DE102022113930A1

DE102022113930A1 - Stator, elektrische Maschine, Verfahren zur Herstellung eines Stators und Hairpin-Leiter

Info

Publication number: DE102022113930A1
Application number: DE102022113930.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Gilde
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2023-12-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine elektrische Maschine (2) innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), wobei der Stator (1) zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen (5) aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen (5) jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator (1) verlaufende Statornut (6) definieren, in welche eine bestrombare Hairpin-Wicklung (7) umfassend eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern (8) eingelegt ist, wobei die Hairpin-Leiter (8) zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten (6) angeordnete Leiterabschnitte (9) aufweisen, und die Statornuten (6) zu einem Rotor (10) der elektrischen Maschine (2) hin gerichtete Nutöffnungen (11) besitzen, wobei wenigstens einer der Leiterabschnitte (9) eines der Hairpin-Leiter (8) zumindest abschnittsweise innerhalb einer Statornut (6) eine von einem linearen Verlauf abweichende Kontur aufweist, die so ausgeführt ist, dass eine Federwirkung zwischen der Statornut (6) und dem Hairpin-Leiter (8) in der Art bewirkt ist, dass der Hairpin-Leiter (8) federkraftbewirkt in der Statornut (6) gehalten ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Stator zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut definieren, in welche eine bestrombare Hairpin-Wicklung umfassend eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern eingelegt ist, wobei die Hairpin-Leiter zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten angeordnete Leiterabschnitte aufweisen, und die Statornuten zu einem Rotor der elektrischen Maschine hin gerichtete Nutöffnungen besitzen. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine, ein Verfahren zur Herstellung eines Stators und einen Hairpin-Leiter.
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 63. Jahrgang, 05/20 6, 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 Stirnraddifferential 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 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.
Für die Entwicklung von elektrischen Maschinen, insbesondere von elektrischen Maschinen für die oben erwähnten hybrid oder vollelektrisch betreibbaren Kraftfahrzeuge oder auch für Radnabenantriebe, sind grundsätzlich verschiedene Wicklungstechnologien für einen Stator einer elektrischen Maschine bekannt.
Bei elektrischen Maschinen, die einen Stator mit einem hohlzylindrischen Stator aufweisen, also als Innenläufermaschine ausgebildet sind, und die für eine Anwendung als Traktionsantrieb eines Kraftfahrzeugs konfiguriert sind, weisen oftmals eine Statorwicklung mit einem rechteckigen Querschnitt auf, um den eine hohe Leistungsdichte zu erreichen. Bei elektrischen Maschinen, welche für den Antrieb von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, werden die Statorwicklungen daher typischerweise als Hairpin-Wicklungen ausgebildet. Hierbei werden beispielsweise im Wesentlichen U-förmige Drahtsegmente von einer Stirnseite des Stators aus in die Statornuten eingebracht und dann an einer gegenüberliegenden Stirnseite des Stators umgeformt und beispielsweise durch Schweißen verbunden.
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).
Es sind auch 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.
Elektrische Maschinen mit Hairpin-Technologie und entsprechenden Stator-Kühlsystemen sind im Stand der Technik ebenfalls bekannt. In der DE 10 2018 108 329 A1 ist eine elektrische Maschine beschrieben, bei der zum Zwecke der Bauraumoptimierung die Verwendung einer Hairpinwicklung vorgeschlagen wird. In der DE10 2018 207 229 A1 ist ein Stator für eine elektrische Maschine mit einer Spule mit einer Spulenwicklung oder einer Hairpinwicklung und einem Temperatursensor beschrieben, wobei der Stator ein Wärmeleitelement aufweist und wobei der Temperatursensor in direktem oder in indirektem thermischen Kontakt mit dem Wärmeleitelement angeordnet ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen Stator für eine elektrische Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, der einfach herstellbar und gut mittels einer Nutkühlung kühlbar ist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung eine entsprechend verbesserte elektrische Maschine zu realisieren. Auch ist es die Aufgabe der Erfindung ein optimiertes Verfahren zur Herstellung eines Stators anzugeben. Schließlich ist es ferner die Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Hairpin-Leiter bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Stator zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut definieren, in welche eine bestrombare Hairpin-Wicklung umfassend eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern eingelegt ist, wobei die Hairpin-Leiter zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten angeordnete Leiterabschnitte aufweisen, und die Statornuten zu einem Rotor der elektrischen Maschine hin gerichtete Nutöffnungen besitzen, wobei wenigstens einer der Leiterabschnitte eines der Hairpin-Leiter zumindest abschnittsweise innerhalb einer Statornut eine von einem linearen Verlauf abweichende Kontur aufweist, die so ausgeführt ist, dass eine Federwirkung zwischen der Statornut und dem Hairpin-Leiter in der Art bewirkt ist, dass der Hairpin-Leiter federkraftbewirkt in der Statornut gehalten ist.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass durch eine Profilierung wenigstens eines Leiterschnitts ein Hairpin-Leiter weiterhin axial in die Statornuten eingeschoben werden kann, die Profilierung jedoch ein Federelement bildet, dass sich an der Statornut abstützt. Die Vorspannung wird dabei so eingestellt, dass ein federkraftbewirkter Reibschluss den entsprechenden Leiterabschnitt auf seiner Position relativ zur Statornut hält.
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 erfindungsgemäße Stator ist zur Verwendung in einer elektrischen Maschine vorgesehen. Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel den als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil. 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.
Der Stator kann insbesondere durch eine Leistungselektronik bestrombar sein. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an Stator steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 W zu steuern oder regeln. Die Leistungselektronik ist bevorzugt über einen HV-Terminal (HV=Hochvolt) mit der Statorwicklung des Stators verbunden.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Der erfindungsgemäße Stator kann bevorzugt für eine Radialflussmaschine konfiguriert sein. Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch bzw. zylinderringförmig aufgebaut und besteht in der Regel aus einem Statorkörper, der durch gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen gebildet ist. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Statornuten eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin, können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.
Der Statorkörper ist bevorzugt einteilig ausgebildet. Ein einteiliger Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass der gesamte Statorkörper umfänglich gesehen einteilig ausgebildet ist. Der Statorkörper ist dabei in der Regel aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet, wobei jedes der Elektrobleche zu einem Kreisring geschlossen ausgebildet ist. Die Einzelbleche können in dem Statorkörper beispielsweise durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten werden.
In dem Statorkörper sind bevorzugt die Statorzähne des Stators ausgebildet. Als Statorzähne werden Bestanteile des Statorkörpers bezeichnet, die als umfänglich beabstandete, zahnartig radial nach innen (Innenläufer) oder radial nach außen (Außenläufer) gerichtete Teile des Statorkörpers ausgebildet sind und zwischen deren freien Enden und einem Rotorkörper ein Luftspalt für das Magnetfeld und für die rotative Bewegung des Rotors gebildet ist. Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende unmagnetische Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das beispielsweise ein im Wesentlichen kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.
In den Statornuten des erfindungsgemäßen Stators ist eine Statorwicklung eingelassen. Eine Statorwicklung umfasst elektrisch leitfähige Leiter, deren Längenerstreckung wesentlich größer ist als ihr Durchmesser. 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. Erfindungsgemäß ist die Statorwicklung als eine Hairpin-Wicklung ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass beide Leiterabschnitte eines der Hairpin-Leiter jeweils zumindest abschnittsweise innerhalb einer Statornut eine von einem linearen Verlauf abweichende Kontur aufweist, die so ausgeführt ist, dass eine Federwirkung zwischen der Statornut und dem Hairpin-Leiter in der Art bewirkt ist, dass der Hairpin-Leiter federkraftbewirkt in der Statornut gehalten ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Haltekraft auf beide Leiterabschnitte verteilt werden kann, was natürlich auch die absolute Haltekraft erhöhen kann.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Leiterabschnitte eines der Hairpin-Leiter zumindest abschnittsweise innerhalb einer Statornut eine sich in axialer Richtung erstreckende wellenförmige Kontur mit einem ersten Wellenberg und einem zweiten Wellenberg aufweist, wobei der erste Wellenberg an einer ersten Nutwand und der zweite Wellenberg an einer der ersten Nutwand gegenüberliegenden zweiten Nutwand anliegt. Eine wellenförmige Profilierung eines Leiterabschnitts hat sich als besonders günstig hinsichtlich der Montagefähigkeit wie auch der zu erzeugenden Federwirkungen erwiesen.
Durch diese wellenförmige Profilierung des ansonsten geraden Teils des Leiterabschnitts in tangentialer Richtung, kann diese axial in die Statornut eingeführt werden. Ist die Amplitude der wellenförmigen Profilierung größer als die Nutbreite der Statornut, fungiert die Wellenform als Federelement und stützt sich in der Statornut ab. Selbstverständlich sind auch andere Profilierungen/Konturen denkbar.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Leiterabschnitte des Hairpin-Leiters im Wesentlichen identisch ausgeformt sind. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass hierdurch eine gleichmäßige Federkraft bereitgestellt werden kann. Ferner ist die Montageorientierung hierdurch beim Einsetzen des Hairpin-Leiters in die Statornuten nicht relevant.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl, bevorzugt alle Hairpin-Leiter der Hairpin-Wicklung im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, was fertigungs- und kostentechnisch besonders günstig ist.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Statornuten im Betrieb des Stators von einem Hydraulikfluid durchströmbar sind, was zu einer besonders effektiven Kühlung des Stators beitragen kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine elektrische Maschine, insbesondere elektrische Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, mit einem Stator nach einem der Ansprüche 1-6 und einem relativ zum Stator drehbaren Rotor.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte:

• Bereitstellung eines zylinderringförmigen Stators, der eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut definieren, in welche eine bestrombare Hairpin-Wicklung umfassend eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern einlegbar ist und die Statornuten zu einem Rotor der elektrischen Maschine hin gerichtete Nutöffnungen besitzen,
• Bereitstellung einer Mehrzahl von Hairpin-Leitern mit jeweils zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufenden Leiterabschnitten,
• Umformen wenigstens eines der Leiterabschnitte eines der Hairpin-Leiter, so dass dieser zumindest abschnittsweise innerhalb einer Statornut eine von einem linearen Verlauf abweichende Kontur aufweist, die so ausgeführt ist, dass eine Federwirkung zwischen der Statornut und dem Hairpin-Leiter in der Art bewirkt ist, dass der Hairpin-Leiter federkraftbewirkt in der Statornut gehalten ist,
• Einsetzen des umgeformten Hairpin-Leiters in die ihm zugeordneten Statornuten.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass vor dem Einsetzen des umgeformten Hairpin-Leiters in die ihm zugeordneten Statornuten diese Statornuten mit einem Hydraulikfluid benetzt wird und/oder der wenigstens eine umgeformte Leiterabschnitt mit einem Hydraulikfluid benetzt wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass das Einsetzen der Hairpin-Wicklungen erleichtert wird, indem das spätere zur Kühlung verwendete Hydraulikfluid auch als Gleitmedium während der Montage verwendet wirdn.
Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein durch einen Hairpin-Leiter mit zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufenden Leiterabschnitten, wobei wenigstens einer der Leiterabschnitte des Hairpin-Leiters zumindest abschnittsweise eine von einem linearen Verlauf abweichende Kontur aufweist, die so ausgeführt ist, dass eine Federwirkung zwischen einer Statornut und dem Hairpin-Leiter in der Art bewirkt ist, dass der Hairpin-Leiter federkraftbewirkt in der Statornut gehalten ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 eine elektrische Maschine in einer Querschnittsdarstellung,
2 einen Stator einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
3 ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebsstrang und einem Kraftfahrzeug mit einem vollelektrischen Antriebsstrang in jeweils einer schematischen Blockschaltdarstellung.

Die 1 zeigt eine elektrische Maschine 2, wie sie insbesondere auch innerhalb eines Antriebsstrangs 3 eines Kraftfahrzeugs 4 verwendet wird, was in der 3 exemplarisch skizziert ist.
Die elektrische Maschine 2 ist in der gezeigten Ausführungsform als eine Radialflussmaschine konfiguriert und besitzt einen Stator 1 mit einem relativ zum Stator 1 drehbaren Rotor 10.
Der Stator 1 ist zylinderringförmig ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Statorzähnen 5 auf, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen 5 jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator 1 verlaufende Statornut 6 definieren, was auch gut aus der Zusammenschau von 1 mit 2 hervorgeht.
In den Statornuten 6 ist eine bestrombare Hairpin-Wicklung 7 angeordnet, welche eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern 8 aufweist. Die Hairpin-Leiter 8 besitzen zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten 6 angeordnete Leiterabschnitte 9, welche an einer Stirnseite des Stators durch eine bügelartige Verbindung elektrisch leitend ausgebildet sind. Die Hairpin-Leiter 8 sind monolithisch ausgebildet, bevorzugt aus Kupfer. Die Statornuten 6 weisen des Weiteren zu dem Rotor 10 der elektrischen Maschine 2 hin gerichtete Nutöffnungen 11 auf, welche beispielsweise durch ein Nutverschlussmittel verschlossen sein können.
Aus der 2 ist ersichtlich, dass beide Leiterabschnitte 9 eines der Hairpin-Leiter 8 jeweils zumindest abschnittsweise innerhalb einer Statornut 6 eine von einem linearen Verlauf abweichende Kontur aufweist, die so ausgeführt ist, dass eine Federwirkung zwischen der Statornut 6 und dem Hairpin-Leiter 8 in der Art bewirkt ist, dass der Hairpin-Leiter 8 federkraftbewirkt in der Statornut 6 gehalten ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Leiterabschnitte 9 der Hairpin-Leiter 8 zumindest abschnittsweise innerhalb einer Statornut 6 eine sich in axialer Richtung erstreckende wellenförmige Kontur auf, mit einem ersten Wellenberg 12 und einem zweiten Wellenberg 13. Der erste Wellenberg 12 liegt dabei an einer ersten Nutwand 14 und der zweite Wellenberg 13 an einer der ersten Nutwand 14 gegenüberliegenden zweiten Nutwand 15 an.
In dem Ausführungsbeispiel der 2 sind die Leiterabschnitte 9 des Hairpin-Leiters 8 im Wesentlichen identisch ausgeformt. Bevorzugt sind alle Hairpin-Leiter 8 der Hairpin-Wicklung 7 im Wesentlichen identisch ausgebildet.
In der 2 ist ferner gezeigt, dass die Statornuten 6 im Betrieb des Stators 1 von einem Hydraulikfluid 16 durchströmbar sind. Es versteht sich, dass natürlich auch eine mit einem Hairpin-Leiter 8 bestückte Statornut 6 von dem Hydraulikfluid 16 durchströmt wird.
Abschließend wird noch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators 1 einer elektrischen Maschine 2, insbesondere einer elektrischen Maschine 2 innerhalb eines Antriebsstrangs 3 eines Kraftfahrzeugs 4, erläutert, dass die folgenden Schritte umfasst:

• Bereitstellung eines zylinderringförmigen Stators 1, der eine Mehrzahl von Statorzähnen 5 aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen 5 jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator 1 verlaufende Statornut 6 definieren, in welche eine bestrombare Hairpin-Wicklung 7 umfassend eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern 8 einlegbar ist und die Statornuten 6 zu einem Rotor 10 der elektrischen Maschine 2 hin gerichtete Nutöffnungen 11 besitzen,
• Bereitstellung einer Mehrzahl von Hairpin-Leitern 8 mit jeweils zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufenden Leiterabschnitten 9,
• Umformen wenigstens eines der Leiterabschnitte 9 eines der Hairpin-Leiter 8, so dass dieser zumindest abschnittsweise innerhalb einer Statornut 6 eine von einem linearen Verlauf abweichende Kontur aufweist, die so ausgeführt ist, dass eine Federwirkung zwischen der Statornut 6 und dem Hairpin-Leiter 8 in der Art bewirkt ist, dass der Hairpin-Leiter 8 federkraftbewirkt in der Statornut 6 gehalten ist,
• Einsetzen des umgeformten Hairpin-Leiters 8 in die ihm zugeordneten Statornuten 6.

Vor dem Einsetzen des umgeformten Hairpin-Leiters 8 in die ihm zugeordneten Statornuten 6 können diese Statornuten 6 und/oder der wenigstens eine umgeformte Leiterabschnitt 9 mit einem Hydraulikfluid 16 benetzt werden, was das Einschieben der Hairpin-Leiter 8 in die Statornuten 6 erleichtern kann.
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: Antriebsstrang
4: Kraftfahrzeug
5: Statorzähnen
6: Statornut
7: Hairpin-Wicklung
8: Hairpin-Leitern
9: Leiterabschnitte
10: Rotor
11: Nutöffnungen
12: Wellenberg
13: Wellenberg
14: Nutwand
15: Nutwand
16: Hydraulikfluid

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3157138 A1 [0009]
DE 102015013018 A1 [0010]
DE 102018108329 A1 [0011]
DE 102018207229 A1 [0011]

Claims

Stator (1) für eine elektrische Maschine (2) innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), wobei der Stator (1) zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen (5) aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen (5) jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator (1) verlaufende Statornut (6) definieren, in welche eine bestrombare Hairpin-Wicklung (7) umfassend eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern (8) eingelegt ist, wobei die Hairpin-Leiter (8) zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten (6) angeordnete Leiterabschnitte (9) aufweisen, und die Statornuten (6) zu einem Rotor (10) der elektrischen Maschine (2) hin gerichtete Nutöffnungen (11) besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Leiterabschnitte (9) eines der Hairpin-Leiter (8) zumindest abschnittsweise innerhalb einer Statornut (6) eine von einem linearen Verlauf abweichende Kontur aufweist, die so ausgeführt ist, dass eine Federwirkung zwischen der Statornut (6) und dem Hairpin-Leiter (8) in der Art bewirkt ist, dass der Hairpin-Leiter (8) federkraftbewirkt in der Statornut (6) gehalten ist.
Stator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Leiterabschnitte (9) eines der Hairpin-Leiter (8) jeweils zumindest abschnittsweise innerhalb einer Statornut (6) eine von einem linearen Verlauf abweichende Kontur aufweist, die so ausgeführt ist, dass eine Federwirkung zwischen der Statornut (6) und dem Hairpin-Leiter (8) in der Art bewirkt ist, dass der Hairpin-Leiter (8) federkraftbewirkt in der Statornut (6) gehalten ist.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Leiterabschnitte (9) eines der Hairpin-Leiter (8) zumindest abschnittsweise innerhalb einer Statornut (6) eine sich in axialer Richtung erstreckende wellenförmige Kontur mit einem ersten Wellenberg (12) und einem zweiten Wellenberg (13) aufweist, wobei der erste Wellenberg (12) an einer ersten Nutwand (14) und der zweite Wellenberg (13) an einer der ersten Nutwand (14) gegenüberliegenden zweiten Nutwand (15) anliegt.
Stator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterabschnitte (9) des Hairpin-Leiters (8) im Wesentlichen identisch ausgeformt sind.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl, bevorzugt alle Hairpin-Leiter (8) der Hairpin-Wicklung (7) im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statornuten (6) im Betrieb des Stators (1) von einem Hydraulikfluid (16) durchströmbar sind.
Elektrische Maschine (2), insbesondere elektrische Maschine (2) innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), mit einem Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche und einem relativ zum Stator (1) drehbaren Rotor (10)
Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) einer elektrischen Maschine (2), insbesondere einer elektrischen Maschine (2) innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend die folgenden Schritte: • Bereitstellung eines zylinderringförmigen Stators (1), der eine Mehrzahl von Statorzähnen (5) aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen (5) jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator (1) verlaufende Statornut (6) definieren, in welche eine bestrombare Hairpin-Wicklung (7) umfassend eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern (8) einlegbar ist und die Statornuten (6) zu einem Rotor (10) der elektrischen Maschine (2) hin gerichtete Nutöffnungen (11) besitzen, • Bereitstellung einer Mehrzahl von Hairpin-Leitern (8) mit jeweils zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufenden Leiterabschnitten (9), • Umformen wenigstens eines der Leiterabschnitte (9) eines der Hairpin-Leiter (8), so dass dieser zumindest abschnittsweise innerhalb einer Statornut (6) eine von einem linearen Verlauf abweichende Kontur aufweist, die so ausgeführt ist, dass eine Federwirkung zwischen der Statornut (6) und dem Hairpin-Leiter (8) in der Art bewirkt ist, dass der Hairpin-Leiter (8) federkraftbewirkt in der Statornut (6) gehalten ist, • Einsetzen des umgeformten Hairpin-Leiters (8) in die ihm zugeordneten Statornuten (6).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einsetzen des umgeformten Hairpin-Leiters (8) in die ihm zugeordneten Statornuten (6) diese Statornuten (6) mit einem Hydraulikfluid (16) benetzt wird und/oder der wenigstens eine umgeformte Leiterabschnitt (9) mit einem Hydraulikfluid (16) benetzt wird.
Hairpin-Leiter (8) mit zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufenden Leiterabschnitten (9), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Leiterabschnitte (9) des Hairpin-Leiters (8) zumindest abschnittsweise eine von einem linearen Verlauf abweichende Kontur aufweist, die so ausgeführt ist, dass eine Federwirkung zwischen einer Statornut (6) und dem Hairpin-Leiter (8) in der Art bewirkt ist, dass der Hairpin-Leiter (8) federkraftbewirkt in der Statornut (6) gehalten ist.