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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine mit einer Rotationsachse, eine elektrische Maschine mit einer Rotationsachse zum Umwandeln elektrischer Energie in ein Drehmoment oder umgekehrt mit einem solchen Stator, und ein Herstellungsverfahren für eine solchen Stator.
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Aus der industriellen Praxis sind elektrische Maschinen, also beispielsweise elektrische Antriebsmaschinen und/oder elektrische Generatoren aus einem Stator und einem Rotor bekannt. In einer Bauform weist der Stator eine Statorhülse auf, in welcher Statorzähne umlaufend in der Innenwand der Statorhülse angeordnet sind und mit einer Presspassung in dieser fixiert sind. Um den Statorzähnen ist die Statorwicklung angeordnet, um in einem Antriebsbetrieb mittels einer Bestromung der Statorwicklung ein Magnetfeld zu erzeugen, welches beispielsweise mittels Permanentmagneten des Rotors, den Rotor antreibt. Der Rotor ist dazu zu dem Stator drehbar gelagert.
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In einer bekannten Bauform sind die Statorzähne beispielsweise zu einem ringförmigen, baueinheitlichen Vorbauteil zusammengesetzt und dann mittels Presspassung in die Statorhülse eingebracht. Eine solche Lösung hat den Nachteil, dass über die Presspassung Spannungen in die Hülse und die Statorzähne eingebracht werden und die Komponenten mit einer geringen Toleranz gefertigt werden müssen. Dennoch bleibt die Montage aufwendig.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des vorstehend beschriebenen Stators beziehungsweise der elektrischen Maschine zu überwinden. Insbesondere soll ein kostengünstig herstellbarer Stator und eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator bereitgestellt werden, welche einfach zu montieren sind und eine hohe mechanische Stabilität aufweisen. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stator bereitgestellt werden.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschinemit einer Rotationsachse, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Statorhülse;
- - eine Mehrzahl an umlaufend an einer radialen Innenwand der Statorhülse angeordneten Statorzähnen;
- - eine Statorwicklung um die Statorzähne;
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Der Stator ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Statorzähne und die Statorhülse mittels eines Befestigungsmittels aus einem Befestigungsvorsprung und einer komplementären Befestigungsvertiefung, welche miteinander in Eingriff stehen, miteinander verbunden sind,
wobei das Befestigungsmittel von der radialen Innenwand der Statorhülse und einer an der radialen Innenwand anliegenden radialen Außenfläche des betreffenden zumindest einen Statorzahns ausgebildet ist.
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Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Der vorgeschlagene Stator definiert eine Rotationsachse. Um diese Rotationsachse ist beispielsweise ein in dem Stator montierbarer Rotor drehbar gelagert, um mittels des Stators rotatorisch angetrieben zu werden und/oder eine Rotationsleistung bereitzustellen, welche von dem Stator in eine elektrische Leistung umwandelbar ist.
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Der Stator weist eine Statorhülse auf. Bevorzugt ist die Statorhülse im Wesentlichen zylinderförmig, besonders bevorzugt rotationssymmetrisch zu der Rotationsachse. Bevorzugt besteht die Statorhülse aus Blech, besonders bevorzugt aus einem Stahlblech. Beispielsweise ist die Statorhülse mittels Tiefziehen gefertigt. Die Statorhülse umfasst eine Zylinderwand, welche eine nach radial-innen gerichtet Innenwand ausbildet, und eine Stirnwand, welche die Statorhülse in Axialrichtung an einer Stirnseite begrenzt. Die Stirnwand weist mittig eine Durchgangsöffnung auf, durch welche in einem montierten Zustand eine Welle des Rotors geführt ist.
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Weiterhin umfasst der Stator eine Mehrzahl an Statorzähnen, bevorzugt eine gerade Anzahl an Statorzähnen, beispielsweise 6, 10, 12, 14, 16, oder 18 Statorzähne. Die Statorzähne sind umlaufend an der radialen Innenwand der Statorhülse angeordnet. Bevorzugt liegen die Statorzähne mit einer radialen Außenfläche an der Innenwand der Statorhülse an. In einem Querschnitt mit Blickrichtung entlang der Axialrichtung, welche entlang der Rotationsachse verläuft, sind die Statorzähne. Das heißt, die Statorzähne weisen einen radial äußeren Zahnabschnitt, welcher die radiale Außenfläche ausbildet, einen radial inneren Zahnabschnitt, welcher den Statorzahn im montierten Zustand in Richtung des Rotors der elektrischen Maschine begrenzt, und einen den inneren und den äußeren Zahnabschnitt verbindenden radial mittleren Zahnabschnitt, welcher in Umfangsrichtung schmaler ausgebildet ist als der innere und der äußere Zahnabschnitt, auf. Bevorzugt sind die Statorzähne aus Blechpaketen gebildet, das heißt aus in Axialrichtung aufeinandergestapelten und miteinander verbundenen Blechen. Die Statorzähne dienen beispielsweise dem Ausrichten eines Magnetfeldes.
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An den Zähnen ist die Statorwicklung angeordnet. Die Statorwicklung umfasst elektrische Leiter, welche um die Zähne gewickelt sind, um Spulen zu bilden. In einem Antriebsbetrieb werden die Statorwicklungen beispielsweise bestromt, um ein Magnetfeld zu erzeugen und so den Rotor rotatorisch anzutreiben. In einem Generatorbetrieb wird durch eine Rotation des Rotors über ein Magnetfeld beispielsweise ein Strom in den Leitern beziehungsweise der Statorwicklung induziert. Bevorzugt ist die Statorwicklung um die mittleren Zahnabschnitte der Statorzähne gewickelt. Bei einer solchen Anordnung wird die Statorwicklung von den inneren und äußeren Zahnabschnitten in Position gehalten. Bevorzugt definieren die inneren Zahnabschnitte axial verlaufende Durchgangsschlitze zum Rotorraum, also einem, bevorzugt zylindrischen, Raum, welcher von den Statorzähnen definiert wird und in welchem im montierten Zustand der Rotor aufgenommen ist. Äußere Zahnabschnitte liegen in Umfangsrichtung bevorzugt geschlossen aneinander.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass zumindest einer der Statorzähne mittels eines Befestigungsmittels in der Statorhülse befestigt beziehungsweise mit dieser verbunden ist. Das Befestigungsmittel umfasst einen ersten Teil an dem zumindest einen Statorzahn und einen zweiten Teil an der Statorhülse, wobei ein Teil als Befestigungsvertiefung und ein Teil als Befestigungsvorsprung ausgeführt ist und der Befestigungsvorsprung und die Befestigungsvertiefung miteinander in Eingriff stehen, um den Statorzahn in der Statorhülse zu fixieren. Bevorzugt ist der Befestigungsvorsprung in der Zylinderwand, beziehungsweise der radialen Innenwand, der Statorhülse, ausgebildet und die Befestigungsvertiefung in der radialen Außenfläche des Statorzahns ausgebildet. Dabei liegt die radiale Außenfläche des Statorzahns bevorzugt an der radialen Innenwand der Statorhülse an. In einer alternativen Ausführungsform ist der Befestigungsvorsprung an der Innenwand beziehungsweise der Zylinderwand der Statorhülse ausgebildet und der Befestigungsvorsprung an der radialen Außenfläche des Statorzahns.
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Der Befestigungsvorsprung und die Befestigungsvertiefung stehen zumindest in einer Richtung in einem formschlüssigen Kontakt zueinander. Bevorzugt stehen die Befestigungsvertiefung und der Befestigungsvorsprung zumindest in Umfangsrichtung in einem formschlüssigen Kontakt zueinander. In Axialrichtung sind die Befestigungsvertiefung und der Befestigungsvorsprung bevorzugt kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden. In Radialrichtung ist der Statorzahn nach radial-außen bevorzugt durch die Außenfläche, welche beispielsweise an der Innenwand der Statorhülse abgestützt ist, formschlüssig positioniert und in nach radial innen beispielsweise von dem Befestigungsmittel kraftschlüssig und/oder formschlüssig oder von durch eine Verbindung der Statorzähne untereinander gehalten. Beispielsweise besteht zumindest in eine Richtung, bevorzugt die Axialrichtung oder Radialrichtung, ausschließlich eine kraftschlüssige Verbindung beziehungsweise Reibverbindung. Das heißt nicht, dass nicht ein minimaler Überstand zwischen dem Befestigungsvorsprung und der Befestigungsvertiefung in dieser Richtung vorliegen kann. Beispielsweise ist in einem solchen Fall der erste Teil des Statorzahns in der betreffenden Richtung, also bevorzugt Axialrichtung oder Radialrichtung, in den zweiten Teil der Statorhülse mittels Verstemmen eingebracht, um eine Presspassung zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich ist die Presspassung thermisch erzeugt. In einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist der Befestigungsvorsprung in die Zylinderwand der Statorhülse eingeprägt, wobei das Prägen erfolgt, wenn der Statorzahn bereits in der Statorhülse angeordnet ist. So ist der Befestigungsvorsprung beispielsweise direkt in die Befestigungsvertiefung eingepresst. Gemäß dieser Ausführungsform steht der Befestigungsvorsprung beispielsweise sowohl in Umfangsrichtung also auch in Axialrichtung in formschlüssiger Verbindung mit der Befestigungsvertiefung.
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Der vorgeschlagene Stator bietet den Vorteil, dass er kostengünstig und einfach herstellbar ist und dennoch eine stabile Verbindung zwischen den Statorzähnen und der Statorhülse ermöglicht, ohne hohe Spannungen in die Statorhülse oder die Statorzähne einzubringen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Stators vorgeschlagen, dass die Befestigungsvertiefung eine axial verlaufende Nut ist, welche sich bevorzugt von einem axialen Ende des betreffenden zumindest einen Statorzahns erstreckt.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist die Befestigungsvertiefung in dem Statorzahn vorgesehen. Dabei ist die Befestigungsvertiefung als axial verlaufenden Nut ausgeführt, das heißt, die Nut erstreckt sich in ihrer Haupterstreckungsrichtung entlang der Axialrichtung. Beispielsweise reicht die Nut bis zu einem axialen Ende des Statorzahns. Dabei erstreckt sich die Nut beispielsweise von einem axialen Ende des Statorzahns zu dem gegenüberliegenden axialen Ende des Statorzahns.
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Eine solche Befestigungsvertiefung gewährleistet eine besonders haltbare und kostengünstig herstellbare Befestigung zwischen der Statorhülse und dem Statorzahn. Ferner ist eine solche Befestigungsvertiefung beispielsweise in weiteren (beispielsweise vorgelagerten) Fertigungsschritten nutzbar.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Stators vorgeschlagen, dass der Befestigungsvorsprung durch eine Prägung in der Statorhülse hergestellt ist und sich bevorzugt in Axialrichtung erstreckt.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist der Befestigungsvorsprung als Teil der Statorhülse ausgeführt. Bevorzugt ist der Befestigungsvorsprung komplementär zu der vorstehend beschriebenen Befestigungsvertiefung in dem Statorzahn ausgeführt und ausgerichtet. Beispielsweise ist der Befestigungsvorsprung länglich und erstreckt sich in Axialrichtung. Beispielsweise wird der Befestigungsvorsprung in die Zylinderwand der Statorhülse eingeprägt, bevorzugt, wie vorstehend beschrieben, nachdem der Statorzahn an der vorgesehenen Position in der Statorhülse angeordnet ist.
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Ein solcher Befestigungsvorsprung gewährleistet eine besonders haltbare und kostengünstig herstellbare Befestigung zwischen der Statorhülse und dem Statorzahn. Beispielsweise ist so sowohl ein Formschluss in Axialrichtung als auch in Radialrichtung zwischen der Befestigungsvertiefung und dem Befestigungsvorsprung herstellbar.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Stators vorgeschlagen, dass die Befestigungsvertiefung und/oder der Befestigungsvorsprung im Querschnitt trapezförmig sind, und
wobei bevorzugt Flanken des trapezförmigen Befestigungsvorsprungs beziehungsweise der trapezförmigen Befestigungsvertiefung in Umfangsrichtung in verpresstem Kontakt mit der angrenzenden Wandung der Befestigungsvertiefung beziehungsweise dem angrenzenden Befestigungsvorsprung stehen.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist der Befestigungsvorsprung und/oder die Befestigungsvertiefung im Querschnitt (bei Blickrichtung entlang der Axialrichtung) trapezförmig. Bevorzugt sind sowohl die Befestigungsvertiefung als auch der Befestigungsvorsprung trapezförmig. Beispielsweise weisen der Befestigungsvorsprung und die Befestigungsvertiefung gegenläufige Trapezformen auf. Beispielsweise ist die Befestigungsvertiefung an der Kontaktfläche zwischen dem Statorzahn und der Statorhülse schmaler und weitet sich tiefer in der jeweiligen Komponente auf und der Befestigungsvorsprung ist an der Kontaktfläche (der Wurzel) schmal und weitet sich von davon ausgehend auf.
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Der Befestigungsvorsprung weist entsprechend zwei Flanken auf, welche den Befestigungsvorsprung in Umfangsrichtung begrenzen. Die Flanken stehen mit der Wandung der Befestigungsvertiefung in Kontakt, bevorzugt in einem linienförmigen Kontakt (in Axialrichtung). Beispielsweise ist die Linie des Linienkontakts durch die Verpressung zwischen dem Befestigungsvorsprung und der Befestigungsvertiefung aufgeweitet.
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Eine solche Verbindung ist besonders einfach und kostengünstig, beispielsweise mittels einer Prägung in der Statorhülse herstellbar. Ferner sind größerer Fertigungstoleranzen tolerierbar.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Stators vorgeschlagen, dass mehrere aus der Mehrzahl der Statorzähnen, bevorzugt jeder der aus der Mehrzahl der Statorzähne, mittels eines solchen Befestigungsmittels mit der Statorhülse verbunden sind.
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Gemäß dieser Ausführungsform sind nun mehrere, beispielsweise 2, 3, 4 oder 6, bevorzugt gleichmäßig über den Umfang des Stators verteilte, Statorzähne oder alle Statorzähne mittels eines Befestigungsmittels, wie vorstehend beschrieben, in der Statorhülse befestigt, beziehungsweise mit dieser verbunden.
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Dies bietet den Vorteil einer stabilen Befestigung der Statorzähne in der Statorhülse.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Stators vorgeschlagen, dass von den Statorzähnen und der Statorwicklung eine baueinheitliche Wicklungseinheit gebildet ist, welche vorgefertigt in der Statorhülse montierbar ist, oder jeder der Statorzähne ein separates Bauteil ist, welches über jeweils ein solches Befestigungsmittel in der Statorhülse gehalten ist.
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Gemäß dieser Ausführungsform sind die Statorzähne zu einer baueinheitlichen Wicklungseinheit miteinander verbunden. Eine solche Wicklungseinheit ist vorfertigbar und anschließend in der Statorhülse montierbar. Beispielsweise sind die Statorzähne mittels Kunststoff miteinander vergossen, um die baueinheitliche Wicklungseinheit zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel sind nicht sämtliche, aber mehrere Statorzähne des Stators jeweils als eine baueinheitliche Wicklungseinheit ausgeführt. Entsprechend sind in einem solchen Ausführungsbeispiel mehrere Wicklungseinheiten separat in dem Stator montiert. In einem solchen Ausführungsbeispiel umfasst jede Wicklungseinheit bevorzugt mindestens einen Statorzahn, welcher mittels eines vorstehend beschriebenen Befestigungsmittels an der Statorhülse befestigt ist. In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel ist jeder Statorzahn separat ausgeführt und mittels eines Befestigungsmittels in der Statorhülse montiert.
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Jeder Statorzahn, welcher keinen ersten Teil eines Befestigungsmittels aufweist, ist bevorzugt mit zumindest einem angrenzenden Befestigungszahn, beispielsweise als Wicklungseinheit, verbunden.
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Die vormontierte Wicklungseinheit ist einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar. Ein Stator mit einer Einzelmontage von Statorzähnen in der Statorhülse ist beispielsweise bei Einzel- oder Kleinserienfertigung individuell anpassbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen mit einer Rotationsachse zum Umwandeln elektrischer Energie in ein Drehmoment oder umgekehrt, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen Stator nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung; und
- - einen Rotor, welcher um die Rotationsachse drehbar in dem Stator gelagert ist, wobei der Rotor mittels einer elektrischen Bestromung der Statorwicklung antreibbar ist oder geeignet ist, durch Rotation einen elektrischen Strom in der Statorwicklung zu induzieren.
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Die hier vorgeschlagene elektrische Maschine weist einen Stator gemäß der vorstehenden Beschreibung und einen in dem Stator drehbar gelagerten Rotor auf. Wie bereits erläutert ist eine solche elektrische Maschine beispielsweise als eine elektrische Antriebsmaschine, ein Generator oder als beides verwendbar. Beispielsweise umfasst der Rotor Permanentmagneten. In einem Generatorbetrieb wird beispielsweise über eine Rotation des Rotors mittels des Magnetfelds ein Strom in der Statorwicklung induziert. In einem Antriebsbetrieb wird hingegen die Statorwicklung bestromt, um mittels des Magnetfelds den Rotor in Rotation zu versetzten/ anzutreiben.
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Eine solche elektrische Maschine bietet den Vorteil, dass sie besonders stabil und kostengünstig herstellbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Herstellungsverfahren für einen Stator nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, aufweisend die folgenden Schritte:
- a. Bereitstellen zumindest eines Statorzahns mit einem ersten Teil des Befestigungsmittels;
- b. Bereitstellen weitere Statorzähne;
- c. mittels einer Wickelvorrichtung, Aufbringen einer Statorwicklung auf die Statorzähne;
- d. Bereitstellen einer Statorhülse; und
- e. mittels in Eingriffbringens des ersten Teils des Befestigungsmittels des Statorzahns mit einem zweiten statorhülsenseitigen Teil des Befestigungsmittels, Befestigen der Statorzähne in der Statorhülse.
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Ein solches Verfahren dient zur Herstellung eines Stators gemäß der vorstehenden Beschreibung. Dabei wird in einem Schritt a. ein Statorzahn bereitgestellt, welcher einen ersten Teil des Befestigungsmittels aufweist, bevorzugt eine Befestigungsvertiefung, besonders bevorzugt eine Nut.
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In einem Schritt b. werden weitere Statorzähne bereitgestellt. Bevorzugt werden dabei alle Statorzähne, welche für den Stator benötigt werden, mit einem Teil des Befestigungsmittels bereitgestellt. Alternativ werden, wie vorstehend beschrieben, einige Statorzähne ohne einen Teil des Befestigungsmittels bereitgestellt.
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Mittels einer Wickelvorrichtung werden in einem Schritt c. die Statorzähne mittels Leitern umwickelt, um eine Statorwicklung um die Statorzähne herzustellen. Die Wickelvorrichtung umfasst beispielsweise eine Wickelnadel zum Umwickeln der Statorzähne.
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In einem Schritt d., welcher beispielsweise auch beliebig vor den Schritten a., b und/oder c ausführbar ist, wird die Statorhülse bereitgestellt. Die Statorhülse weist dazu, wie bereits vorstehend beschrieben, einen zweiten Teil des Befestigungsmittels auf.
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In einem Schritt e. werden dann die Statorzähne in die Statorhülse eingebracht und befestigt. Dazu wird der erste Teil des Befestigungsmittels, bevorzugt die Befestigungsvertiefung, mit dem zweiten Teil des Befestigungsmittels, bevorzugt der Befestigungsvertiefung in Eingriff gebracht. Beispielsweise wird der Statorzahn beziehungsweise der erste Teil des Befestigungsmittels in Radialrichtung und/oder Axialrichtung in/auf die Statorhülse beziehungsweise den zweiten Teil des Befestigungsmittels geschoben und dabei mittels Verstemmen und/oder durch thermisches Schrumpfen oder Aufweiten eines Teils des Befestigungsmittels eine Presspassung erzeugt. Alternativ wird/werden der Statorzahn oder die Statorzähne zunächst in der Statorhülse positioniert und dann der zweite Teil des Befestigungsmittels mittels Prägen erzeugt und somit gleichzeitig eine Presspassung erzeugt.
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Mittels des hier vorgeschlagenen Verfahrens sind besonders kostengünstig stabile Statoren herstellbar.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens vorgeschlagen, dass das Herstellungsverfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:
- f. mittels des ersten Teils des Befestigungsmittels, Fixieren des Statorzahns, bevor der Schritt c. ausgeführt wird, um den Statorzahn während des Ausführens des Schritts c. zu halten; und
- g. Lösen der Fixierung des Statorzahns, nachdem der Schritt c. ausgeführt wurde und bevor der Schritt e. ausgeführt wird.
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Gemäß dieser Ausführungsform wird der erste Teil des Befestigungsmittels des Statorzahns zusätzlich während Schritts c. genutzt, um den Statorzahn beziehungsweise die Statorzähne zu halten. Dazu wird der Statorzahn beziehungsweise die Statorzähne in einem Schritt f. mittels des ersten Teils des Befestigungsmittels, bevorzugt einer Nut, fixiert und dann in Schritt c. mit der Statorwicklung umwickelt. Beispielsweise werden dazu ein oder mehrere Statorzähne auf einer Haltevorrichtung befestigt.
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Beispielsweise werden in Schritt f. alle Statorzähne eines Stators in Reihe auf einer solchen Haltevorrichtung fixiert, um mit der Statorwicklung umwickelt zu werden.
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Bevor die Statorzähne in der Statorhülse montiert werden, werden sie in einem Schritt g. wieder (von der Haltevorrichtung) gelöst.
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Mit der hier vorgeschlagenen Ausführungsform des Verfahrens ist der erste Teil des Befestigungsmittels für zwei Herstellungsschritte nutzbar und das Verfahren somit besonders effizient.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens vorgeschlagen, dass in einem Zwischenschritt der zweite Teil des Befestigungsmittels in die Statorhülse eingebracht wird, bevor oder nachdem der entsprechende Statorzahn in der Statorhülse positioniert worden ist.
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Bevorzugt wird der zweite Teil des Befestigungsmittels als Befestigungsvorsprung erzeugt, besonders bevorzugt geprägt. Das Prägen des Befestigungsvorsprungs findet bevorzugt von einer Außenwand der Zylinderwand der Statorhülse nach radial-innen statt. So wird der Befestigungsvorsprung erzeugt, welcher von der Innenwand der Zylinderwand der Statorhülse nach radial-innen hervorsteht.
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Der zweite Teil des Befestigungsmittels wird entweder vor einem Anordnen des Statorzahns beziehungsweise der Statorzähne in die Statorhülse erzeugt oder danach. Wird der zweite Teil des Befestigungsmittels nach dem Anordnen des Statorzahns erzeugt, ist dies also ein Zwischenschritt, welcher als Teil des Schritts e. ausgeführt wird.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Presspassung besonders einfach und kostengünstig herstellbar und das Befestigungsmittel ist ausführbar, um eine formschlüssige Verbindung entlang der Axialrichtung und der Umfangsrichtung herzustellen.
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Wird der zweite Teil des Befestigungsmittels von dem Anordnen des Statorzahns erzeugt, ist dies ein Zwischenschritt zwischen den Schritten d. und e..
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Gemäß dieser Ausführungsform ist das Prägen besonders einfach durchführbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine elektrische Maschine nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung;
- - zumindest ein Vortriebsrad; und
- - eine Antriebsmaschine, welche drehmomentübertragend mit dem Vortriebsrad befestigt ist.
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Die elektrische Maschine gemäß der vorstehenden Beschreibung ist beispielsweise als elektrische Antriebsmaschine, beispielsweise als ausschließliche Antriebsmaschine, drehmomentübertragend mit einer Lenkeinrichtung drehmomentübertragend verbunden ist, beispielsweise für eine elektrisch angetriebene oder unterstütze Lenkung.
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In einer Ausführungsform ist die Antriebsmaschine beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine und/oder als eine weitere elektrische Maschine ausgeführt.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: ein Stator gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
- 2: der Stator nach 1 in einer seitlichen Explosionsdarstellung;
- 3: eine elektrische Maschine mit dem Stator nach 1 und 2 in einer seitlichen Querschnittansicht;
- 4: eine bevorzugte Detailansicht eines Befestigungsmittels des Stators nach 1 und 2;
- 5: ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine nach 3 in einer schematischen Darstellung; und
- 6: ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens eines Stators nach 1 und 2.
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In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Stators 1 einer elektrischen Maschine 2 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Der Stator 1 ist hier nur zur Hälfte dargestellt, sodass eine darstellungsgemäß untere Hälfte abgeschnitten ist.
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Der Stator 1 umfasst eine Statorhülse 4 und in diesem Ausführungsbeispiel 12 Statorzähne 6, von welchen hier fünf vollständig und zwei teilweise dargestellt sind. In der dargestellten Ausführungsform ist jeder der Statorzähne 6 mittels jeweils einem Befestigungsmittel 10 an der Statorhülse 4 befestigt. In alternativen Ausführungsbeispielen ist beispielsweise nur ein Teil oder nur ein Einzelner der Statorzähne 6 mittels eines Befestigungsmittels 10 befestigt.
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Jedes der Befestigungsmittel 10 umfasst einen von der Statorhülse 4 ausgebildeten Befestigungsvorsprung 11 und eine von dem jeweiligen Statorzahn 6 ausgebildete Befestigungsvertiefung 8. Die Befestigungsvertiefung 8 steht mittels einer Presspassung mit dem Befestigungsvorsprung 11 in Eingriff.
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Die Befestigungszähne sind im dargestellten Ausführungsbeispiel bis auf die Ausrichtung der Statorwicklung 7 identisch ausgeführt. Beispielsweise besteht jeder Statorzahn 6 aus drei Zahnabschnitten 21,22,23. Ein radial äußerer Zahnabschnitt 21 bildet eine Außenfläche 9 aus. Die Außenfläche 9 liegt an der Innenwand 5 der Statorhülse 4 an. Um flächig anzuliegen, ist die Außenfläche 9 bevorzugt gewölbt. Darstellungsgemäß sind die Statorzähne 6 so nebeneinander angeordnet, dass sie in Umfangsrichtung aneinandergrenzen und eine durchgehende zylindrische Außenfläche 9 bilden.
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Radial innere Zahnabschnitte 22 der Statorzähne 6 definieren einen zylindrischen Rotorraum 24. Entsprechend ist eine Innenfläche dieser radial inneren Zahnabschnitte 22 gewölbt. Zwischen den Innenflächen beziehungsweise den inneren Zahnabschnitten sind axial verlaufende Durchgangsschlitze angeordnet.
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Radial mittlere Zahnabschnitte 23 verbinden die äußeren Zahnabschnitte mit den inneren Zahnabschnitten. Die mittleren Zahnabschnitte sind dabei in Umfangsrichtung schmaler ausgeführt als die äußeren und die inneren Zahnabschnitte. Um die mittleren Zahnabschnitte sind Leiter der Statorwicklung 7 gewickelt, welche der Übersichtlichkeit halber hier nur als Leiterquerschnitte angedeutet sind.
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Die Statorzähne 6 bestehen aus Blechpaketen, welche beispielsweise zumindest abschnittsweise mit Kunststoff ummantelt, beispielsweise umspritzt beziehungsweise umgossen, sind. Die entsprechende Ummantelung schützt beispielsweise die Leiter der Statorwicklung 7.
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In 2 ist der in Bezug auf 1 erläuterte Stator 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Entsprechen sind die eine Wicklungseinheit 14 aus Statorzähnen 6 und die Statorhülse 4 entlang der Rotationsachse 3 zu sehen.
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Die Statorhülse 4 weist eine Zylinderwand mit einer nach radial innen gerichteten Innenwand 5 und einer nach radial außen gerichtete Außenwand 25 und eine Stirnwand 26 auf, welche die darstellungsgemäß linke Seite des Rotorraums 24 axial begrenzt. Die Stirnwand 26 weist eine Durchgangsöffnung 27 für den Rotor 15, beziehungsweise eine Welle 28 des Rotors 15 auf.
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In der Zylinderwand sind von der Außenwand 25 aus die Befestigungsvorsprünge 11 nach radial-innen eingeprägt, sodass die Befestigungsvorsprünge 11 von der Innenwand 5 nach radial-innen hervorstehen.
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In jedem der Statorzähne 6 ist eine Nut als Befestigungsvertiefung 8 vorgesehen. Die Nuten werden beispielsweise bei einem Fertigen der einzelnen Blechlamellen eines Blechpakets mitgefertigt, beispielsweise gestanzt. Alternativ werden die Nuten beispielsweise in ein Blechpaket eingebracht, beispielsweise gefräst.
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Darstellungsgemäß erstrecken sich die Befestigungsvorsprünge 11 in der Zylinderwand der Statorhülse 4 von der Stirnwand 26 in axialer Richtung, ohne sich bis zu dem axial gegenüberliegenden Ende der Zylinderwand zu erstrecken. Die Nuten in den Statorzähnen 6 erstrecken sich durchgehend von einem axialen Ende bis zu einem gegenüberliegenden axialen Ende der Statorzähne 6.
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Darstellungsgemäß sind die Statorhülse 4 und jene die Statorzähne 6 umfassende Wicklungseinheit 14 jeweils baueinheitlich herstellbar. Die Wicklungseinheit 14 ist dann in Axialrichtung in die Statorhülse 4 einschiebbar, wobei die Befestigungsvorsprünge 11 in die Nuten eingreifen und mit diesen eine Pressverbindung eingehen. Dies ist beispielsweise mittels thermischen Schrumpfen oder Ausdehnen oder mittels Verstemmen umsetzbar.
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In 3 ist eine elektrische Maschine 2 mit einem Stator 1 gemäß der Beschreibung bezüglich 1 und 2 dargestellt. In dem Rotorraum 24 des Stators 1 ist ein Rotor 15 um die Rotationsachse 3 drehbar gelagert. Beispielsweise wird durch ein Bestromen der Statorwicklung 7 ein Magnetfeld erzeugt und so der Rotor 15 in Rotation versetzt, um ein Drehmoment bereitzustellen. Beispielsweise weist der Rotor 15 dazu Permanentmagneten auf. An dem Rotor 15 ist darstellungsgemäß eine Welle 28 rotationsfest befestigt und durch eine Durchgangsöffnung 27 der Statorhülse 4 geführt.
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In 4 ist eine Detailansicht eines Befestigungsmittels 10 dargestellt, welches beispielsweise zur Befestigung der Statorzähne 6 in der Statorhülse 4 des Stators 1 gemäß 1 und 2 einsetzbar ist. Dabei besteht das Befestigungsmittel 10 aus zwei Teilen 16,17. Der erste Teil 16 ist von dem Statorzahn 6 ausgebildet und vorliegend als Befestigungsvertiefung 8 ausgeführt. Der zweite Teil 17 ist von der Statorhülse 4 ausgebildet und vorliegend als Befestigungsvorsprung 11 ausgebildet. Sowohl die Befestigungsvertiefung 8 als auch der Befestigungsvorsprung 11 sind im Wesentlichen trapezförmig ausgeführt. Der Befestigungsvorsprung 11 weist entsprechend zwei Flanken 12 auf, welchen den Befestigungsvorsprung 11 in Umfangsrichtung begrenzen und die Befestigungsvertiefung 8 weist einen entsprechende Wandung 13 auf.
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Die Trapeze des Befestigungsvorsprungs 11 und der Befestigungsvertiefung 8 sind darstellungsgemäß gegenläufig ausgebildet, sodass es zu einem Linienkontakt an der darstellungsgemäß oberen Kante der Befestigungsvertiefung 8 kommt, an welcher diese am schmalsten ausbildet ist. Durch die Presspassung beziehungsweise die elastische und/oder plastische Verformung der Wandung 13 und/oder der Flanken 12 kommt es zu einer Aufweitung der Linie des Linienkontakts.
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In 5 ist ein Kraftfahrzeug 18 mit einer elektrischen Maschine 2 gemäß 4 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 18 weist beispielsweise zwei Vortriebsräder 19 auf, hier zwei Hinterräder, welcher mittels einer Antriebsmaschine 20 antreibbar sind. Dazu ist die Antriebsmaschine 20, mittels eines Getriebes 29 drehmomentübertragend mit den mit Vortriebsrädern 19 verbunden.
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Die elektrische Maschine 2 wird darstellungsgemäß zum Antreiben einer Lenkeinrichtung genutzt. Dazu ist die elektrische Maschine 2 drehmomentübertragend mit der Lenkeinrichtung verbunden. Beispielsweise erhält die elektrische Maschine 2 einen Lenkbefehl und stellt daraufhin ein Drehmoment bereit, um die Vorderräder 30 des Kraftfahrzeugs 18 quer zur Fahrtrichtung zu schwenken. Der Lenkbefehl wird beispielsweise mittels eines Lenkrads 31 von einem Fahrer ausgegeben oder von einer (teil-)autonomen Fahrzeugsteuerung.
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In 6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Stators 1 gemäß 1 und 2 dargestellt.
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Dabei wird in einem Schritt a. zumindest ein Statorzahn 6 bereitgestellt, welcher den ersten Teil 16 des Befestigungsmittels 10 aufweist.
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In einem Schritt b. werden weitere Statorzähne 6 bereitgestellt. Solche weiteren Statorzähne 6 sind beispielsweise Statorzähne 6, welche ebenfalls den ersten Teil 16 eines solchen Befestigungsmittels 10 ausweisen, also beispielsweise identisch mit dem Statorzahn 6 aus Schritt a. sind. Alternativ weisen beispielsweise zumindest einige der Statorzähne 6 kein solches Befestigungsmittel 10 auf.
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In einem Schritt f. werden beispielsweise die Statorzähne 6, welche einen ersten Teil 16 des Befestigungsmittels 10 aufweisen, beispielsweise auf einer Haltevorrichtung, fixiert.
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In einem Schritt c. wird anschließend mittels einer Wickelvorrichtung eine Statorwicklung 7 auf die Statorzähne 6 aufgebracht.
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Nach dem Aufbringen der Statorwicklung 7 wird, wenn zuvor der Schritt f. durchgeführt wurde, in einem Schritt g. die Fixierung des Statorzahns 6 beziehungsweise der Statorzähne 6 gelöst, nachdem der Schritt c. ausgeführt wurde und bevor ein Schritt e. ausgeführt wird.
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Ferner wird in einem Schritt d. eine Statorhülse 4 bereitgestellt.
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In einem Schritt e. des in Eingriffbringens, wird der erste Teil 16 des Befestigungsmittels 10 des Statorzahns 6 mit einem zweiten statorhülsenseitigen Teil 17 des Befestigungsmittels 10 in Eingriff gebracht und so der Statorzahn 6 beziehungsweise die Statorzähne 6 in der Statorhülse 4 befestigt.
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Der hier vorgeschlagene Stator ist kostengünstig und einfach herstellbar und weist eine hohe Stabilität auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- elektrische Maschine
- 3
- Rotationsachse
- 4
- Statorhülse
- 5
- Innenwand
- 6
- Statorzahn
- 7
- Statorwicklung
- 8
- Befestigungsvertiefung
- 9
- Außenfläche
- 10
- Befestigungsmittel
- 11
- Befestigungsvorsprung
- 12
- Flanke
- 13
- Wandung
- 14
- Wicklungseinheit
- 15
- Rotor
- 16
- erster Teil
- 17
- zweiter Teil
- 18
- Kraftfahrzeug
- 19
- Vortriebsrad
- 20
- Antriebsmaschine
- 21
- Zahnabschnitt
- 22
- Zahnabschnitt
- 23
- Zahnabschnitt
- 24
- Rotorraum
- 25
- Außenwand
- 26
- Stirnwand
- 27
- Durchgangsöffnung
- 28
- Welle
- 29
- Getriebe
- 30
- Vorderräder
- 31
- Lenkrad
