DE102021104824A1

DE102021104824A1 - Stator und Verfahren zur Herstellung eines Stators

Info

Publication number: DE102021104824A1
Application number: DE102021104824.9A
Authority: DE
Inventors: Jens Bohnen; Karl-Ludwig Kimmig; Stephan Niese
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2022-09-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine elektrische Maschine (2), umfassend einen Statorkörper (3) mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne (4) und zwischen den Statorzähnen (4) gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Stator (1) erstreckender Statornuten (7), wobei in den Statornuten (7) Statorwicklungen (6) angeordnet sind, wobei die Statornuten (7) von einem dünnwandigen zylinderingförmigen Statornutverschlussmittel (8) verschlossen sind, wobei das Statornutverschlussmittel (8) mit den freien Enden (9) der Statorzähne (10) über einen Klebstoff (11) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Stator erstreckender Statornuten, wobei in den Statornuten Statorwicklungen angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Stators.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnradifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.
Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
Bei der Entwicklung der für E-Achsen oder Hybridmodule vorgesehenen elektrischen Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten zu steigern, so dass der hierzu notwendigen Kühlung der elektrischen Maschinen wachsende Bedeutung zukommt. Aufgrund der notwenigen Kühlleistungen haben sich in den meisten Konzepten Hydraulikflüssigkeiten, wie Kühlöle, zum Abtransport von Wärme aus den thermisch beaufschlagten Bereichen einer elektrischen Maschine durchgesetzt.
Die Mantelkühlung sowie die Wickelkopfkühlung sind beispielsweise aus dem Stand der Technik für die Realisierung einer Kühlung von elektrischen Maschinen mittels Hydraulikflüssigkeiten bekannt. Während die Mantelkühlung die entstehende Wärme an der äußeren Oberfläche des Statorblechpakets in einen Kühlkreislauf überträgt, erfolgt bei der Wickelkopfkühlung der Wärmeübergang direkt an den Leitern außerhalb des Statorblechpakets im Bereich der Wickelköpfe in das Fluid .
Weitere Verbesserungen bieten getrennt ausgeführte Kühlkanäle, welche sowohl in das Blechpaket des Stators (siehe z. B. EP3157138 A1 ) als auch in die Nut zusätzlich zu den Leitern eingebracht werden (siehe z. B. Markus Schiefer: Indirekte Wicklungskühlung von hochausgenutzten permanenterregten Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung, Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017).
In der Regel ist bei Statoren keine Abdichtung zur Statormitte notwendig, da in diesem Bereich keine Hydraulikflüssigkeit existent ist. Es sind jedoch Konzepte bekannt, bei denen die Wicklungen direkt mit Hydraulikflüssigkeit umströmt werden, um die Leistungsdichte zu erhöhen. Eine verbesserte Kühlung mit direktem Kontakt von Hydraulikflüssigkeit und Leiter in der Nut ist bereits grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise DE102015013018 A1 eine Lösung für elektrische Maschinen mit Einzelzahnwicklung, wobei das Fluid direkt die Wicklungen, welche um die Zähne gewickelt sind, umströmt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stator für eine elektrische Maschine bereitzustellen, die eine hohe Leistungsdichte durch eine optimierte Kühlung und optimierte elektromagnetische Ausgestaltung aufweist. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, dass der Stator kostengünstig herstellbar sowie montagefreundlich ausgeführt ist. Es ist auch die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines optimierten Stators bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Stator erstreckender Statornuten, wobei in den Statornuten Statorwicklungen angeordnet sind, wobei die Statornuten von einem dünnwandigen zylinderringförmigen Statornutverschlussmittel verschlossen sind, wobei das Statornutverschlussmittel mit den freien Enden der Statorzähne über einen Klebstoff verbunden ist.
Erfindungsgemäß wird somit ein Stator für eine elektrische Maschine mit direkter Nutkühlung bereitgestellt. Die Statorwicklungen, z.B. in Form einer Wellenwicklung, können bevorzugt radial von innen oder von außen in die Statornuten eingelegt werden. Der Stator kann folglich über Nuten verfügen, die radial nach innen zum Stator-Innendurchmesser oder radial nach außen zum Stator-Außendurchmesser hin geöffnet sind. Die Statornuten sind von dem Statornutverschlussmittel verschlossen, um u.a. ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.
Durch die Verwendung eines formschlüssig an den Statorzähnen befestigten dünnwandigen zylinderringförmigen Statornutverschlussmittels wird der elektromagnetisch wirksame Luftspalt gegenüber einer vergleichbaren Maschine mit konventioneller indirekter Mantelkühlung nur in einem sehr geringen Maße erhöht, so dass durch den elektromagnetisch wirksamen Luftspalt die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine nicht unzulässig stark gemindert wird.
Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass erfindungsgemäß das dünnwandige zylinderringförmigen Statornutverschlussmittel mit den freien Enden der Statorzähne über einen Klebstoff verbunden ist und hierdurch abgestützt und gehalten ist, so dass selbst bei einer dünnwandigen Ausführung das zylinderringförmigen Statornutverschlussmittel formstabil gegenüber dem Stator fixierbar ist.
Dadurch, dass das Statornutverschlussmittel in seiner axialen Erstreckung abschnittsweise oder vollständig stoffschlüssig mit den Statorzähnen verbunden ist, ergeben sich folglich Stützstellen in einem axialen kurzen Abstand oder eine vollständige Abstützung in axialer Richtung. Das Statornutverschlussmittel kann hierdurch wesentlich steifer gelagert werden, da zumindest an den Stützstellen zwischen den Statorzähnen und dem Statornutverschlussmittel radiale Zugkräfte bzw. Druckkräfte übertragen werden können. Dadurch reduziert sich die Biegelänge des Statornutverschlussmittels, wodurch eine höhere Steifigkeit erreicht wird und die maximal zulässigen radialen Verformungen, beispielsweise bei gegebenem hydraulischem Druck innerhalb der Statornuten, wiederum mit geringerer Wandstärke des Statornutverschlussmittels erreichbar sind. Die Übertragung von radialen Zugkräften erfolgt über eine Klebeverbindung, welche in radialer Richtung zwischen Statornutverschlussmittel und einem oder mehreren, bevorzugt allen Statorzähnen ausgeführt wird. Die Klebeverbindung kann entweder an einem, mehreren oder allen Statorzähnen sowie entweder auf Segmenten in axialer Richtung oder über die gesamte axiale Länge ausgeführt sein.
Bevorzugt ist das Statornutverschlussmittel aus einem Kunststoff, ganz besonders bevorzugt aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet.
Dünnwandig bedeutet im Sinne dieser Erfindung, dass die Wandstärke des zylinderförmigen Statornutverschlussmittel wesentlich kleiner ist als der Außendurchmesser des Statornutverschlussmittels. Insbesondere kann ein dünnwandiges Statornutverschlussmittel eine Wandstärke aufweisen, welche 0.001-0.005 mal dem Außendurchmesser des Statornutverschlussmittels entspricht.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Der Stator ist insbesondere als Stator für eine Radialflussmaschine ausgebildet. Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht bevorzugt aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen.
Der Stator kann als Stator für einen Innenläufer oder Außenläufer ausgebildet sein. Bei einem Innenläufer erstrecken sich die Statorzähne radial nach innen, während sie sich bei einem Außenläufer radial nach außen erstrecken.
Der erfindungsgemäße Stator ist bevorzugt vorgesehen für eine elektrische Maschine, insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Als Statorzähne werden Bestanteile des Statorkörpers bezeichnet, die als umfänglich beabstandete, zahnartig radial nach innen oder radial nach außen gerichteten Teilen des Statorkörpers ausgebildet sind und zwischen deren freien Enden und einem Rotorkörper ein Luftspalt für das Magnetfeld gebildet ist.
Eine Statorwicklung ist ein elektrisch leitfähiger Leiter, dessen Längenerstreckung wesentlich größer ist als seine Erstreckung senkrecht zur Längserstreckung. Die Statorwicklung kann grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind rechteckige Querschnittsformen, da sich mit diesen hohe Packungs- und folglich Leistungsdichten erzielen lassen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Statorwicklung aus Kupfer gebildet. Bevorzugt weist eine Statorwicklung eine Isolierung auf. Zur Isolierung der Statorwicklung kann beispielsweise Glimmerpapier, welches aus mechanischen Gründen durch einen Glasgewebeträger verstärkt sein kann, in Bandform um eine oder mehrere Statorwicklungen gewickelt sein, welche mittels eines aushärtenden Harzes imprägniert sind. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine aushärtbare Polymer oder Lackschicht ohne ein Glimmerpapier zu verwenden um eine Statorwicklung zu isolieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Statornuten von einem Kühlmittel durchströmt sind, so dass eine besonders effektive Kühlung des Stators erfolgen kann. Durch das Statornutverschlussmittel sind somit die im Betrieb mit einer Hydraulikflüssigkeit durchströmten Statornuten radial nach innen oder außen zum Rotor hin abgedichtet, so dass die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit weitestgehend vollständig im Statorraum verbleibt.
Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass das Kühlmittel in den Statornuten einen Druck von 0,1-2 bar aufweist.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass das Statornutverschlussmittel umfänglich geschlossen ausgeführt ist. Hierdurch kann insbesondere eine Leckage von Hydraulikflüssigkeit aus den Statornuten in Richtung des Rotors unterbunden werden.
Weiterhin kann es alternativ hierzu von Vorteil sein, dass das Statornutverschlussmittel einen über seine vollständige axiale Erstreckung verlaufenden axialen Schlitz aufweist. Das Statornutverschlussmittel ist somit im unmontierten Zustand nicht umlaufend geschlossen, sondern mit einem C-förmigen Querschnitt in axialer Richtung ausgeführt. Das Statornutverschlussmittel hat weiterhin einen weitestgehend kreisringförmigen Querschnitt, welcher jedoch in axialer Richtung durch den axial verlaufenden Schlitz geöffnet ist. Der Außendurchmesser des C-förmigen Statornutverschlussmittels wird dabei bevorzugt größer als der Stator-Innendurchmesser gewählt.
Zum Fügen in den Stator kann das C-förmige Statornutverschlussmittel daher zunächst in bevorzugter Weise durch elastische Biegung in Umfangsrichtung komprimiert werden, sodass der Außendurchmesser in diesem Zustand einen kleineren Wert als der Stator-Innendurchmesser erreicht. Dadurch kann das Statornutverschlussmittel widerstandsarm axial in den Stator-Innendurchmesser eingeschoben werden. Durch Aufhebung der Komprimierung hat das C-förmige Statornutverschlussmittel die Bestrebung, durch elastische Rückbiegung wieder seine Ausgangsform einzunehmen. Dabei legt es sich an den Stator-Innendurchmesser an und übt durch die verbleibende Vorspannung eine Druckkraft nach außen auf den Stator-Innendurchmesser aus. Der axiale Schlitz ist dabei bevorzugt so auszulegen, dass er in diesem Zustand hinreichend gering ausfällt, ohne jedoch zu einer Überlappung der beiden Kanten zu führen.
Das C-Rohr ist gegenüber dem Stator so auszurichten, dass der Spalt in Umfangsrichtung mit dem Innendurchmesser eines Statorzahns und nicht mit einer Statornut zusammenfällt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann es somit bevorzugt sein, dass der Schlitz zumindest abschnittsweise an einem Statorzahn anliegt.
Hierbei kann es insbesondere bevorzugt sein, dass der Schlitz in axialer Richtung so mit einem Klebstoff gefüllt ist, dass sich zwischen dem entsprechenden Statorzahn und den beidseitigen Kanten des C-förmigen Statornutverschlussmittels durch das Aushärten des Klebstoffs eine adhäsive Verbindung ergibt, welche das Statornutverschlussmittel einerseits durch die Übertragbarkeit radialer Zugkräfte im fixiert gelagerten Stator hält und andererseits den Spalt zwischen Statornutverschlussmittelkanten und dem Statorzahn mediendicht verschließt und somit im Betrieb eine Leckage der Hydraulikflüssigkeit in Richtung Rotor verhindert. Durch die Klebeverbindung kann eine Steifigkeitserhöhung in radialer Richtung realisiert werden.
Zudem kann bevorzugt die verbleibende radiale Vorspannung des C-förmigen Statornutverschlussmittels zum Stator-Innendurchmesser dem hydraulischen Druck der Hydraulikflüssigkeit entgegenwirken. Dies kann besonders bevorzugt auch so eingestellt sein, dass der hydraulische Druck der Hydraulikflüssigkeit in den Statornuten den Betrag des Vorspanndrucks nicht überschreitet, so dass keine radial nach innen wirkende resultierende Druckkraft auftritt, die zu einer radialen Verformung des Statornutverschlussmittels nach innen führt. Durchmesser und Spaltmaß des C-förmigen Statornutverschlussmittels sind daher vorzugsweise so abzustimmen, dass die Vorspannkraft auf den Stator zumindest gleich groß wie die maximale, aus dem hydraulischen Druck in den Statornuten resultierende Druckkraft am Statornutverschlussmittel im Betrieb ausfällt.
Auch eine mögliche Ausführung, bei der die Vorspannkraft geringer als die Druckkraft ausfällt, kann vorteilhaft die resultierende Radialkraft und somit die radiale Statornutverschlussmittelverformung nach innen reduzieren. Beide Effekte können dazu genutzt werden, bei einem Statornutverschlussmittel mit geringer Wandstärke hinreichend geringe radiale Verformungen in Richtung Rotor zu erzielen. Durch das Auffedern des Statornutverschlussmittels im Stator-Innendurchmesser kann zudem das Fügespiel weitgehend ausgeglichen werden, sodass sich im montierten Zustand neben der geringeren Wandstärke auch ein geringerer verbleibender Fügespalt zwischen Stator-Innendurchmesser und Statornutverschlussmittel-Außendurchmesser ergibt. Beide Effekte reduzieren den elektromagnetisch wirksamen Luftspalt.
Grundsätzlich kann es ebenfalls vorteilhaft sein, dass zumindest eine Klebeverbindung zwischen einem oder mehreren Statorzähnen und dem Statornutverschlussmittel außerhalb des Schlitzes vorhanden ist. Durch das Auffedern des C-förmigen Statornutverschlussmittels kommen beide Klebepartner in Kontakt und können eine adhäsive Verbindung eingehen, welche im ausgehärteten Zustand radiale Zugkräfte übertragen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der Klebstoff eine hydraulische Dichtung zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Statornuten ausbildet.
Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass das Statornutverschlussmittel eine Wandstärke kleiner 1 mm aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators umfassend die folgenden Schritte:

a) Bereitstellung eines Stators,
b) Einsetzen der Statorwicklung in die Statornuten des Stators,
c) Auftragen eines Klebstoffs auf die radial äußere Mantelfläche eines zylinderförmigen Statornutverschlussmittels und/oder an den radial inneren Mantelflächen der Statorzähne,
d) Einsetzen des zylinderringförmigen Statornutverschlussmittels in den Stator und
e) Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Statornutverschlussmittel und den radial inneren Mantelflächen der Statorzähne.

Vor der Montage kann beispielsweise ein Klebstoff entweder auf den durch die Statorzähne definierten Stator-Innendurchmesser, auf den Statornutverschlussmittel-Außendurchmesser oder auf beide Flächen aufgebracht werden. Das Statornutverschlussmittel wird dann anschließend axial in den Stator-Innendurchmesser eingeschoben.
Der Klebstoff ist dabei bevorzugt so zu wählen, dass er durch die Gleitbewegung im engen Spalt zwischen Stator-Innendurchmesser und Statornutverschlussmittel-Außendurchmesser nicht unzulässig stark abgeschert wird und nach dem Einschieben noch in ausreichendem Ausmaß an der vorgesehenen Klebestelle vorhanden ist. In einer vorzugshaften Ausführung wird der Klebstoff daher vor dem Einschieben so dosiert, dass er durch die Gleitbewegung im Fügespalt beim Einschieben gleichmäßig in axialer Richtung über die Klebepartner verteilt wird.
Weiterhin bevorzugt sind der Klebstoff und das Herstellverfahren so aufeinander abgestimmt, dass während dem Einschieben noch keine Aushärtung erfolgt. Im Anschluss an das Einschieben kann das Statornutverschlussmittel durch eine Druckkraft am Innendurchmesser an den Stator-Innendurchmesser bzw. die Statorzähne gedrückt werden, wodurch der Fügespalt ausgeglichen wird. Die Druckkraft kann durch ein Werkzeug oder durch Mediendruck (z.B. Druckluft) aufgebracht oder durch Erwärmen des Statornutverschlussmittels , beispielsweise unter Ausnutzung der höheren Wärmedehnung des aus einem Kunststoff geformten Statornutverschlussmittels gegenüber dem Stahl-Stator erzeugt werden. Für die mechanischen Anpress-Varianten erleichtert ein dünnes und damit radial nachgiebiges Statornutverschlussmittel die Überbrückung des Fügespalts.
In diesem kalibrierten Zustand kann der Klebstoff durch ein geeignetes Wirkprinzip, z.B. mechanischen Druck, UV-Strahlung, Wärme, Medienkontakt oder dergleichen zum Aushärten gebracht werden, wodurch an den Kontaktstellen zu Stator-Innendurchmesser und Statornutverschlussmittel-Außendurchmesser eine adhäsive Verbindung entsteht, welche in der Anwendung radiale Zugkräfte vom Statornutverschlussmittel-Außendurchmesser auf den fest gelagerten Stator übertragen kann. An jeder Klebestelle wird somit eine zusätzliche Stützstelle für das Statornutverschlussmittel entlang der axialen Länge geschaffen, welche die Kraft durch den Kühlmediendruck abstützen kann. Da der Abstand dieser inneren Stützstellen wesentlich geringer ausfällt als der Abstand der außerhalb des Rotors liegenden Stützstellen, ergibt sich eine wesentlich geringere Biegelänge und somit eine deutlich erhöhte Steifigkeit, welche für eine Reduzierung der Statornutverschlussmitteldicke genutzt werden kann. Idealerweise verfügt jede Kontaktfläche zwischen Statorzahn und Statornutverschlussmittel über eine Klebefläche, sodass die freie Biegelänge nur noch der Breite der Statornut entspricht.
In allen beschriebenen erfindungsgemäßen und/oder bevorzugten Varianten kann die Wandstärke des Statornutverschlussmittels gegenüber einem konventionell gelagerten Statornutverschlussmittel bei gleicher Beulneigung, insbesondere unter Kühlmediendruck innerhalb der Statornuten, geringer ausgelegt werden. Dies ermöglicht einen geringeren elektromagnetisch wirksamen Luftspalt ohne Kollisionsgefahr zwischen Statornutverschlussmittel und Rotor.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele innerhalb des technisch machbaren frei miteinander kombiniert werden.
Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform eines Stators in einer perspektivischen Ansicht,
2 eine perspektivische Detailansicht auf den Statorkörper der ersten Ausführungsform eines Stators,
3 eine Detailansicht eines Statorzahns einer ersten Ausführungsform eines Stators in einer schematische Querschnittsdarstellung
4 eine perspektivische Axialschnittansicht in eine erste Ausführungsform einer elektrischen Maschine,
5 eine zweite Ausführungsform eines Stators in einer perspektivischen Ansicht,
6 eine Detailansicht eines Statorzahns einer zweiten Ausführungsform eines Stators in einer schematische Querschnittsdarstellung
7 ein Verfahrensablaufdiagramm eines Herstellprozesses eines Stators,
8 ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine in einer Blockschaltdarstellung.

Die 1-4 zeigen eine erste Ausführungsform eines Stators 1 für eine elektrische Maschine 2, wie sie beispielsweise in hybriden oder vollelektrischen Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen verwendet wird, was exemplarisch in der 8 gezeigt ist.
Der zylinderförmige Stator 1 ist zur Verwendung in einer als Radialflussmaschine mit Innenläufer konfigurierten elektrischen Maschine 2 ausgebildet und umfasst einen Statorkörper 3 mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne 4 und zwischen den Statorzähnen 4 gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Stator 1 erstreckender Statornuten 5, wobei in den Statornuten 7 Statorwicklungen 6 angeordnet sind.
Die Statornuten 7 sind von einem dünnwandigen zylinderringförmigen, aus einem Kunststoff geformten Statornutverschlussmittel 8 verschlossen, wobei das Statornutverschlussmittel 8 mit den freien Enden 9 der Statorzähne 4 über einen Klebstoff 11 verbunden ist, was gut aus der 4 ersichtlich wird. Das Statornutverschlussmittel 8 besitzt eine Wandstärke zwischen 0,1-1 mm. In der in den 1-4 gezeigten ersten Ausführungsform eines Stators 1 ist das Statornutverschlussmittel 8 umfänglich geschlossen ausgeführt.
Die Statornuten 7 sind zur Kühlung von einem flüssigen Kühlmittel (Hydraulikflüssigkeit) 12 durchströmt sind. Das Kühlmittel 12 in den Statornuten 7 kann beispielsweise einen Druck von 0,1-2 bar aufweisen, so dass im Bereich der Statornuten 7 eine in radialer Richtung nach innen gerichtete Kraft auf das Statornutverschlussmittel 8 ausgeübt wird und welche zu einer Verformung des Statornutverschlussmittels 8 führen kann.
In der in den 1-4 gezeigten Ausführungsform bildet der Klebstoff 11 eine hydraulische Dichtung zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Statornuten 7 aus, so dass das Kühlmittel 12 nicht zwischen zwei benachbarten Statornuten 7 hin und her fließen kann, so dass eine zielgerichtete und kontrollierte Kühlung der Statornuten durch das Kühlmittel 12 erfolgen kann.
In den in den 5-6 gezeigten Ausgestaltungen besitzt das Statornutverschlussmittel 8 keine umfänglich geschlossene Kontur wie in den Ausführungsformen der 1-4, sondern das Statornutverschlussmittel 8 weist einen über seine vollständige axiale Erstreckung verlaufenden axialen Schlitz 13 auf, so dass eine C-förmige Querschnittskontur des Statornutverschlussmittels 8 ausgebildet ist. Der Schlitz 13 liegt zumindest abschnittsweise an einem Statorzahn 4 an und ist mittels eines Klebstoffs 11 gefüllt, so dass das Statornutverschlussmittel 8 stoffschlüssig an dem entsprechenden Statorzahn 4 anliegt.
7 zeigt einen Verfahrensablauf 14 zur Herstellung eines Stators 1 welcher nachfolgend näher erläutert wird. Das Verfahren 14 umfasst die folgenden Schritte:
In einem ersten Verfahrensschritt a erfolgt die Bereitstellung eines Stators 1 und nachfolgend in einem Verfahrensschritt b das Einsetzen der Statorwicklung 6 in die Statornuten 7 des Stators 1. Zum Verschluss der Statornuten 7 erfolgt dann in einem Verfahrensschritt c das Auftragen eines Klebstoffs 11 auf die radial äußere Mantelfläche eines zylinderringförmigen Statornutverschlussmittels 8, wie es aus den 1-6 in zwei verschiedenen Ausgestaltungen (mit und ohne Schlitz 13), bereits bekannt ist. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es natürlich auch möglich, den Klebstoff 11 auf den radial inneren Mantelflächen der Statorzähne 10 aufzutragen.
So auf den Verklebungsprozess vorbereitet, erfolgt in dem Verfahrensschritt d das Einsetzen des zylinderrinfförmigen Statornutverschlussmittels 8 in den Stator 1 und abschließend in einem Verfahrensschritt e das Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Statornutverschlussmittel 8 und den radial inneren Mantelflächen der Statorzähne 10.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: elektrische Maschine
3: Statorkörper
4: Statorzähne
5: Rotor
6: Statorwicklungen
7: Statornuten
8: Statornutverschlussmittel
9: freien Enden
11: Klebstoff
12: Kühlmittel
13: Schlitz
14: Verfahren zur Herstellung eines Stators

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3157138 A1 [0007]
DE 102015013018 A1 [0008]

Claims

Stator (1) für eine elektrische Maschine (2), umfassend einen Statorkörper (3) mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne (4) und zwischen den Statorzähnen (4) gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Stator (1) erstreckender Statornuten (5), wobei in den Statornuten (7) Statorwicklungen (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Statornuten (7) von einem dünnwandigen zylinderförmigen Statornutverschlussmittel (8) verschlossen sind, wobei das Statornutverschlussmittel (8) mit den freien Enden (9) der Statorzähne (10) über einen Klebstoff (11) verbunden ist.
Stator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statornuten (7) von einem Kühlmittel (12) durchströmt sind.
Stator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (12) in den Statornuten (7) einen Druck von 0,1-2 bar aufweist.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statornutverschlussmittel (8) umfänglich geschlossen ausgeführt ist.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Statornutverschlussmittel (8) einen über seine vollständige axiale Erstreckung verlaufenden axialen Schlitz (13) aufweist.
Stator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (13) zumindest abschnittsweise an einem Statorzahn (10) anliegt.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (11) eine hydraulische Dichtung zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Statornuten (7) ausbildet.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statornutverschlussmittel (8) eine Wandstärke zwischen 0,1-1 mm aufweist
Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellung eines Stators (1), b) Einsetzen der Statorwicklung (6) in die Statornuten (7) des Stators (1), c) Auftragen eines Klebstoffs (11) auf die radial äußere Mantelfläche eines zylinderringförmigen Statornutverschlussmittels (8) und/oder an den radial inneren Mantelflächen der Statorzähne (10), d) Einsetzen des zylinderringförmigen Statornutverschlussmittels (8) in den Stator (1) und e) Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Statornutverschlussmittel (8) und den radial inneren Mantelflächen der Statorzähne (10).