DE102022205711A1

DE102022205711A1 - Stator für eine elektrische Maschine, elektrische Maschine, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines Stators

Info

Publication number: DE102022205711A1
Application number: DE102022205711.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Bulatow; Marco Mechi; Astrid Haas; Stephan Aurich; Markus Haugk; Wilhelm Hackmann
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2022-06-03
Filing date: 2022-06-03
Publication date: 2023-12-14
Also published as: WO2023232921A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (ST) für eine elektrische Maschine (EM) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (KFZ), aufweisend ein ringförmig ausgebildetes Joch (JO) mit einer in radialer Richtung nach innen gerichteten Innenseite (IS), und ein mit dem Joch (JO) formschlüssig verbundener Statorzahn (SZ), der einen Zahnschaft (ZS) und einen an den Zahnschaft (ZS) angrenzenden Zahnkopf (ZK) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite (IS) des Jochs (JO) ein in radialer Richtung nach innen gerichteter Verbindungsvorsprung (VV) ausgebildet ist, und auf einer Stirnseite (SS) des Zahnschafts (ZS), die auf einer dem Zahnkopf (ZK) abgewandten Seiten ausgebildet ist, eine Verbindungsausnehmung (VA) ausgebildet ist, und für die formschlüssige Verbindung der Verbindungsvorsprung (VV) zumindest teilweise und/oder abschnittsweise in die Verbindungsausnehmung (VA) eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, wobei der Stator ein ringförmig ausgebildetes Joch und wenigstens einen Statorzahn aufweist. Der Statorzahn ist formschlüssig mit dem Joch verbunden. Dabei ist vorgesehen, dass auf einer Innenseite des ringförmig ausgebildeten Jochs ein Verbindungsvorsprung ausgebildet ist und der Statorzahn eine entsprechende Verbindungsaufnahme aufweist. Gegenstand der Erfindung ist zudem eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Stator. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine. Zudem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stators.
Ein Stator für eine elektrische Maschine ist grundsätzlich bekannt. Bekannt ist weiter, dass der Stator ein ringförmig ausgebildetes Joch aufweisen kann und mit dem Joch wenigstens ein Statorzahn formschlüssig verbunden ist. Um den Statorzahn mit dem Joch zu verbinden ist vorgesehen, dass auf einer Innenseite des Jochs, die einer Statorachse zugewandt ist, eine in radialer Richtung nach außen gerichtete Ausnehmung ausgebildet ist. Der Statorzahn selbst weist auf einer Stirnseite einen Vorsprung auf, der in die entsprechende Ausnehmung des Jochs eingreift. Der Vorsprung und die Ausnehmung weisen eine schwalbenschwanzförmige Kontur auf. Die DE 10 2012 022 868 A1 und auch die DE 10 2006 043 673 A1 zeigen beispielsweise einen derartig ausgebildeten Stator.
Problematisch bei den bekannten Statoren ist deren Herstellung. Wenn das Joch und die Statorzähne aus einem Blech gestanzt werden, so wird einerseits das Joch gestanzt und daneben werden die Statorzähne gestanzt. Aufgrund des Vorsprungs auf der Stirnseite der Statorzähne ist es in der Regel nicht möglich, alle Statorzähne einer Lage aus dem inneren Blech des ringförmigen Jochs zu stanzen. Somit sind der Blechverschnitt und folglich auch die Kosten des Stators erhöht. Zudem kann durch das getrennte Stanzen von Joch und Statorzähnen aus zwei voneinander verschiedenen Bereichen des Blechs die aus der Blechfertigung resultierende Dickentoleranz erhöht sein. Mit anderen Worten können Joch und Statorzahn im Verbindungsbereich unterschiedliche Blechdicken aufweisen. Diese Ungenauigkeit kann sich bei mehreren hintereinander angeordneten Blechlagen von Joch und Statorzahn erhöhen.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Stator für eine elektrische Maschine bereitzustellen, der preiswert herstellbar ist und eine reduzierte Dickentoleranz aufweisen kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei kann jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen, sofern sich nicht explizit etwas Gegenteiliges aus der Beschreibung ergibt.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Stator für eine elektrische Maschine eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, aufweisend ein ringförmig ausgebildetes Joch mit einer in radialer Richtung nach innen gerichteten Innenseite, und ein mit dem Joch formschlüssig verbundener Statorzahn, der einen Zahnschaft und einen an den Zahnschaft angrenzenden Zahnkopf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite des Jochs ein in radialer Richtung nach innen gerichteter Verbindungsvorsprung ausgebildet ist, und auf einer Stirnseite des Zahnschafts, die auf einer dem Zahnkopf abgewandten Seiten ausgebildet ist, eine Verbindungsausnehmung ausgebildet ist, und für die formschlüssige Verbindung der Verbindungsvorsprung zumindest teilweise und/oder abschnittsweise in die Verbindungsausnehmung eingreift.
Mit anderen Worten ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein Stator für eine elektrische Maschine bereitgestellt wird. Die Maschine ist vorzugsweise dazu eingerichtet und/oder ausgebildet ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug anzutreiben. Anders ausgedrückt sitzt die elektrische Maschine im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs.
Der Stator weist ein ringförmig ausgebildetes Joch auf, wobei das Joch auf einer in radialer Richtung des Jochs nach innen gerichteten Seite eine Innenseite aufweist. Des Weiteren weist der Stator wenigstens einen Statorzahn auf. Für gewöhnlich weist der Stator eine Mehrzahl von Statorzähnen auf. Der Statorzahn umfasst einen Zahnschaft und einen an den Zahnschaft angrenzenden Zahnkopf. Der Zahnkopf ist in radialer Richtung des Jochs nach innen gerichtet. Der Statorzahn ist formschlüssig mit dem Joch verbunden. Hierzu ist vorgesehen, dass auf der Innenseite des Jochs ein in radialer Richtung des Jochs nach innen gerichteter Verbindungsvorsprung ausgebildet ist. Auf einer Stirnseite des Zahnschafts, die auf einer dem Zahnkopf abgewandten Seite ausgebildet ist, ist eine Verbindungsausnehmung ausgebildet. Um den Statorzahn formschlüssig mit dem Joch zu verbinden, wird der Statorzahn in axialer Richtung des Jochs derart eingeschoben, dass der Verbindungsvorsprung des Jochs zumindest abschnittsweise und/oder teilweise in die Verbindungsausnehmung des Statorzahns eingreift.
Bedingt dadurch, dass - entgegen dem bekannten Stand der Technik - der Verbindungsvorsprung nicht am Statorzahn, sondern am Joch ausgebildet ist, kann bei einem Stanzvorgang zum Ausstanzen von Joch und Statorzahn aus einem Blech der Statorzahn benachbart zum Verbindungsvorsprung oder zwischen zwei Verbindungsvorsprüngen angeordnet sein, ohne das Joch zu schwächen. Somit können der oder die Statorzähne aus einem inneren Blechteil des ringförmig ausgebildeten Jochs ausgestanzt werden. Die Herstellungskosten können somit reduziert sein, da der Blechverschnitt reduziert ist. Zudem kann der Einfluss der aus dem Blech resultierenden Dickentoleranzen reduziert sein, da das Joch und der Statorzahn bzw. die Statorzähne aus einem Bereich ausgestanzt werden, der sehr nah beieinander liegt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Verbindungsvorsprung eine in radialer Richtung nach innen vorspringende Schulter und einen Verbindungszapfen aufweist. Anders ausgedrückt ist ausgehend von der Innenseite im Bereich des Verbindungsvorsprungs eine in radialer Richtung nach innen gerichtete vorspringende Schulter ausgebildet. Auf dieser Schulter wiederum ist der Verbindungszapfen angeordnet. Folglich liegt die Innenseite auf einem fiktiven ersten Kreis. Die Schulter liegt auf einem fiktiven zweiten Kreis, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des fiktiven ersten Kreises. Eine in radialer Richtung des Jochs gerichtete Außenseite des Verbindungszapfens liegt auf einem fiktiven dritten Kreis, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des fiktiven zweiten Kreises. Die Lage des Mittelpunkts des fiktiven ersten Kreises ist identisch mit der Lage des Mittelpunkts des fiktiven zweiten Kreises, mit der Lage des fiktiven dritten Kreises und mit der Lage des Mittelpunkts des ringförmig ausgebildeten Jochs. Durch die leicht zurückspringende Innenseite kann der Statorzahn zwischen zwei Verbindungszapfen ausgestanzt werden, so dass die Stirnseite des Zahnschafts auf dem fiktiven zweiten Kreis und ein Grund der Verbindungsausnehmung auf dem fiktiven dritten Kreis liegt.
Ausgehend von der Innenseite des Jochs hat die Schulter eine Höhe in radialer Richtung des Jochs die kleiner 2 mm, bevorzugt kleiner 1 mm, und besonders bevorzugt kleiner 0,5 mm ist, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind.
Ausgehend von der Schulter des Jochs hat der Verbindungszapfen eine Höhe in radialer Richtung des Jochs die größer 1 m und kleiner 5 mm, bevorzugt größer 1,5 mm und kleiner 4 mm, und besonders bevorzugt größer 2 mm und kleiner 3 mm ist, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stirnseite des Zahnschafts an der Schulter anliegt und der Verbindungszapfen in die Verbindungsausnehmung eingreift. Durch die Auflage des Zahnschafts über die Stirnseite auf der Schulter des Jochs kann die Steifigkeit der formschlüssigen Anbindung erhöht werden.
Grundsätzlich kann die formschlüssige Verbindung derart ausgebildet sein, dass der Statorzahn auf dem Joch formschlüssig befestigbar und/oder fixierbar ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Verbindungszapfen schwalbenschwanzförmig ausgebildet ist, und die Verbindungsausnehmung korrespondierend zum Verbindungszapfen ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Verbindungsausnehmung ein negativ zu dem schwalbenschwanzförmigen Verbindungszapfen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Übergang zwischen der Stirnseite und einer Seitenfläche des Zahnschafts geschrägt oder stufenförmig ausgebildet ist. Die Seitenfläche des Zahnschafts erstreckt sich zwischen der Stirnseite bis hin zum Zahnkopf. Durch den geschrägt und/oder gestuft ausgebildeten Übergang zwischen der Stirnseite und der Seitenfläche des Polzahns, kann - sofern eine Breite des Zahnschafts im Bereich der Stirnseite größer ist als eine Breite der Innenseite zwischen zwei benachbarten Verbindungsvorsprüngen - die Breite des Zahnschafts im Bereich Stirnseite reduziert werden, so dass für den Stanzvorgang zum Stanzen von Joch und Statorzahn, der Statorzahn zwischen zwei zueinander benachbarten Verbindungsvorsprüngen angeordnet werden kann.
Grundsätzlich kann der Stator lediglich einen Statorzahn aufweisen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass eine Mehrzahl von Statorzähnen vorgesehen ist, die in Umfangsrichtung des Jochs zueinander beabstandet angeordnet und formschlüssig mit dem Joch verbunden sind.
Denkbar ist, dass die Zahnköpfe zweier benachbarter Statorzähne in Umfangsrichtung des Stators einen Spalt aufweisen.
Eine Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der jeweilige Zahnkopf eines in Umfangsrichtung benachbarten Statorzahns über einen Verbindungssteg miteinander verbunden sind.
Denkbar ist, dass der Verbindungssteg zwischen die benachbarten Statorzähne eingesetzt ist. Somit kann der Verbindungssteg aus einem von dem Statorzahn verschiedenen Material ausgebildet sein.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Verbindungssteg einstückig mit dem Zahnkopf ausgebildet ist. Folglich kann der Verbindungssteg direkt im Stanzvorgang zum Ausbilden der Statorzähne ausgebildet werden.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Stator.
Die elektrische Maschine ist dazu eingerichtet und/oder ausgebildet ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug anzutreiben.
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit der elektrischen Maschine.
Die elektrische Maschine sitzt im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs. Sie ist Bestandteil eines Traktionsantriebs.
In einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stators, wobei ein Blech bereitgestellt wird, und in einem ersten Stanzvorgang das ringförmig ausgebildete Joch ausgestanzt wird, und
in einem zweiten Stanzvorgang der wenigstens eine Statorzahn ausgestanzt wird, wobei der Statorzahn auf dem Blech derart ausgestanzt wird, dass dieser mit der Stirnseite der Innenseite des Jochs zugewandt ist und in Umfangrichtung des Jochs benachbart und/oder versetzt zum Verbindungsvorsprung und/oder Verbindungszapfen angeordnet ist.
Anders ausgedrückt ist gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens ein Blech bereitgestellt wird, aus dem das Joch und der wenigstens eine Statorzahn ausgestanzt wird. Dabei ist vorgesehen, dass in einem ersten Stanzvorgang das ringförmig ausgebildete Joch aus dem Blech ausgestanzt wird. In einem zweiten Stanzvorgang wird der wenigstens eine Statorzahn ausgestanzt. Das Joch und der Statorzahn werden so aus dem Blech ausgestanzt, dass die Stirnseite des Statorzahns der Innenseite des auszustanzenden Jochs bzw. der Negativkontur des ausgestanzten Jochs zugewandt ist. Zudem wird der Statorzahn in Umfangsrichtung des Jochs versetzt zum Verbindungsvorsprung und/oder Verbindungszapfen des Jochs aus dem Blech ausgestanzt. Vorzugsweise verläuft eine mittig durch den Statorzahn verlaufende Statorzahnachse in radialer Richtung des Jochs bzw. in radialer Richtung der aus dem Blech ausgestanzten Negativkontur des Jochs.
Bedingt dadurch, dass der Verbindungsvorsprung nicht am Statorzahn, sondern am Joch ausgebildet ist, kann beim Stanzvorgang zum Ausstanzen von Joch und Statorzahn aus einem Blech der Statorzahn benachbart zum Verbindungsvorsprung und/oder Verbindungszapfen angeordnet sein, ohne das Joch nennenswert zu schwächen. Somit kann der Statorzahn bzw. können die Statorzähne aus einem inneren Blechteil des ringförmig ausgebildeten Jochs ausgestanzt werden. Die Herstellungskosten können somit reduziert sein, da der Blechverschnitt reduziert ist. Zudem kann der Einfluss der aus dem Blech resultierenden Dickentoleranzen reduziert sein, da das Joch und der Statorzahn bzw. die Statorzähne aus einem Bereich ausgestanzt werden, der sehr nah beieinander liegt.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Innenseite des Jochs auf einem fiktiven ersten Kreis liegt. Die Schulter des Verbindungsvorsprungs liegt auf einem fiktiven zweiten Kreis, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des fiktiven ersten Kreises. Eine in radialer Richtung des Jochs ausgerichtete Außenseite des Verbindungszapfens liegt auf einem fiktiven dritten Kreis, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des fiktiven zweiten Kreises. Diese Anordnung gilt auch für die aus dem Blech ausgestanzte Negativkontur des Jochs. Auf dem Blech ist die Lage des Statorzahns derart vorgesehen, dass die Stirnseite des Zahnschafts auf dem fiktiven zweiten Kreis und ein Grund der Verbindungsausnehmung auf dem fiktiven dritten Kreis liegt. Dies hat den Vorteil, dass der Statorzahn, bzw. bei einer Mehrzahl von Statorzähnen, alle Statorzähne nahe des jeweiligen Verbindungsvorsprungs ausgestanzt werden können. Folglich sind die Dickentoleranzen reduziert. Zudem kann der Blechverschnitt reduziert werden. Dies kann sich positiv auf die Herstellungskosten des Stators auswirken.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass eine Mehrzahl erster Stanzvorgänge hintereinander durchgeführt werden, wobei nach einen ersten Stanzvorgang ein erstes Stanzwerkzeug und/oder das Blech um einen definierten Winkel zueinander verdreht werden, bevor der nächste erste Stanzvorgang ausgeführt wird. Über den ersten Stanzvorgang wird das Joch ausgestanzt. Es werden folglich eine Mehrzahl von Jochs ausgestanzt und übereinander bzw. hintereinander gestapelt. Vorzugsweise werden die gestapelten Bleche stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung kann vorzugsweise eine Klebeverbindung sein. Die formschlüssige Verbindung kann eine Prägeverbindung sein. Die kraftschlüssige Verbindung kann vorzugsweise eine Verbindung über einen Schraub- und/oder Zuganker sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl zweiter Stanzvorgänge hintereinander durchgeführt werden, wobei nach einen zweiten Stanzvorgang ein zweites Stanzwerkzeug und/oder das Blech um einen definierten Winkel zueinander verdreht werden, bevor der nächste Stanzvorgang ausgeführt wird. Über den zweiten Stanzvorgang werden der Statorzahn bzw. die Statorzähne einer Lage ausgestanzt. Die einzelnen Lagen der Statorzähne oder eines Statorzahns werden hintereinander angeordnet und stoffschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden. Der Formschluss erfolgt vorzugsweise über eine Prägeverbindung. Der Stoffschluss ist vorzugsweise eine Klebeverbindung.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das erste Stanzwerkzeug und das zweite Stanzwerkzeug zwischen zwei Stanzvorgängen um den gleichen Winkel verdreht werden. Somit können über die Länge des Stators in dessen axialer Richtung die Dickentoleranzen des Blechs ausgeglichen werden.
Denkbar ist, dass das erste Stanzwerkzeug und das zweite Stanzwerkzeug integraler Bestandteil einer Stanzvorrichtung sind.
Vorstellbar ist, dass der erste Stanzvorgang und der zweite Stanzvorgang gleichzeitig oder zeitgleich durchgeführt werden. Gleichzeitig bedeutet vorzugsweise, dass der Beginn des ersten Stanzvorgangs mit dem Beginn des zweiten Stanzvorgangs startet und auch beide Stanzvorgänge zusammen enden. Zeitgleich bedeutet, dass entweder der erste Stanzvorgang oder der zweite Stanzvorgang startet und der jeweils andere Stanzvorgang startet, bevor der erste oder der zweite Stanzvorgang beendet ist.
Denkbar ist jedoch auch, dass der erste Stanzvorgang und der zweite Stanzvorgang zeitlich hintereinander und/oder zeitlich versetzt zueinander durchgeführt werden.
In diesem Zusammenhang ist denkbar, dass zunächst der ersten Stanzvorgang und im Anschluss der zweite Stanzvorgang durchgeführt wird.
Alternativ und auch bevorzugt ist vorgesehen, dass der zweite Stanzvorgang vor dem ersten Stanzvorgang erfolgt. Mit anderen Worten wird zunächst der wenigstens eine Statorzahn ausgestanzt. Im Anschluss wird das Joch ausgestanzt. Dies hat den Vorteil, dass mit nur einer Befestigung und/oder Fixierung des Blechs außerhalb des Jochs beide Stanzvorgänge durchgeführt werden können.
Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale, welche vorstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung gelten. Im Speziellen können sämtliche Merkmale des Stators auch Merkmale der elektrischen Maschine und/oder des Kraftfahrzeugs und/oder des Verfahrens zur Herstellung des Stators sein. Dies gilt auch umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalen zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen, oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
In diesen zeigen:

1 eine Draufsicht eines Blechs aus dem eine Lages eines Jochs und ein Statorzahn ausstanzbar ist,
2 eine Detailansicht eines ausgestanzten Statorzahns,
3 eine Draufsicht einer Lage von Statorzähnen, die in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind,
4 eine Detailansicht zweier über einen Verbindungssteg miteinander verbundener Statorzähne,
5 ein Ausschnitt der Statorzähne in Längsrichtung des Stators,
6 eine Draufsicht auf ein ausgestanztes Joch,
7 eine Detailansicht des Jochs im Bereich von Verbindungsvorsprüngen,
8 eine dreidimensionale Ansicht des ringförmigen Jochs,
9 eine Detailansicht eines Statorzahns, der mit dem Joch verbunden ist,
10 eine Draufsicht des Stators, wobei eine Mehrzahl von Statorzähnen mit dem Joch verbunden sind,
11 ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine,
12 ein Verfahren zur Herstellung eines Stators.

In 1 ist eine Draufsicht eines Blechs BL, aus dem ein ringförmig ausgebildetes Joch JO und wenigstens ein Statorzahn SZ ausstanzbar ist, gezeigt. Das Blech BL kann vorzugsweise als Streifen ausgebildet sein. Denkbar ist, dass das Blech BL wenigstens eine Befestigungs- und/oder Positionierungsausnehmung BA aufweist. Die Befestigungsausnehmung BA kann vorzugsweise als eine randgeschlossene, das Blech durchdringende Ausnehmung ausgebildet sein. Vorliegend weist das Blech BL vier zueinander beabstandete Befestigungsausnehmungen BA auf. Die Befestigungsausnehmungen BA dienen vorzugsweise einer Positionierung und/oder Fixierung des Blechs BL in einer Stanzvorrichtung (nicht dargestellt).
Auf dem Blech ist die Kontur des ringförmigen Jochs JO dargestellt. Ebenso ist die Kontur der Statorzähne SZ ersichtlich. In Summe sind in dem Ausführungsbeispiel 48 Statorzähne SZ in Umfangsrichtung des Jochs JO nebeneinander angeordnet. Die Anzahl der Statorzähne SZ kann je nach Statordesign variieren.
2 zeigt eine Detailansicht eines ausgestanzten Statorzahns SZ. Zudem ist ein Ausschnitt des ringförmiges Jochs JO ersichtlich. Das Joch JO weist auf einer in radialer Richtung des Jochs JO nach innen gerichteten Seite eine Innenseite IS auf.
Auf der Innenseite IS sind eine Mehrzahl von Verbindungsvorsprüngen VV in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung des Jochs JO ausgebildet. Die Verbindungsvorsprünge VV sind in 2 nur abschnittsweise dargestellt. Jeder Verbindungsvorsprung VV umfasst eine in radialer Richtung des Jochs JO nach innen vorspringende Schulter ST und einen in radialer Richtung es Jochs JO nach innen vorspringenden Verbindungszapfen VZ.
Der Statorzahn SZ umfasst einen Zahnschaft ZS und einen an den Zahnschaft angrenzenden Zahnkopf ZK. Auf einer dem Zahnkopf ZK abgewandten Seite weist der Zahnschaft ZS eine Stirnseite SS auf. Auf der Stirnseite SS des Zahnschafts ZS ist eine in Richtung Zahnkopf ZK gerichtete Verbindungsausnehmung VA ausgebildet, die korrespondierend zu einer Kontur des Verbindungszapfens VZ ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Verbindungsausnehmung VA eine Negativkontur des Verbindungszapfens VZ. Vorliegend weisen der Verbindungszapfen VZ und die Verbindungsausnehmung VA eine schwalbenschwanzförmige Ausgestaltung auf.
Der Statorzahn SZ ist derart aus dem Blech BL gestanzt, dass der Zahnschaft ZS zumindest abschnittsweise zwischen zwei in Umfangsrichtung des Jochs JO benachbarten Verbindungsvorsprüngen VV angeordnet ist. Die Stirnseite SS des Zahnschafts ZS ist in Richtung Innenseite IS des Jochs JO gerichtet.
Weiterhin ist ersichtlich, dass die Innenseite auf einen fiktiven ersten Kreis FEK liegt. Die Schulter ST liegt auf einem fiktiven zweiten Kreis FZK, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des fiktiven ersten Kreises FEK. Eine in radialer Richtung des Jochs JO ausgerichtete Außenseite AS des Verbindungszapfens VZ liegt auf einem fiktiven dritten Kreis FDK, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des fiktiven zweiten Kreises FZK. Es sei bemerkt, dass der fiktive erste Kreis, der fiktive zweite Kreis und der fiktive dritte Kreis jeweils den gleichen Kreismittelpunkt haben und dieser Kreismittelpunkt zugleich auch der Kreismittelpunkt des Jochs JO ist. Durch die leicht zurückspringende Innenseite IS kann der Statorzahn SZ zwischen zwei benachbarten Verbindungszapfen VZ ausgestanzt werden, so dass die Stirnseite SS des Zahnschafts ZS auf dem fiktive zweiten Kreis FZK und ein Grund GR der Verbindungsausnehmung VA auf dem fiktiven dritten Kreis FDK liegt.
Ein Übergang UEG zwischen der Stirnseite SS und einer Seitenfläche SF des Zahnschafts ZS ist stufenförmig ausgebildet. Die Seitenfläche SF des Zahnschafts ZS erstreckt sich zwischen der Stirnseite SS bis hin zum Zahnkopf ZK. Durch den gestuft ausgebildeten Übergang UEG zwischen der Stirnseite SS und der Seitenfläche SF des Statorzahns SZ, kann - sofern eine Breite des Zahnschafts ZS im Bereich der Stirnseite SS größer ist als eine Breite der Innenseite IS zwischen zwei benachbarten Verbindungsvorsprüngen VV - die Breite des Zahnschafts ZS im Bereich Stirnseite SS lokal reduziert werden, so dass für den Stanzvorgang zum Stanzen von Joch JO und Statorzahn SZ der Statorzahn SZ zwischen zwei zueinander benachbarten Verbindungszapfen VZ angeordnet bzw. ausgestanzt werden kann.
Denkbar ist, dass die benachbarten Statorzähne SZ einer Blechlage im Bereich des Zahnkopfes ZK eine Unterbrechung aufweisen. Vorliegend sind die benachbarten Zahnköpfe über einen Verbindungsteg SG miteinander verbunden.
Die 3 zeigt die Draufsicht einer Lage von insgesamt 48 Statorzähnen SZ, die in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei die Zahnköpfe ZK benachbarter Statorzähne SZ über den Verbindungssteg SG miteinander verbunden sind.
4 zeigt eine Detailansicht zweier nebeneinander und über den Verbindungssteg SG miteinander verbundener Statorzähne SZ. Durch jeden Statorzahn SZ verläuft eine Statorzahnachse SZA. Der Zahnschaft ZS ist ausgehend von der Stirnseite SS, bzw. ausgehend vom Übergang UEG in Richtung Zahnkopf ZK über dessen gesamte Länge zulaufend ausgebildet. Ein Spalt SP zwischen den Seitenflächen SF zweier benachbarter Zahnschäfte ZS weist eine konstante Breite auf. Auf diese Weise kann eine als Matte ausgebildete Statorwicklung (nicht dargestellt) von einer dem Verbindungssteg SG abgewandten Seite in den Spalt SP zwischen die Statorzähne SZ eingelegt werden.
5 zeigt einen Ausschnitt der Statorzähne SZ in Längsrichtung des Stators ST. In Längsrichtung des Stators ST werden mehrere einzelne Bleche BL eines Statorzahns SZ hintereinander angeordnet und über eine Prägeverbindung PV miteinander verbunden. Es ist ersichtlich, dass bei einigen Blechlagen Zahnköpfe ZK benachbarter Statorzähne SZ über den Verbindungssteg SG miteinander verbunden sind und bei anderen Blechlagen der Verbindungssteg SG fehlt bzw. die Zahnköpfe ZK benachbarter Statorzähne SZ nicht miteinander verbunden sind, also stegfrei ausgebildet sind.
6 zeigt das ringförmig ausgestanzte Joch JO mit den auf der Innenseite IS des Jochs JO in Umfangsrichtung des Jochs JO zueinander beabstandet ausgebildeten Verbindungsvorsprüngen VV. Die 48 Verbindungsvorsprünge VV sind in regelmäßigen Abständen zueinander beabstandet. Gezeigt ist auch der Kreismittelpunkt MP des ringförmigen Jochs JO.
7 zeigt eine Detailansicht des Jochs JO im Bereich zweier nebeneinander angeordneter Verbindungsvorsprünge VV. Auf einer Außenseite des Jochs JO, die in radialer Richtung des Jochs JO nach außen gerichtet ist, ist eine Indexnut IN ausgebildet, um eine Ausrichtung des Jochs JO zu einem späteren Zeitpunkt eindeutig wählen oder bestimmen zu können. Durch den Verbindungsvorsprung VV verläuft eine Vorsprungachse VSA, die in radialer Richtung des Jochs JO verläuft. Die Schulter ST und der Verbindungszapfen VZ sind spiegelsymmetrisch zur Vorsprungsachse VSA ausgebildet.
8 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des ringförmigen Jochs JO mit einer Mehrzahl von hintereinander angeordneter Jochlagen. Die einzelnen Lagen sind derart hintereinander angeordnet, dass die Verbindungsvorsprünge VV in Längsrichtung des Stators bzw. Jochs JO fluchten. Mit andren Worten verlaufen die Verbindungsvorsprünge VV über die gesamte Länge des Stators parallel zur Statorachse bzw. Jochachse. Die einzelnen Jochlagen sind über eine Prägeverbindung und/oder eine Klebeverbindung miteinander verbunden.
9 zeigt eine Detailansicht eines Statorzahns SZ, der mit dem Joch JO formschlüssig verbunden ist. Der Statorzahn SZ ist in Längsrichtung des Jochs JO auf den Verbindungsvorsprung VV aufgeschoben, so dass der Verbindungszapfen VZ des Jochs JO in die Verbindungsausnehmung VA des Statorzahns SZ eingreift. Die Stirnseite SS des Zahnschafts ZS liegt an der Schulter ST des Jochs JO an. Die Vorsprungachse VSA des Jochs JO fluchtet mit der Statorzahnachse SZA des Statorzahns SZ.
10 zeigt eine Draufsicht des Stators ST, wobei eine Mehrzahl von Statorzähnen SZ mit dem Joch JO formschlüssig verbunden sind. Bevor die Statorzähne SZ mit dem Joch JO verbunden werden, wird in den Spalt SP zwischen den Zahnschäften ZS eine Statorwicklung (nicht dargestellt) eingelegt.
11 zeigt ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug KFZ mit einer elektrischen Maschine EM, die den Stator ST aufweist. Die elektrische Maschine EM sitzt im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs KFZ. Sie ist Bestandteil eines Traktionsantriebs.
In 12 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Stators ST dargestellt.
In einem ersten Schritt 100 wird ein Blech BL bereitgestellt und einer Stanzvorrichtung zugeführt.
In einem zweiten Schritt 110 wird mittels eines ersten Stanzvorgangs das ringförmig ausgebildete Joch JO ausgestanzt.
In einem dritten Schritt 120 wird mittels eines zweiten Stanzvorgangs der wenigstens eine Statorzahn SZ ausgestanzt, wobei der Statorzahn SZ auf dem Blech BL derart ausgestanzt wird, dass dieser mit der Stirnseite SS der Innenseite IS des Jochs JO zugewandt ist und in Umfangrichtung des Jochs JO benachbart und/oder versetzt zum Verbindungsvorsprung VV und/oder Verbindungszapfen VZ angeordnet ist.
In einem vierten Schritt 130 werden das Joch JO und der Statorzahn SZ formschlüssig verbunden.
Bedingt dadurch, dass der Verbindungsvorsprung VV nicht am Statorzahn SZ sondern am Joch JO ausgebildet ist, kann beim Stanzvorgang zum Ausstanzen von Joch JO und Statorzahn SZ aus dem Blech BL der Statorzahn SZ benachbart zum Verbindungsvorsprung VV und/oder Verbindungszapfen VZ angeordnet sein, ohne das Joch zu schwächen. Somit kann der Statorzahn SZ bzw. können die Statorzähne SZ aus einem inneren Blechteil des ringförmig ausgebildeten Jochs JO ausgestanzt werden. Die Herstellungskosten des Stators ST können somit reduziert sein, da der Blechverschnitt reduziert ist. Zudem kann der Einfluss der aus dem Blech BL resultierenden Dickentoleranzen reduziert sein, da das Joch JO und der Statorzahn SZ bzw. die Statorzähne SZ aus einem Bereich ausgestanzt werden, der sehr nah beieinander liegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012022868 A1 [0002]
DE 102006043673 A1 [0002]

Claims

Stator (ST) für eine elektrische Maschine (EM) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (KFZ), aufweisend ein ringförmig ausgebildetes Joch (JO) mit einer in radialer Richtung nach innen gerichteten Innenseite (IS), und ein mit dem Joch (JO) formschlüssig verbundener Statorzahn (SZ), der einen Zahnschaft (ZS) und einen an den Zahnschaft (ZS) angrenzenden Zahnkopf (ZK) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite (IS) des Jochs (JO) ein in radialer Richtung nach innen gerichteter Verbindungsvorsprung (VV) ausgebildet ist, und auf einer Stirnseite (SS) des Zahnschafts (ZS), die auf einer dem Zahnkopf (ZK) abgewandten Seiten ausgebildet ist, eine Verbindungsausnehmung (VA) ausgebildet ist, und für die formschlüssige Verbindung der Verbindungsvorsprung (VV) zumindest teilweise und/oder abschnittsweise in die Verbindungsausnehmung (VA) eingreift.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsvorsprung (VV) eine in radialer Richtung nach innen vorspringende Schulter (ST) und einen Verbindungszapfen (VZ) aufweist.
Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (SS) des Zahnschafts (ZS) an der Schulter (ST) anliegt und der Verbindungszapfen (VZ) in die Verbindungsausnehmung (VA) eingreift.
Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungszapfen (VZ) schwalbenschwanzförmig ausgebildet ist, und die Verbindungsausnehmung (VA) korrespondierend zum Verbindungszapfen (VZ) ausgebildet ist.
Stator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang (UEG) zwischen der Stirnseite (SS) und einer Seitenfläche (SF) des Polzahn (PZ) geschrägt oder stufenförmig ausgebildet ist.
Stator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Statorzähnen (SZ) vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung des Jochs (JO) zueinander beabstandet angeordnet und formschlüssig mit dem Joch (JO) verbunden sind.
Stator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Zahnkopf (ZK) eines in Umfangsrichtung benachbarten Statorzahns (SZ) über einen Verbindungssteg (SG) miteinander verbunden ist.
Stator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (SG) einstückig mit dem Zahnkopf (ZK) ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Stators (ST) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blech (BL) bereitgestellt wird, wobei in einem ersten Stanzvorgang das ringförmig ausgebildete Joch (JO) ausgestanzt wird, und in einem zweiten Stanzvorgang der wenigstens eine Statorzahn (SZ) ausgestanzt wird, wobei der Statorzahn (SZ) auf dem Blech (BL) derart ausgestanzt wird, dass dieser mit der Stirnseite (SS) der Innenseite (IS) des Jochs (JO) zugewandt ist und in Umfangrichtung des Jochs (JO) benachbart und/oder versetzt zum Verbindungsvorsprung (VV) und/oder Verbindungszapfen (VZ) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl erster Stanzvorgänge hintereinander durchgeführt werden, wobei nach einem ersten Stanzvorgang ein erstes Stanzwerkzeug und/oder das Blech (BL) um einen definierten Winkel zueinander verdreht werden, bevor der nächste erste Stanzvorgang ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl zweiter Stanzvorgänge hintereinander durchgeführt werden, wobei nach einen zweiten Stanzvorgang ein zweites Stanzwerkzeug und/oder das Blech (BL) um einen definierten Winkel zueinander verdreht werden, bevor der nächste zweite Stanzvorgang ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stanzwerkzeug und das zweite Stanzwerkzeug zwischen zwei Stanzvorgängen um den gleichen Winkel verdreht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stanzvorgang und der zweite Stanzvorgang gleichzeitig oder zeitgleich durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stanzvorgang und der zweite Stanzvorgang zeitlich hintereinander und/oder zeitlich versetzt zueinander durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Stanzvorgang vor dem ersten Stanzvorgang erfolgt.
Elektrische Maschine (EM) mit einem Stator (ST) nach einem der Ansprüche 1 bis 8
Kraftfahrzeug (KFZ) mit einer elektrischen Maschine (EM) nach Anspruch 16.