1 and the windings 5 that are on the isolator 7th are wrapped. The isolator 7th is consequently also a carrier for windings 5 .

3 zeigt einen Querschnitt durch einen Statorzahn 3 des Standes der Technik, wobei hier ein Ende 3E des Statorzahns 3 mit dem Wickelkopf 9 dargestellt ist. Der Isolator 7 hat am Wickelkopf 9 eine flache, ebene Basis 6 ausgebildet. Somit liegt die Wicklung 5 am Wickelkopf 9 vollflächig an. 3 shows a cross section through a stator tooth 3 of the prior art, with an end here 3E of the stator tooth 3 with the winding head 9 is shown. The isolator 7th has on the winding head 9 a flat, level base 6th educated. Thus, the winding lies 5 on the winding head 9 all over.

4 zeigt einen Querschnitt durch einen Statorzahn 3 des Standes der Technik, wobei hier ein Ende 3E des Statorzahns 3 mit dem Wickelkopf 9 dargestellt ist. Erfindungsgemäß ist der Isolator 7 an jedem der Wickelköpfe 9 derart ausgebildet, dass die konzentrierte Wicklung 5 von der Basis 6 des elektrischen Isolators 7 beabstandet ist. Zwischen der Basis 6 des elektrischen Isolators 7 und der Wicklung 5 ist folglich mindestens ein Freiraum 12 ausgebildet. Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist die Basis 6 des elektrischen Isolators 7 mit einem Abstandselement 10 versehen. Das Abstandselement 10 steht im Wesentlichen senkrecht von der Basis 6 ab. Die Wicklung 5 wird beim Ausbau der Wicklung 5 über das Abstandselement 10 des Isolators 7 geführt. Dadurch werden die bei dieser Ausführungsform vorgesehenen Freiräume 12 ausgebildet. 4th shows a cross section through a stator tooth 3 of the prior art, with an end here 3E of the stator tooth 3 with the winding head 9 is shown. According to the invention is the insulator 7th on each of the winding heads 9 designed such that the concentrated winding 5 from the base 6th of the electrical insulator 7th is spaced. Between the base 6th of the electrical insulator 7th and the winding 5 is therefore at least one free space 12th educated. According to one possible embodiment of the invention, the base is 6th of the electrical insulator 7th with a spacer 10 Mistake. The spacer 10 stands essentially perpendicular from the base 6th from. The winding 5 is used when expanding the winding 5 over the spacer 10 of the isolator 7th guided. This creates the clearances provided in this embodiment 12th educated.

Bei der Ausbildung der Wickelköpfe 9 des Elektromotors kann somit mit den Freiräumen 12 an den Wickelköpfen 9 eine Ölkühlung für die Wickelköpfe 9 realisiert werden. Die Oberfläche der Wickelköpfe 9 wird somit beölt und gekühlt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Isolator 7 T-förmig ausgelegt, so dass an der Stelle, an der sich Wickelkopf 9 befindet, die Wicklung vom Isolator beabstandet ist.In the formation of the winding heads 9 of the electric motor can thus with the free spaces 12th on the winding heads 9 an oil cooling system for the winding heads 9 will be realized. The surface of the winding heads 9 is thus oiled and cooled. According to one embodiment of the invention, the insulator 7 is designed in a T-shape, so that at the point where the winding head 9 is located, the winding is spaced from the insulator.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Statorstator
22: StatorkörperStator body
33: StatorzahnStator tooth
3E3E: Endeend
55: WicklungWinding
66th: BasisBase
77th: Isolatorinsulator
88th: Eiseniron
8L8L: LängsseiteLong side
8Q8Q: QuerseiteTransverse side
99: WickelkopfWinding head
1010: AbstandselementSpacer
1212th: Freiraumfree space
AA.: axiale Richtungaxial direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102017218933 A1 [0002]
DE 102017130361 A1 [0003]

Claims

Stator (1) for an electric motor, comprising a plurality of cuboid stator teeth (3) which each define two longitudinal sides (8L) and two transverse sides (8Q), each stator tooth (3) being surrounded by an electrical insulator (7) a concentrated winding (5) is wound and each stator tooth (3) thus has two opposite winding heads (9); characterized in that the insulator (7) is formed in the area of the two transverse sides (8Q) on each of the winding heads (9) in such a way that the concentrated winding (5) is spaced from a base (6) of the electrical insulator (7).

Stator (1) Claim 1 , wherein the insulator (7) in the area of the winding heads (9) has a spacer element (10) which protrudes from the base (6), over which the concentrated winding (5) is wound, so that at least one free space (12) each end winding (9) is formed between the base (6) and the winding (5).

Stator (1) Claim 2 , wherein the at least one free space (12) is designed to guide a coolant.

Stator (1) according to one of the preceding Claims 2 to 3 , wherein the spacer element (10) is an integral part of the insulator (7).

Stator (1) Claim 4 wherein the insulator (7) is an injection molded component that has formed the spacer element (10).

Stator (1) according to one of the preceding claims, wherein the insulator (7) in the region of the winding heads (9) is designed such that the base (6) of the insulator (7) and the spacer element (10) together have a T-shape Own shape.

Stator (1) Claim 6 , two free spaces (12) for guiding a coolant are formed in the area of each of the winding heads (9).