DE102021107454A1

DE102021107454A1 - Statoreinrichtung für eine elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102021107454A1
Application number: DE102021107454.1A
Authority: DE
Inventors: Holger Hinrich; Johannes Wende
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2041-03-26
Also published as: GB2607176A; GB202204243D0; CN115133691A; US20220311297A1; DE102021107454B4; JP2022151699A; GB2607176B; US11848593B2; JP7307223B2

Abstract

Statoreinrichtung (1) für eine elektrische Maschine (10), umfassend eine Blechpaketanordnung (2) mit einer Mehrzahl von Aufnahmenuten (3) zur Aufnahme jeweils wenigstens eines Leiterelements (4) einer Statorwicklung (11) in einem Leiterkanal (13). Die Aufnahmenuten (3) stellen jeweils wenigstens einen entlang des Leiterkanals (13) verlaufenden Strömungskanal (23) für ein Kühlmittel zur Kühlung der Leiterelemente (4) bereit. Dabei umfasst die Blechpaketanordnung (2) eine Mehrzahl von axial aufgereihten Blechpaketeinheiten (12), welche jeweils axiale Nutabschnitte (33) der Aufnahmenuten (3) bereitstellen. Die einer Blechpaketeinheit (12) zugehörigen Nutabschnitte (33) weisen eine Nutgeometrievariante (5, 15, 25, 35) auf, welche aus einer Gruppe von wenigstens zwei unterschiedlichen Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) entnommen ist, sodass die Aufnahmenuten (3) über ihre axialen Verläufe entlang der Blechpaketanordnung (2) jeweils wenigstens zwei unterschiedliche Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Statoreinrichtung für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Statoreinrichtung. Die Statoreinrichtung umfasst wenigstens eine Blechpaketanordnung mit einer Mehrzahl von Aufnahmenuten zur Aufnahme jeweils wenigstens eines Leiterelements einer Statorwicklung in einem Leiterkanal. Die Aufnahmenuten stellen jeweils wenigstens einen entlang des Leiterkanals verlaufenden Strömungskanal für ein Kühlmittel zur Kühlung der Leiterelemente bereit.
Eine solche Statoreinrichtung bietet eine wirksame Wärmeabfuhr, da die Leiterelemente (auch als Pins bzw. Hairpins bezeichnet) der Statorwicklung direkt gekühlt werden können. Dabei ist allerdings entscheidend, dass die Leiterelemente bei der Montage nicht verkippen bzw. verrutschen und dadurch den Strömungskanal teilweise oder sogar ganz versperren. Eine solche Verblockung des Strömungsquerschnitts führt unter anderem zu einer signifikanten Erhöhung des Druckverlustes der Kühlmittelströmung und insgesamt zu einer unerwünschten Einschränkung der Kühlwirkung.
Daher beschreibt die DE 10 2018 112 347 A1 eine elektrische Maschine, bei der auf die Isolation der Leiterelemente abschnittsweise Abstandshalter aufgebracht werden, welche die Kühlmittelkanäle zu Direktkühlung der Leiterelemente abschnittsweise begrenzen. Durch die Abstandshalter wird eine Verblockung der Strömungskanäle verhindert.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Schutz vor einer Verblockung der Strömungskanäle durch nicht bestimmungsgemäß positionierte Leiterelemente weiter zu verbessern. Besonders bevorzugt solche eine zuverlässige und zugleich konstruktiv und fertigungstechnisch unaufwendig umsetzbare Möglichkeit gefunden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Statoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
Die erfindungsgemäße Statoreinrichtung ist für eine elektrische Maschine vorgesehen und umfasst eine Blechpaketanordnung mit einer Mehrzahl von Aufnahmenuten. Die Aufnahmenuten dienen zur Aufnahme jeweils wenigstens eines Leiterelements einer Statorwicklung. Die Aufnahmenuten umfassen jeweils wenigstens einen Leiterkanal, in welchem jeweils wenigstens ein Leiterelement der Statorwicklung wenigstens teilweise aufnehmbar ist. Die Aufnahmenuten stellen jeweils wenigstens einen entlang des Leiterkanals wenigstens eines Leiterelements verlaufenden Strömungskanal für ein Kühlmittel zur Kühlung der Leiterelemente bereit. Dabei umfasst die Blechpaketanordnung eine Mehrzahl von axial aufgereihten Blechpaketeinheiten. Dabei stellen die Blechpaketeinheiten jeweils axiale Nutabschnitte der Aufnahmenuten bereit. Dabei weisen die einer Blechpaketeinheit zugehörigen Nutabschnitte wenigstens teilweise eine Nutgeometrievariante auf, welche aus einer Gruppe von wenigstens zwei unterschiedlichen Nutgeometrievarianten entnommen ist. Dabei weisen die Aufnahmenuten über ihre (jeweiligen) axialen Verläufe entlang der Blechpaketanordnung jeweils wenigstens zwei unterschiedliche Nutgeometrievarianten auf. Insbesondere kommen in der Blechpaketanordnung wenigstens zwei unterschiedliche Nutgeometrievarianten vor. Die Blechpaketeinheiten der Blechpaketanordnung gehören also insbesondere einer der wenigstens zwei Nutgeometrievarianten an.
Die erfindungsgemäße Statoreinrichtung bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet der modulare Aufbau aus Blechpaketeinheiten mit Nutabschnitten mit unterschiedlichen Nutgeometrievarianten. Dadurch sind gezielt unterschiedliche bzw. veränderliche Nutgeometrien und beispielsweise Strömungsumlenkungen entlang des axialen Verlaufs der Aufnahmenuten möglich. Zudem können dadurch der Verblockung der Strömungskanäle durch verkippte Leiterelemente bzw. dem Verkippen selbst gezielt entgegengewirkt werden. Besonders vorteilhaft ist auch, dass eine gewünschte Geometrie der Aufnahmenut sehr unaufwendig durch gezieltes Aneinanderreihen von Blechpaketeinheiten mit unterschiedlichen Nutgeometrievarianten gebildet werden kann. Die Erfindung ermöglicht daher eine besonders zügige und wirtschaftliche Fertigung von Statoreinrichtungen für elektrische Maschinen.
Vorzugsweise unterscheiden sich die Nutgeometrievarianten in den Anordnungen ihrer Strömungskanäle relativ zu ihren Leiterkanälen. Insbesondere unterscheiden sich die Nutgeometrievarianten dadurch, dass der Strömungskanal in Bezug auf den Uhrzeigersinn vor oder hinter dem Leiterkanal angeordnet ist. Mit anderen Worten unterscheiden sich die Nutgeometrievarianten insbesondere dadurch, dass der Strömungskanal in Bezug auf eine Blickrichtung von radial innen nach radial außen entweder links oder rechts vom Leiterkanal angeordnet ist. Dadurch ist bei einer bestimmten Blechpaketeinheit der Strömungskanal also zum Beispiel im Uhrzeigersinn vor dem Leiterkanal bzw. links vom Leiterkanal angeordnet. Bei einer anderen bestimmten (insbesondere benachbarten) Blechpaketeinheit ist dann der Strömungskanal umgekehrt und somit zum Beispiel im Uhrzeigersinn hinter dem Leiterkanal bzw. rechts vom Leiterkanal angeordnet. So ergibt sich ein Verlauf, bei dem der Strömungskanal von einer zur anderen Seite (und wieder zurück usw.) springt bzw. ein wechselseitiger Verlauf des Strömungskanals.
Möglich und bevorzugt ist auch, dass sich die Nutgeometrievarianten dadurch unterscheiden, dass der Strömungskanal radial oberhalb oder radial unterhalb des Leiterkanals angeordnet ist. So ergibt sich ein Verlauf, bei dem der Strömungskanal von oben nach unten (und wieder zurück usw.) springt. Ein solcher Verlauf des Strömungskanals kann auch als radial wechselseitiger Verlauf bezeichnet werden.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt und vorteilhaft, dass sich der Strömungskanal sowohl im Uhrzeigersinn vor oder hinter und zugleich radial oberhalb oder radial unterhalb des Leiterkanals erstreckt. Insgesamt ergibt sich dadurch vorzugsweise ein spiralartiger bzw. spiralförmiger Verlauf des Strömungskanals. Insbesondere windet sich der Strömungskanal spiralförmig um den Leiterkanal. In allen Ausgestaltungen kann die Drehrichtung im oder gegen den Uhrzeigersinn sein. So können eine rechtsdrehende Spirale (Verlauf des Strömungskanals mit Drehung im Uhrzeigersinn) oder auch eine linksdrehende Spirale (Verlauf des Strömungskanals mit Drehung gegen den Uhrzeigersinn) vorgesehen sein. Insgesamt ergibt sich dann z. B. ein Verlauf, bei dem der Strömungskanal von einer linken Seite nach unten und dann zur rechten Seite und dann nach oben und wieder zurück zur linken Seite usw. springt. In einem anderen Beispiel kann ein Verlauf vorgesehen sein, bei dem der Strömungskanal von einer rechten Seite nach unten und dann zur linken Seite und dann nach oben und wieder zurück zur rechten Seite usw. springt. Eine solche Ausgestaltung bietet eine besonders wirksame und zugleich unaufwendige Möglichkeit zur Verhinderung von Verblockungen des Strömungsquerschnitts und zugleich eine sehr vorteilhafte Kühlmittelströmung.
In einer bevorzugten und vorteilhaften Ausgestaltung werden die Leiterkanäle an wenigstens zwei (in axialer Richtung verlaufenden) Seiten durch eine Wandung der Aufnahmenuten begrenzt. Insbesondere werden dabei Strömungskanäle an wenigstens zwei (in axialer Richtung verlaufenden) Seiten durch eine Wandung der Aufnahmenuten begrenzt. Dabei ist bevorzugt, dass die Leiterkanäle und die Strömungskanäle an wenigstens zwei (in axialer Richtung verlaufenden) Seiten aneinandergrenzen. Insbesondere unterscheiden sich die Nutgeometrievarianten darin, an welchen ihrer Seiten die Leiterkanäle und die Strömungskanäle aneinandergrenzen. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass sich die Nutgeometrievarianten darin unterscheiden, an welchen Seiten die Leiterkanäle und die Strömungskanäle von der Wandung der Aufnahmenuten begrenzt werden. Insbesondere unterscheiden sich die Nutgeometrievarianten darin, mit welchen ihrer Seiten die Leiterelemente an der Wandung der Aufnahmenut anliegen. Insbesondere liegen die Leiterelemente je nach Nutgeometrievariante an unterschiedlichen Abschnitten der Wandung der Aufnahmenut an.
Vorzugsweise sind die Blechpaketeinheiten mit den unterschiedlichen Nutgeometrievarianten derart axial aufgereiht, dass in den Aufnahmenuten jeweils der Strömungskanal spiralartig um den Leiterkanal (und vorzugsweise auch das darin aufnehmbare Leiterelement) verläuft. Vorzugsweise sind die Blechpaketeinheiten mit den unterschiedlichen Nutgeometrievarianten derart axial aufgereiht, dass ein Leiterelement abwechselnd mit wenigstens einer unterschiedlichen Seite an der Wandung der Aufnahmenut anliegt.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass benachbarte Blechpaketeinheiten unterschiedliche Nutgeometrievarianten aufweisen.
Vorzugsweise werden wenigstens zwei der wenigstens zwei Nutgeometrievarianten dadurch gebildet, dass wenigstens zwei Blechpaketeinheiten um 180° gewendet zueinander in der Blechpaketanordnung verbaut sind. Dabei sind die Blechpaketeinheiten insbesondere wenigstens in Bezug auf die Aufnahmenuten geometrisch identisch ausgebildet. Die Blechpaketeinheiten können auch identisch sein. Ein solches Wenden ermöglicht eine besonders unaufwendige Umsetzung einer veränderlichen Nutgeometrie, da keine unterschiedlichen Blechpaketeinheiten vorgehalten bzw. gefertigt werden müssen. Insbesondere steht eine Achse für ein solches Wenden quer zur Drehachse der elektrischen Maschine und/oder quer zur Längsachse bzw. axialen Ausdehnung der Statoreinrichtung.
Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass durch das Wenden der Blechpaketeinheit um 180° einstellbar ist, ob der Strömungskanal einer Aufnahmenut im Uhrzeigersinn (bzw. in Bezug auf eine Blickrichtung von radial innen nach radial außen) vor oder hinter dem Leiterkanal dieser Aufnahmenut angeordnet ist. Durch das Wenden wechselt der Strömungskanal insbesondere von einer zur anderen Längsseite des Leiterkanals.
Es ist ebenfalls bevorzugt und vorteilhaft, dass wenigstens zwei der wenigstens zwei Nutgeometrievarianten dadurch gebildet werden, dass wenigstens zwei geometrisch unterschiedlich ausgebildete Blechpaketeinheiten in der Blechpaketanordnung verbaut sind. Insbesondere unterscheiden sich die Blechpaketeinheiten dabei in ihren Aufnahmenuten. Insbesondere unterscheiden sich die Blechpaketeinheiten unabhängig davon voneinander, ob sie gewendet werden oder nicht. Insbesondere können die Aufnahmenuten solcher Blechpaketeinheiten nicht durch ein Wenden in geometrische Übereinstimmung gebracht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass je nach Nutgeometrievariante der Strömungskanal einer Aufnahmenut radial innenliegend oder radial außenliegend vom Leiterkanal dieser Aufnahmenut angeordnet ist. Insbesondere wird durch axiale Aufreihung von Blechpaketeinheiten mit derart unterschiedlichen Nutgeometrievarianten ein Wechseln des Strömungskanals von radial innen nach radial außen umgesetzt.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt und vorteilhaft, dass die Gruppe von Nutgeometrievarianten wenigstens vier unterschiedliche Nutgeometrievarianten umfasst. Insbesondere werden die Nutgeometrievarianten dadurch gebildet, dass wenigstens zwei geometrisch unterschiedlich ausgebildete Blechpaketeinheiten in der Blechpaketanordnung verbaut sind und dass die unterschiedlich ausgebildeten Blechpaketeinheiten zudem wenigstens auch jeweils um 180° gewendet in der Blechpaketanordnung verbaut sind. Insbesondere wird dadurch erreicht, dass die Aufnahmenuten entlang ihres Verlaufs durch die Blechpaketanordnung jeweils wenigstens vier unterschiedliche Nutgeometrievarianten aufweisen. Insbesondere kommen in der Blechpaketanordnung wenigstens vier unterschiedliche Nutgeometrievarianten vor. Die Blechpaketanordnung umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Blechpaketeinheiten (beispielsweise wenigstens acht oder wenigstens zwölf oder mehr), welche jeweils wenigstens eine von vier unterschiedlichen Nutgeometrievarianten aufweisen.
Vorzugsweise sind die um 180° gewendet zueinander verbauten Blechpaketeinheiten paarweise axial benachbart angeordnet. Vorzugsweise sind die geometrisch unterschiedlich ausgebildeten Blechpaketeinheiten paarweise axial benachbart angeordnet. Dabei ist insbesondere zwischen den geometrisch unterschiedlich ausgebildeten Blechpaketeinheiten jeweils eine um 180° gewendete Blechpaketeinheit angeordnet.
Besonders bevorzugt sind die wenigstens vier unterschiedlichen Nutgeometrievarianten in einer sich wiederholenden Reihenfolge in der Blechpaketanordnung aufgereiht.
Beispielsweise folgt auf eine Blechpaketeinheit mit einer ersten geometrischen Ausformung eine um 180° gewendete Blechpaketeinheit der gleichen (ersten) geometrischen Ausformung. Darauf folgt beispielsweise eine Blechpaketeinheit mit einer zweiten geometrischen Ausformung. Auf diese folgt insbesondere die um 180° gewendete Blechpaketeinheit der gleichen (zweiten) geometrischen Ausformung. Vorzugsweise wiederholt sich diese Abfolge, sodass wieder eine Blechpaketeinheit mit der ersten geometrischen Ausformung folgt.
Es ist möglich und vorteilhaft, dass die vier unterschiedlichen Nutgeometrievarianten in Kombination miteinander die Leiterelemente entlang der Blechpaketanordnung in insgesamt vier Richtungen formschlüssig fixieren. Insbesondere werden die Leiterelemente im Uhrzeigersinn (bzw. in Bezug auf eine Blickrichtung von radial innen nach radial außen) vor und hinter und radial oben und radial unten in Bezug zum Leiterkanal formschlüssig fixiert. Die Leiterelemente können sich dabei an der Wandung der Aufnahmenut und/oder an benachbarten Leiterelementen abstützen.
Es ist bevorzugt, dass der Strömungskanal über jeweils vier axial benachbarte Blechpaketeinheiten mit unterschiedlichen Nutgeometrievarianten wenigstens eine spiralartige Windung um den Leiterkanal vollzieht. Insbesondere ergeben vier benachbarte Nutgeometrievarianten in Kombination miteinander eine spiralartige Windung des Strömungskanals.
Die Anmelderin behält sich vor, eine elektrische Maschine mit einer erfindungsgemäßen Statoreinrichtung zu beanspruchen. Auch eine solche elektrische Maschine löst die zuvor gestellte Aufgabe besonders vorteilhaft. Die elektrische Maschine ist insbesondere für einen Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs vorgesehen. Die elektrische Maschine kann wenigstens einen relativ zur Statoreinrichtung drehbaren Rotor und/oder weitere Elektromaschinenkomponenten umfassen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich die Angaben axial und radial insbesondere auf eine Drehachse und/oder Längsachse der elektrischen Maschine. Der Begriff radial außen kann auch als jochseitig und der Begriff radial innen als kopfseitig bezeichnet werden.
Der Strömungskanal wird insbesondere durch die Lage der Leiterelemente in der Aufnahmenut definiert. Insbesondere entspricht der Strömungskanal (nur) einem freien, nicht von den Leiterelementen belegten Raum in der Aufnahmenut. Insbesondere entspricht der Leiterkanal dem von den Leiterelementen belegten Raum in der Aufnahmenut. Die Statoreinrichtung kann wenigstens eine Statorwicklung mit wenigstens einem Leiterelement und vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Leiterelementen umfassen.
Insbesondere umfassen die Blechpaketeinheiten jeweils eine Mehrzahl von Blechen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Blechpaketanordnung insbesondere auch eine solche verstanden, welche aus massiven und beispielsweise einteiligen Blechpaketeinheiten zusammengesetzt ist. Die Nutgeometrievarianten unterscheiden sich insbesondere in der Nutgeometrie des Nutabschnitts für die Aufnahmenuten. Insbesondere betrifft die Nutgeometrie eine Querschnittsgeometrie der Aufnahmenut.
Insbesondere verlaufen die Aufnahmenuten wenigstens abschnittsweise in axialer Richtung durch die Blechpaketanordnung. Insbesondere verlaufen die Leiterkanäle bzw. Leiterelemente wenigstens abschnittsweise in axialer Richtung durch die Blechpaketanordnung und vorzugsweise durch die Aufnahmenuten. Insbesondere verlaufen die Leiterkanäle und insbesondere auch die Strömungskanäle wenigstens abschnittsweise entlang der Leiterelemente. Insbesondere verlaufen die Leiterkanäle parallel zu den Leiterelementen.
Insbesondere grenzen der Strömungskanal und der Leiterkanal aneinander und insbesondere auch an die Leiterelemente. Insbesondere grenzt der Strömungskanal mit nur zwei (insbesondere aneinander angrenzenden) Seiten an den Leiterkanal. Insbesondere grenzt der Leiterkanal mit nur zwei (insbesondere aneinander angrenzenden) Seiten an den Strömungskanal.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer Statoreinrichtung. Insbesondere ist das Verfahren so ausgebildet, dass die zuvor beschriebene Statoreinrichtung danach hergestellt werden kann. Dabei werden die Blechpaketeinheiten axial aufgereiht und durch Drehen um eine axial verlaufende Drehachse so zueinander ausgerichtet, dass die axialen Nutabschnitte der einzelnen Blechpaketeinheiten eine Überlappung zueinander aufweisen, welche insbesondere wenigstens 75 % und vorzugsweise wenigstens 90 % einer größtmöglichen Überlappung beträgt. Besonders bevorzugt ist die größtmögliche Überlappung vorgesehen. Möglich ist auch, dass die axialen Nutabschnitte der einzelnen Blechpaketeinheiten einen Versatz zueinander aufweisen, welcher insbesondere maximal 25 % und vorzugsweise maximal 10 % von einem geringstmöglichen Versatz abweicht. Besonders bevorzugt ist der geringstmögliche Versatz vorgesehen. Insbesondere werden die Blechpaketeinheiten so zueinander ausgerichtet, dass entlang der Aufnahmenut wenigstens 75 % und vorzugsweise wenigstens 90 % einer größtmöglichen durchgängigen Nutquerschnittsfläche vorliegen und/oder dass eine maximal durchgängige Aufnahmenut (bzw. größtes Nutloch) vorliegt. Insbesondere werden die Nutabschnitte der einzelnen Blechpaketeinheiten in Bezug auf ihre axialen Querschnittsöffnungen bündig zueinander ausgerichtet.
Dann werden die Leiterelemente in den Aufnahmenuten angeordnet. Dann werden die Blechpaketeinheiten durch Drehen um eine axial verlaufende Drehachse so zueinander ausgerichtet, dass die axialen Nutabschnitte der einzelnen Blechpaketeinheiten einen Versatz zueinander aufweisen, durch welche die Leiterelemente in den Aufnahmenuten (insbesondere durch Verklemmung) fixiert werden. Dann werden die Blechpaketeinheiten vorzugsweise gegen weiteres axiales Verdrehen gesichert. Insbesondere erfolgt die Sicherung formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Statoreinrichtung so ausgebildet, dass sie nach dem Verfahren herstellbar ist.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:

1 eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Statoreinrichtung in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht von schräg unten;
2 eine stark schematisierte Detaildarstellung einer ersten Nutgeometrievariante der Statoreinrichtung nach 1;
3 eine stark schematisierte Detaildarstellung einer zweiten Nutgeometrievariante der Statoreinrichtung nach 1;
4 eine stark schematisierte Detaildarstellung einer dritten Nutgeometrievariante der Statoreinrichtung nach 1;
5 eine stark schematisierte Detaildarstellung einer vierten Nutgeometrievariante der Statoreinrichtung nach 1; und
6 eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Statoreinrichtung in einer perspektivischen Ansicht von schräg vorne mit skizzierten Strömungsverläufen.

1 zeigt ausschnittsweise eine erfindungsgemäße Statoreinrichtung 1 für eine hier nicht näher dargestellte elektrische Maschine 10. Die Statoreinrichtung 1 ist hier nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Die elektrische Maschine 10 kann beispielsweise als ein Elektromotor für einen Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs ausgebildet sein.
Die Statoreinrichtung 1 umfasst hier eine Blechpaketanordnung 2 mit einer Mehrzahl von axial aufgereihten Blechpaketeinheiten 12. Die Anzahl der Blechpaketeinheiten 12 ist hier rein beispielhaft und kann je nach konstruktiven Vorgaben für die Maschine 10 höher oder geringer sein. Die Blechpaketeinheiten 12 können aus einzelnen Blechen bzw. Scheiben bestehen oder auch massiv ausgebildet sein. Die Blechpaketeinheiten 12 stellen hier jeweils axiale Nutabschnitte 33 der Aufnahmenuten 3 bereit.
Die Statoreinrichtung 1 umfasst hier eine Statorwicklung 11 mit einer Vielzahl von miteinander kontaktierten elektrischen Leiterelementen 4, welche beispielsweise als Kupferpins ausgeführt sind. Die Leiterelemente 4 verlaufen hier gruppenweise in Aufnahmenuten 3. Die Aufnahmenuten 3 erstrecken sich in axialer Richtung durch die Blechpaketanordnung 2 und sind über deren Umfang (gleichmäßig) verteilt und beabstandet angeordnet.
Um eine besonders wirksame Kühlung der Statoreinrichtung 1 zu ermöglichen, werden die Leiterelemente 4 hier direkt gekühlt. Dazu strömt ein Kühlmittel durch einen innerhalb einer jeden Aufnahmenut 3 verlaufenden Strömungskanal 23. Die Strömungskanäle 23 werden hier durch die Lage der Leiterelemente 4 in den Aufnahmenuten 3 definiert. Ein Strömungskanal 23 entspricht hier dem freien, nicht von den Leiterelementen 4 belegten Raum innerhalb der Aufnahmenut 3. Derjenige Raum, welcher von den Leiterelementen 4 bestimmungsgemäß innerhalb der Aufnahmenut 3 belegt wird, ist als Leiterkanal 13 definiert. Die Aufnahmenuten 3 sind hier somit in den Leiterkanal 13 und den Strömungskanal 23 aufgeteilt.
Die Aufnahmenut 3 umgibt den Leiterkanal 13 und den Strömungskanal 23 mit einer Wandung 43. Dabei ist die Wandung 43 an einer radialen Innenseite der Blechpaketanordnung 2 unterbrochen. So können die Leiterelemente 4 bei der Herstellung der Statoreinrichtung 1 besonders unaufwendig in den Aufnahmenuten 3 montiert werden. Möglich ist aber auch eine Ausführung mit einer umfänglich geschlossenen Wandung 43.
Die Blechpaketanordnung 2 weist hier vier unterschiedliche Nutgeometrievarianten 5, 15, 25, 35 auf. Je nach Nutgeometrievariante 5, 15, 25, 35 sind der Leiterkanal 13 und der Strömungskanal 23 unterschiedlich in der Aufnahmenut 3 positioniert.
Dabei gehören die Blechpaketeinheiten 12 jeweils einer der Nutgeometrievarianten 5, 15, 25, 35 an. Zur besseren Veranschaulichung der Aufreihung sind die vier Nutgeometrievarianten 5, 15, 25, 35 in der 4 nummeriert. So ist gut zu erkennen, dass die vier unterschiedlichen Nutgeometrievarianten 5, 15, 25, 35 in einer sich wiederholenden Reihenfolge aufgereiht sind.
Die einzelnen Nutgeometrievarianten 5, 15, 25, 35 sind in den 2 bis 5 näher dargestellt. Dabei zeigt die 2 eine erste Nutgeometrievariante 5, bei welcher der Strömungskanal 23 radial rechtsseitig (im Uhrzeigersinn vor dem Leiterkanal 13) und radial oben in der Aufnahmenut 3 ausgerichtet ist. Die 3 zeigt eine zweite Nutgeometrievariante 15, bei welcher der Strömungskanal 23 radial linksseitig (im Uhrzeigersinn hinter dem Leiterkanal 13) und radial oben in der Aufnahmenut 3 angeordnet ist.
Die beiden Nutgeometrievarianten 5, 15 werden hier durch identisch ausgebildete Blechpaketeinheiten 12 realisiert. Für die zweite Nutgeometrievariante 15 wird die entsprechende Blechpaketeinheit 12 um 180° gewendet und dann in der Blechpaketanordnung 2 eingereiht.
Die 4 zeigt eine dritte Nutgeometrievariante 25, bei welcher der Strömungskanal 23 hier radial linksseitig und radial unten in der Aufnahmenut 3 angeordnet ist. Eine vierte Nutgeometrievariante 35 ist in der 5 gezeigt. Hier ist der Strömungskanal 23 radial rechtsseitig und radial unten in der Aufnahmenut 3 angeordnet. Auch die dritte und vierte Nutgeometrievariante 25, 35 werden hier durch geometrisch identisch ausgebildete Blechpaketeinheiten 2 verwirklicht, von denen eine um 180° gewendet in der Blechpaketanordnung 2 verbaut wird.
Die zuvor beschriebenen Blechpaketeinheiten 12 ergeben in der Aufreihung, wie sie in der 1 gezeigt ist, einen spiralartigen Verlauf der Strömungskanäle 23 um die jeweils zugehörigen Leiterkanäle 13. In der 6 sind die Strömungsverläufe skizziert, welche sich dadurch ergeben. Zur besseren Übersichtlichkeit sind hier von der Statoreinrichtung 1 nur die Leiterelemente 4 dargestellt. Entlang der Leiterelemente 4 verlaufen die hier nicht eingezeichneten Aufnahmenuten 3 mit ihren Leiterkanälen 13 und den Strömungskanälen 23. Durch die skizzierten Strömungsverläufe ist zu erkennen, wie sich die Strömungskanäle 23 um die in den Leiterkanälen 13 aufgenommenen Leiterelemente 4 winden.
Bei einer beispeilhaften Herstellung werden die einzelnen Blechpaketeinheiten 12 vor dem Einschieben der Leiterelemente 4 so angeordnet bzw. verdreht, dass ein maximal großes Nutloch vorliegt bzw. sich die größtmögliche Nutfläche über die gesamte Blechpaketanordnung 2 ergibt.
Nun werden die Leiterelemente 4 in den Aufnahmenuten 3 montiert und die einzelnen Blechpaketeinheiten 12 nach dem Einbringen der Leiterelemente 4 verdreht. Dadurch werden die einzelnen Leiterelemente 4 innerhalb der Aufnahmenuten 3 fixiert. Die Leiterelemente 4 liegen in Umfangsrichtung an den Blechpaketwänden an. Durch die anliegenden Blechpaketeinheiten 12 an den Leiterelementen 4 und den daraus resultierenden Kräften in Umfangsrichtung werden die Leiterelemente 4 in ihrer Lage eindeutig und zuverlässig fixiert.
In dieser nun verdrehten Lage werden die Blechpaketeinheiten 12 sodann untereinander derart fixiert, dass sich diese nicht mehr relativ zueinander zurückdrehen können. Denkbar hierfür ist eine Schweißnaht im Statorrücken oder das axiale Durchschieben von Passstiften oder das Verleben der Blechpaketeinheiten 12 oder das Verschrauben der einzelnen Blechpaketeinheiten 12 untereinander. Auf diese Weise wird eine vereinfachte Montierbarkeit gewährleistet und ein verkippen der Leiterelemente in der Aufnahmenut konzeptbedingt (formschlüssig) verhindert.
Mit der hier vorgestellten Erfindung kann eine Verblockung der Strömungskanäle 23 durch nicht wie gewünscht ausgerichtete und beispielsweise verkippte Leiterelemente 4 wirkungsvoll verhindert werden. Durch die hier gezeigte Aufreihung verschiedener Nutgeometrievarianten 5, 15, 25, 35, werden die Leiterelemente 4 entlang der Blechpaketanordnung 2 in insgesamt vier Richtungen formschlüssig fixiert. Dabei wird der Strömungsquerschnitt der Strömungskanäle 23 zuverlässig offengehalten. Durch die Verwendung von einzelnen Blechpaketeinheiten 12, welche die jeweiligen Nutgeometrievarianten 5, 15, 25, 35 bereitstellen, kann eine solche Sicherung der Leiterelemente 4 in den Aufnahmenuten 3 konstruktiv und fertigungstechnisch besonders unaufwendig umgesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Statoreinrichtung
2: Blechpaketanordnung
3: Aufnahmenut
4: Leiterelement
5: Nutgeometrievariante
10: Maschine
11: Statorwicklung
12: Blechpaketeinheit
13: Leiterkanal
15: Nutgeometrievariante
23: Strömungskanal
25: Nutgeometrievariante
33: Nutabschnitt
35: Nutgeometrievariante
43: Wandung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018112347 A1 [0003]

Claims

Statoreinrichtung (1) für eine elektrische Maschine (10), umfassend eine Blechpaketanordnung (2) mit einer Mehrzahl von Aufnahmenuten (3) zur Aufnahme jeweils wenigstens eines Leiterelements (4) einer Statorwicklung (11) in einem Leiterkanal (13), wobei die Aufnahmenuten (3) jeweils wenigstens einen entlang des Leiterkanals (13) wenigstens eines Leiterelements (4) verlaufenden Strömungskanal (23) für ein Kühlmittel zur Kühlung der Leiterelemente (4) bereitstellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechpaketanordnung (2) eine Mehrzahl von axial aufgereihten Blechpaketeinheiten (12) umfasst, welche jeweils axiale Nutabschnitte (33) der Aufnahmenuten (3) bereitstellen und dass die einer Blechpaketeinheit (12) zugehörigen Nutabschnitte (33) wenigstens teilweise eine Nutgeometrievariante (5, 15, 25, 35) aufweisen, welche aus einer Gruppe von wenigstens zwei unterschiedlichen Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) entnommen ist, sodass die Aufnahmenuten (3) über ihre axialen Verläufe entlang der Blechpaketanordnung (2) jeweils wenigstens zwei unterschiedliche Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) aufweisen.
Statoreinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei sich die Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) in den Anordnungen ihrer Strömungskanäle (23) relativ zu ihren Leiterkanälen (13) unterscheiden.
Statoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterkanäle (13) an wenigstens zwei Seiten durch eine Wandung (43) der Aufnahmenut (3) begrenzt werden und wobei die Strömungskanäle (23) an wenigstens zwei Seiten durch eine Wandung (43) der Aufnahmenut (3) begrenzt werden und wobei die Leiterkanäle (13) und die Strömungskanäle (23) an wenigstens zwei Seiten aneinandergrenzen und wobei sich die Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) darin unterscheiden, an welchen ihrer Seiten die Leiterkanäle (13) und die Strömungskanäle (23) aneinandergrenzen.
Statoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Blechpaketeinheiten (12) mit den unterschiedlichen Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) derart axial aufgereiht sind, dass in den Aufnahmenuten (3) jeweils der Strömungskanal (23) spiralartig um den Leiterkanal (13) verläuft.
Statoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei benachbarte Blechpaketeinheiten (12) unterschiedliche Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) aufweisen.
Statoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) dadurch gebildet werden, dass wenigstens zwei Blechpaketeinheiten (12) um 180° gewendet zueinander in der Blechpaketanordnung (2) verbaut sind.
Statoreinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei durch Wenden der Blechpaketeinheit (12) um 180° einstellbar ist, ob der Strömungskanal (23) einer Aufnahmenut (3) im Uhrzeigersinn vor oder hinter dem Leiterkanal (13) dieser Aufnahmenut (3) angeordnet ist.
Statoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) dadurch gebildet werden, dass wenigstens zwei geometrisch unterschiedlich ausgebildete Blechpaketeinheiten (12) in der Blechpaketanordnung (2) verbaut sind.
Statoreinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei je nach Nutgeometrievariante (5, 15, 25, 35) der Strömungskanal (23) einer Aufnahmenut (3) radial innen liegend oder radial außenliegend vom Leiterkanal (13) dieser Aufnahmenut (3) angeordnet ist.
Statoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gruppe von Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) wenigstens vier unterschiedliche Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) umfasst, welche dadurch gebildet werden, dass wenigstens zwei geometrisch unterschiedlich ausgebildete Blechpaketeinheiten (12) in der Blechpaketanordnung (2) verbaut sind und dass die unterschiedlich ausgebildeten Blechpaketeinheiten (12) zudem wenigstens auch jeweils um 180° gewendet in der Blechpaketanordnung (2) verbaut sind.
Statoreinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die um 180° gewendet zueinander verbauten Blechpaketeinheiten (12) paarweise axial benachbart angeordnet sind und wobei auch die geometrisch unterschiedlich ausgebildeten Blechpaketeinheiten (12) paarweise axial benachbart angeordnet sind.
Statoreinrichtung (1) einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die vier unterschiedlichen Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) in einer sich wiederholenden Reihenfolge in der Blechpaketanordnung (2) aufgereiht sind.
Statoreinrichtung (1) einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die vier unterschiedlichen Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) in Kombination miteinander die Leiterelemente (4) entlang der Blechpaketanordnung (2) in insgesamt vier Richtungen formschlüssig fixieren.
Statoreinrichtung (1) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungskanal (23) über jeweils vier axial benachbarte Blechpaketeinheiten (12) mit unterschiedlichen Nutgeometrievarianten (5, 15, 25, 35) eine spiralartige Windung um den Leiterkanal (13) vollzieht.
Verfahren zur Herstellung einer Statoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Blechpaketeinheiten (12) axial aufgereiht und durch Drehen um eine axial verlaufende Drehachse so zueinander ausgerichtet werden, dass die axialen Nutabschnitte (33) der einzelnen Blechpaketeinheiten (12) eine größtmögliche Überlappung zueinander aufweisen und wobei dann die Leiterelemente (4) in den Aufnahmenuten (3) angeordnet werden und wobei dann die Blechpaketeinheiten (12) durch Drehen um eine axial verlaufende Drehachse so zueinander ausgerichtet werden, dass die axialen Nutabschnitte (33) der einzelnen Blechpaketeinheiten (12) einen Versatz zueinander aufweisen, durch welchen die Leiterelemente (4) in den Aufnahmenuten (3) fixiert werden und wobei vorzugsweise dann die Blechpaketeinheiten (12) gegen weiteres axiales Verdrehen gesichert werden.