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GEBIET DER TECHNIK
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Die vorliegende Offenbarung betrifft die Konstruktion von elektrischen Maschinen.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die Technik für verlängerte Fahrreichweiten für Elektrofahrzeuge, wie etwa Batterieelektrofahrzeuge und Plug-in-Hybridfahrzeuge, erhöht ständig die Anforderungen an elektrische Maschinen, die für den Fahrzeugantrieb verwendet werden. Das Erreichen einer hohen Leistung kann erfordern, dass Traktionsbatterien und elektrische Maschinen höhere Leistungsausgaben aufweisen. Eine Möglichkeit, eine höhere Leistungsausgabe zu erreichen, besteht darin, die Flussführungsfähigkeiten eines Stators zu erhöhen, wodurch dessen Drehmomenterzeugungsfähigkeiten erhöht werden.
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KURZDARSTELLUNG
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Eine elektrische Maschine beinhaltet einen Stator mit einem Kern und einem Mittelteil, der dazu angeordnet ist, eine Vielzahl von Schlitzen zu definieren, und eine Vielzahl von Leitern, die innerhalb der Schlitze gewickelt ist. Abschnitte des Mittelteils unmittelbar benachbart zu den Schlitzen beinhalten elektrisch isolierendes Material mit ferrimagnetischer Ordnung.
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Ein Stator beinhaltet einen Kern und einen geformten Mittelteil, der dazu angeordnet ist, eine Vielzahl von Schlitzen zu definieren. Der Stator beinhaltet zudem eine Vielzahl von Leitern, die innerhalb der Schlitze gewickelt ist. Abschnitte des Mittelteils unmittelbar benachbart zu den Schlitzen beinhalten einen magnetischen Isolator. Der magnetische Isolator ist elektrisch isolierend und weist eine ferrimagnetische Ordnung auf. Der Stator beinhaltet ferner eine Vielzahl von nichtmagnetischen Keilen, die zwischen den Leitern und einer Innendurchmesserfläche des Stators angeordnet ist.
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Ein Stator beinhaltet einen Kern, der eine Beschichtung darauf aufweist und eine Vielzahl von Schlitzen definiert, und eine Vielzahl von Leitern, die innerhalb der Schlitze gewickelt ist. Abschnitte der Beschichtung unmittelbar benachbart zu den Schlitzen beinhalten elektrisch isolierendes Material mit ferrimagnetischer Ordnung.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Elektrofahrzeugs.
- 2 ist eine auseinandergezogene Baugruppenansicht eines auseinandergebauten Stators.
- 3 ist eine Draufsicht auf einen herkömmlichen Statorschlitz.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht eines spritzgepressten Mittelteils.
- 5 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Stators.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In dieser Schrift sind Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu. Einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind in dieser Schrift offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann zu lehren.
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Verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, können mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
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Elektrofahrzeuge beinhalten in der Regel eine oder mehr elektrische Maschinen. Die elektrische Maschine kann als Elektromotor, Traktionsmotor oder Generator bezeichnet werden. Die elektrische Maschine kann eine Dauermagnetmaschine oder eine Induktionsmaschine sein. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen kann die elektrische Maschine dazu in der Lage sein, als Elektromotor oder Generator zu arbeiten. Zum Beispiel kann die elektrische Maschine Drehmoment für den Fahrzeugantrieb bereitstellen oder als Generator zum Umwandeln von mechanischer Leistung in elektrische Leistung unter Verwendung von regenerativer Bremstechnologie fungieren. Die elektrische Maschine kann zudem reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, da Elektrofahrzeuge entweder in einem Elektromodus oder einem Hybridmodus betrieben werden können, um den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren. Während die vorliegende Offenbarung in Zusammenhang mit einem Elektrofahrzeug beschrieben wird, versteht es sich, dass sie in Verbindung mit nichtautomotiven Anwendungen verwendet werden kann. Zum Beispiel kann die offenbarte elektrische Maschine in Fertigungsanlagen oder Leistungserzeugungsmaschinen verwendet werden.
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1 stellt ein Hybridelektrofahrzeug (Hybrid Electric Vehicle - „HEV“) 112 dar. Das HEV 112 beinhaltet ein elektrifiziertes Antriebssystem, das eine oder mehrere elektrische Maschinen 114, die mechanisch an ein Hybridgetriebe (nicht gezeigt) gekoppelt ist/sind, aufweist. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe mechanisch an eine Brennkraftmaschine 118 (internal combustion engine, d. h. ICE) gekoppelt. Die elektrischen Maschinen 114 sind dazu angeordnet, eine Antriebsdrehmoment- sowie eine Verlangsamungsmomentfähigkeit bereitzustellen, während der Motor 118 entweder betrieben wird oder ausgeschaltet ist. Wenn der Motor 118 ausgeschaltet ist, kann das HEV 112 in einem rein elektrischen Antriebsmodus unter Verwendung der elektrischen Maschinen 114 als einzige Antriebsquelle betrieben werden. Das Hybridgetriebe ist zudem mechanisch an Laufräder gekoppelt, um Drehmoment von den elektrischen Maschinen 114 und/oder dem Verbrennungsmotor 118 auszugeben.
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Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 124 speichert Energie, die zum Versorgen der elektrischen Maschinen 114 mit Leistung verwendet werden kann. Der Batteriepack 124 stellt eine Ausgabe von Hochspannungsgleichstrom (high-voltage direct current - Hochspannungs-DC) bereit. Ein oder mehrere Schütze 142 können die Traktionsbatterie 124 von einem DC-Hochspannungsbus 154A isolieren, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 124 an den DC-Hochspannungsbus 154A koppeln, wenn sie geschlossen sind. Die Traktionsbatterie 124 ist über den DC-Hochspannungsbus 154A elektrisch an ein oder mehrere Leistungselektronikmodule 126 gekoppelt. Das Leistungselektronikmodul 126 ist zudem elektrisch an die elektrischen Maschinen 114 gekoppelt und stellt die Fähigkeit bereit, Energie bidirektional zwischen dem AC-Hochspannungsbus 154B und den elektrischen Maschinen 114 zu übertragen. Gemäß einigen Beispielen kann die Traktionsbatterie 124 einen DC-Strom bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114 unter Verwendung eines Dreiphasenwechselstroms (three-phase alternating current - Dreiphasen-AC) betrieben werden. Das Leistungselektronikmodul 126 kann den DC-Strom in einen Dreiphasen-AC-Strom umwandeln, um die elektrischen Maschinen 114 zu betreiben. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 126 den Dreiphasen-AC-Strom, der von den elektrischen Maschinen 114 ausgegeben wird, die als Generatoren fungieren, in DC-Strom umwandeln, der mit der Traktionsbatterie 124 kompatibel ist. Die Beschreibung in dieser Schrift gilt gleichermaßen für ein vollelektrisches Fahrzeug ohne eine Brennkraftmaschine.
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Zusätzlich zu dem Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 124 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein DC/DC-Wandlermodul 128 beinhalten, das elektrisch an den Hochspannungsbus 154 gekoppelt ist. Das DC/DC-Wandlermodul 128 kann elektrisch an einen Niederspannungsbus 156 gekoppelt sein. Das DC/DC-Wandlermodul 128 kann die Hochspannungs-DC-Ausgabe der Traktionsbatterie 124 in eine Niederspannungs-DC-Zufuhr umwandeln, die mit Niederspannungsfahrzeugverbrauchern 152 kompatibel ist. Der Niederspannungsbus 156 kann elektrisch an eine Zusatzbatterie (z. B. eine 12-V-Batterie) gekoppelt sein. Die Niederspannungsverbraucher 152 können elektrisch an den Niederspannungsbus 156 gekoppelt sein. Die Niederspannungsverbraucher 152 können unterschiedliche Steuerungen innerhalb des Fahrzeugs 112 beinhalten. Ein oder mehrere elektrische Hochspannungsverbraucher 158 können an den Hochspannungsbus 154A gekoppelt sein. Die elektrischen Hochspannungsverbraucher 158 können ferner einen Kompressor und elektrische Heizungen beinhalten.
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Die Traktionsbatterie 124 kann durch eine fahrzeugexterne Leistungsquelle 136 wiederaufgeladen werden. Die fahrzeugexterne Leistungsquelle 136 kann eine Verbindung mit einer Steckdose sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann elektrisch an eine Ladeeinrichtung oder eine andere Art von Stromversorgung für Elektrofahrzeuge (electric vehicle supply equipment - EVSE) 138 gekoppelt sein. Die fahrzeugexterne Leistungsquelle 136 kann ein Verteilungsnetzwerk für elektrische Leistung oder ein Stromnetz sein, wie es von einem Elektrizitätsversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Die EVSE 138 stellt Schaltungen und Steuerelemente zum Verwalten der Übertragung von Energie zwischen der Leistungsquelle 136 und dem Fahrzeug 112 bereit. Die fahrzeugexterne Leistungsquelle 136 kann der EVSE 138 elektrische Leistung als DC oder AC bereitstellen. Die EVSE 138 kann einen Ladesteckverbinder 160 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 162 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Der Ladeanschluss 162 kann elektrisch an ein fahrzeuginternes Leistungsumwandlungsmodul oder ein Lademodul 164 gekoppelt sein. Das Lademodul 164 kann die von der EVSE 138 zugeführte Leistung konditionieren, um der Traktionsbatterie 124 richtige Spannungs- und Strompegel bereitzustellen.
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Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere zugehörige Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern, zu überwachen und abzustimmen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. ein Controller Area Network (CAN)) oder über separate Leiter kommunizieren. Zusätzlich kann eine Fahrzeugsystemsteuerung 148 bereitgestellt sein, um den Betrieb der unterschiedlichen Komponenten zu koordinieren, wie etwa Leiten von elektrischem Strom zu und von der einen oder den mehreren elektrischen Maschinen.
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Eine elektrische Maschine kann einen Stator und einen Rotor, zum Beispiel für einen Antrieb eines Elektrofahrzeugs, umfassen. 2 bildet eine auseinandergezogene Ansicht eines auseinandergebauten Stators 200 ab. Der Stator 200 kann eine Vielzahl von Blechen (nicht gezeigt) umfassen, die eine Vorderseite und eine Rückseite aufweisen. Wenn sie gestapelt sind, sind die Vorder- und Rückseite gegen benachbarte Vorder- und Rückseiten angeordnet, um einen Statorkern 202 auszubilden. Jedes Blech beinhaltet zudem einen Außendurchmesser (oder eine Außenwand) und einen Innendurchmesser (oder eine Innenwand). Die Außendurchmesser wirken zusammen, um eine Außenfläche des Stators 200 zu definieren, und die Innendurchmesser wirken zusammen, um einen Hohlraum 204 zu definieren.
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Der Statorkern 202 kann eine Reihe von Schlitzen 206 beinhalten, die um einen Umfang des Statorkerns 202 beabstandet sind. Eine Vielzahl von Wicklungen (auch als Spulen, Drähte oder Leiter bekannt) 208 kann um den Stator 200 gewickelt sein und ist innerhalb der Statorschlitze 206 angeordnet. Die Wicklungen 208 können serpentinenartig durch die Schlitze 206 geführt sein, um einen oder mehrere Wicklungswege zu erzeugen, um Strom durch den Stator 200 zu übertragen. Auf Grundlage der Anordnung der Wicklungen 208 können Abschnitte der Wicklungen über eine Endfläche 210 des Statorkerns 202 hinausragen. In einigen konkreten Beispielen umfassen die Wicklungen 208 Haarnadelwicklungen aus Kupfer, die durch einen Statorkern aus einer Eisenlegierung geführt sind. Eine Vielzahl von einzelnen Haarnadeln kann axial durch die Schlitze 206 eingeführt sein und Endabschnitte aufweisen, die über die Endfläche 210 hinausragen, um an Haarnadeln in benachbarten Schlitzen anzuliegen.
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Der Stator 200 kann zudem einen Mittelteil 212 beinhalten, der mittels eines Beschichtungs- oder Formungsprozesses um den Statorkern 202 ausgebildet ist. Das heißt, der Mittelteil 212 kann eine Beschichtung auf dem Statorkern 202 sein, die zum Beispiel durch elektrophoretische Abscheidung abgeschieden wird, oder eine in-situ-spritzgepresste oder spritzgegossene Komponente eines Polymermaterials, die der Form und den Merkmalen des Statorkerns 202 entspricht. Der Mittelteil 212 beinhaltet Schlitze 216, die dazu angeordnet sind, den Schlitzen 206 des Statorkerns 202 zu entsprechen, die im Wesentlichen rechteckige Schlitze definieren, um die Wicklungen 208 aufzunehmen. In einigen Ausführungsformen kann das verwendete Polymermaterial Epoxidharz, Nylon oder synthetischer Kautschuk sein.
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Während die elektrische Maschine als Elektromotor betrieben wird, erzeugt der den Wicklungen 208 zugeführte Strom ein elektromechanisches Feld, das die Drehung des Rotors treibt. Während die elektrische Maschine als Generator betrieben wird, wird Strom in den Wicklungen 208 durch eine Trägheitsdrehung des Rotors erzeugt und Energie kann in der Batterie gespeichert und/oder zum Versorgen anderer Fahrzeugkomponenten mit Leistung genutzt werden. Während des Betriebs der elektrischen Maschine sowohl als Elektromotor als auch als Generator kann Wärme im gesamten Statorkern 202 und in den Wicklungen 208 erzeugt werden. Diese Wärme kann unter Verwendung eines Kühlmediums (z. B. durch das Zirkulieren von Getriebeöl oder anderen geeigneten Kühlmedien) von der elektrischen Maschine abgeleitet werden. Das Kühlmedium (oder Kühlmittel) reduziert die Temperatur der Wicklungen 208 und des Statorkerns 202, wodurch ermöglicht wird, dass der Stator den Durchgang einer höheren elektrischen Stromlast begünstigt, ohne einen unerwünschten Grad der Wärmeerzeugung zu verursachen.
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Eine Wärmeverwaltungsbaugruppe kann dazu verwendet werden, das Kühlmedium zu begünstigen. Dementsprechend kann die elektrische Maschine eine Wärmeverwaltungsbaugruppe beinhalten, die Öl oder ein anderes dielektrisches Fluid zu Kühlzwecken in Abschnitte der elektrischen Maschine einbringt. In einigen Beispielen kann das Öl auf Drähte oder Wicklungen der elektrischen Maschine getropft oder gesprüht werden. Eine Ungleichmäßigkeit eines Kühlmittelstroms, wie er auf die Wicklungen aufgebracht wird, kann jedoch den Kühlwirkungsgrad verringern. Eine luftgekühlte Wärmeverwaltungsbaugruppe kann alternativ bereitgestellt werden, um das Verwalten von Wärmezuständen der elektrischen Maschine zu unterstützen. Luftstromkühlung kann erfordern, dass ein Lüfter oder Gebläse in Fluidstromverbindung mit den Wickelköpfen steht, um Luft zu Kühlzwecken zu diesem zu drücken. Eine derartige Konfiguration kann zudem zusätzliche Komponenten erfordern, wie etwa Leitungen, die Bauraum einnehmen.
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Um diese Nachteile anzugehen, kann eine geschlossene Kühlmittelkanalbaugruppe bereitgestellt sein, um das Verwalten von Wärmezuständen der Wicklungen der elektrischen Maschine zu unterstützen. In einigen konkreten Beispielen kann die geschlossene Kühlmittelkanalbaugruppe aus einer oder mehreren spritzgegossenen Polymerkomponenten ausgebildet und an dem Stator 200 montiert sein. In einigen Ausführungsformen ist die geschlossene Kühlmittelkanalbaugruppe aus einem spritzgegossenen Polymer ausgebildet. Die geschlossene Kühlmittelkanalbaugruppe kann einen inneren Hohlraum definieren, der dazu angeordnet ist, den Kühlmittelstrom so zu leiten, dass er mit den Wicklungen 208 in Wärmeverbindung steht. In einigen optionalen Ausführungsformen kann zum Beispiel ein Paar von Endabdeckungen 214 nahe der Endfläche 210 des Stators 200 bereitgestellt sein. Die Endabdeckungen 214 und der Statorkern 202 können in Bezug aufeinander dazu angeordnet sein, eine Fluiddichtung dazwischen zu erzeugen, und derart, dass Kühlmittel, das durch einen Kanal geleitet wird, darin enthalten ist.In einigen Ausführungsformen können die Endabdeckungen 214 einen oder mehrere Einlassanschlüsse 218 zum Aufnehmen eines Kühlmittelstroms aus einem Behälter oder einer anderen Quelle und einen oder mehrere Auslassanschlüsse 220 zum Ablassen von Kühlmittel aus dem Wärmeverwaltungssystem der elektrischen Maschine beinhalten. Der Kühlmittelstrom in den Stator 200 ermöglicht die Wärmeableitung von den Endabschnitten der Wicklungen 208, die über die Endfläche 210 des Statorkerns 202 hinausragen.
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Da diese verbesserten Kühlfähigkeiten die Effizienz der Wärmeableitung erhöhen können, kann der Stator dazu in der Lage sein, zusätzliche elektrische Stromlasten aufzunehmen, ohne dass Beeinträchtigungen durch Wärme befürchtet werden müssen. Zum Beispiel können die Statorzähne (d. h. Abschnitte des Kerns, die unmittelbar benachbart zu Statorschlitzen sind) vergrößert werden, um die Flussführungsfähigkeiten des Stators zu erhöhen. Größere Statorzähne können jedoch die Schlitze schrumpfen lassen und den für Leiter verfügbaren Raum reduzieren. Ein kleinerer Raum, der für Leiter verfügbar ist, kann weniger Material wie Kupfer bedeuten, das direkt zur Drehmomentproduktion beiträgt. Darüber hinaus können Schlitzauskleidungen, die herkömmlicherweise verwendet werden, um eine Isolierung zwischen den Leitern (wie etwa Kupfer) und dem Kern (wie etwa Siliziumstahlkern) bereitzustellen, den in den Schlitzen verfügbaren Raum weiter reduzieren.
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3 zeigt zum Beispiel einen herkömmlichen Stator 300, der mindestens eine Wicklung 302, mindestens einen Statorschlitz 304 und mindestens eine Schlitzauskleidung 306 umfasst, um eine Isolierung zwischen der mindestens einen Wicklung 302 und dem Stator 300 bereitzustellen. Die mindestens eine Schlitzauskleidung 306 kann für eine optimale dielektrische und mechanische Festigkeit aus mehreren Schichten aus Spezialpapier, Kunststoff oder dergleichen hergestellt sein. Um die Effizienz zu maximieren, wird in der Regel nur ein Mindestabstand, der zum Einführen der Leiter 302 erforderlich ist, als Freiraum gelassen.
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Um eines oder mehrere der vorstehend erwähnten potenziellen Probleme zu beheben, kann ein elektrisch isolierendes Material mit ferrimagnetischer Ordnung (z. B. geeignetes Ferritpulver) als die Beschichtung verwendet oder dem vorstehend erörterten Mittelteil hinzugefügt werden. Dieses Material kann eine relative magnetische Permeabilität von 10 bis 20000 aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann das ferrimagnetische Material Kobalt-Ferrite, Kobalt-Nickel-Zink-Ferrite, Magnesium-Mangan-Zink-Ferrite, Mangan-Zink-Ferrite, Nickel-Ferrite, Nickel-Zink-Ferrite, Yttrium-Eisen-Granat oder Kombinationen davon beinhalten. Der Mittelteil kann, wenn er geformt ist, aus spritzgegossenem oder spritzgepresstem Polymer ausgebildet sein.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Mittelteils 404. Der Mittelteil 404 kann aus einer Kombination aus einem Polymer (oder einer Vielzahl von Polymeren) und einem Ferritpulver ausgebildet sein. In einer Ausführungsform kann das zum Ausbilden des spritzgepressten Mittelteils 404 verwendete Polymer Epoxidharz sein, wie vorstehend erwähnt. Zusätzlich zum Formen durch Mischen von Polymeren mit Ferritpulver kann die magnetische Isolatorauskleidung des Mittelteils 404 zudem durch Ferritbeschichtung des Stators unter Verwendung von elektrophoretischer Abscheidung hergestellt werden.
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Der Mittelteil 404 aus 4 kann eine Vielzahl von Schlitzen 406 umfassen, die dazu angeordnet ist, Schlitzen des Statorkerns (nicht gezeigt) zu entsprechen, um Wicklungen (nicht gezeigt) aufzunehmen. Der Mittelteil 404 kann ferner eine Vielzahl von nichtmagnetischen Keilen 414 umfassen, die an einem kurzen Ende der Schlitze 406 nahe der Mitte des Stators derart angeordnet ist, dass die nichtmagnetischen Keile 414, sobald sie zusammengebaut sind, zwischen den Leitern und einer Innendurchmesserfläche des Stators angeordnet sein können. Sobald sie zusammengebaut sind, können die Keile 414, die an den spritzgepressten Mittelteil 404 gekoppelt sind, die Wicklungen vollständig umschließen. In einigen Ausführungsformen können die Keile 414 in direktem Kontakt mit den Leitern stehen. Die Keile 414 können in einem zweistufigen Prozess an den Mittelteil 404 spritzgepresst oder vorher als separater Keil eingesetzt werden. In einigen Ausführungsformen können die Keile 414 aus Kunststoff bestehen. In einigen Ausführungsformen ist eine Breite der nichtmagnetischen Keile 414 unmittelbar benachbart zu den Leitern größer als eine Breite der nichtmagnetischen Keile 414 benachbart zu der Innendurchmesserfläche. In einigen Ausführungsformen kann sich ein Material des Mittelteils 404 von einem Material der nichtmagnetischen Keile 414 unterscheiden.
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In einigen Ausführungsformen können einige Abschnitte des Mittelteils frei von dem elektrisch isolierenden Material mit ferrimagnetischer Ordnung sein, um zu vermeiden, dass die Schlitzstreuinduktivität unnötig erhöht wird. Mit anderen Worten kann die Verteilung des Materials gleichmäßig oder ungleichmäßig sein. In einigen Ausführungsformen können Abschnitte des Mittelteils 404 unmittelbar benachbart zu den Schlitzen 406 Ferritpulver darin eingebettet aufweisen, sodass diese Abschnitte eine größere magnetische Permeabilität als andere Abschnitte des Mittelteils 404 aufweisen, die nicht über das Ferritpulver verfügen. Die Bereiche zum Vermeiden von Kraftlinienstreuung, die nicht über Ferrit verfügen (um eine geringe Permeabilität aufzuweisen), können den nichtmagnetischen Keilen 414 entsprechen.
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5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teilabschnitts eines Stators 400, die eine detaillierte Ansicht einer Vielzahl von Statorschlitzen 402 veranschaulicht. In einigen Ausführungsformen kann der Mittelteil 404 eine Vielzahl der Mittelteilschlitze 406 umfassen, die einer Vielzahl von Statorkernschlitzen 408 entspricht, die gemeinsam die Vielzahl von Statorschlitzen 402 definieren. Dementsprechend können die Statorschlitze 402 von der Kopplung des Mittelteils 404 an einen Statorkern 410 definiert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Mittelteil 404 ferner eine Vielzahl von nichtmagnetischen Keilen 414 umfassen, die an einem kurzen Ende der Statorschlitze 402 nahe der Mitte des Stators 400 angeordnet ist. Mit anderen Worten kann die Vielzahl von nichtmagnetischen Keilen 414 zwischen den Leitern 412 und einer Innendurchmesserfläche des Stators 400 angeordnet sein.
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In einigen Ausführungsformen, wie etwa der in 5 gezeigten, kann der Mittelteil 404 eine herkömmliche Schlitzauskleidung ersetzen, die üblicherweise aus Spezialpapier hergestellt ist. Dementsprechend kann ein Vorteil der vorliegenden Offenbarung darin bestehen, dass das Ersetzen der Schlitzauskleidungen durch den Mittelteil 404 zu einer verbesserten Wärmeübertragung zwischen den Leitern 412 und dem Statorkern 410 führen kann. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die Wärmeleitfähigkeit des elektrisch isolierenden Materials mit ferrimagnetischer Ordnung größer ist als bei herkömmlichen Schlitzauskleidungen. Die hohe magnetische Permeabilität und der zusätzliche magnetische Fluss des Materials können auch die Flussführungsfähigkeit des Stators erhöhen, was zu einer höheren Drehmomentfähigkeit führt.
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Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Offenbarung abzuweichen.
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Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem/einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können unter anderem Festigkeit, Haltbarkeit, Lebensdauer, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartungsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit des Zusammenbaus usw. beinhalten. Somit liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik beschrieben wurden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Stator, der einen Kern und einen Mittelteil beinhaltet, die dazu angeordnet sind, eine Vielzahl von Schlitzen zu definieren, und eine Vielzahl von Leitern, die innerhalb der Schlitze gewickelt ist, wobei Abschnitte des Mittelteils unmittelbar benachbart zu den Schlitzen elektrisch isolierendes Material mit ferrimagnetischer Ordnung beinhalten.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das elektrisch isolierende Material Kobalt-Ferrite, Kobalt-Nickel-Zink-Ferrite, Magnesium-Mangan-Zink-Ferrite, Mangan-Zink-Ferrite, Nickel-Ferrite, Nickel-Zink-Ferrite, Yttrium-Eisen-Granat oder Kombinationen davon.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt eine relative magnetische Permeabilität des elektrisch isolierenden Materials 10 bis 20000.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Mittelteil Epoxidharz, Nylon oder synthetischen Kautschuk.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Stator ferner eine Vielzahl von nichtmagnetischen Keilen, die zwischen den Leitern und einer Innendurchmesserfläche des Stators angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Breite der nichtmagnetischen Keile benachbart zu den Leitern größer als eine Breite der nichtmagnetischen Keile benachbart zu der Innendurchmesserfläche.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Stator bereitgestellt, der Folgendes aufweist: einen Kern; einen geformten Mittelteil, wobei der Kern und der geformte Mittelteil dazu angeordnet sind, eine Vielzahl von Schlitzen zu definieren; eine Vielzahl von Leitern, die innerhalb der Schlitze gewickelt ist, wobei Abschnitte des Mittelteils unmittelbar benachbart zu den Schlitzen darin eingebettetes Ferritpulver beinhalten und wobei das Ferritpulver elektrisch isolierend ist und eine ferrimagnetische Ordnung aufweist; und eine Vielzahl von nichtmagnetischen Keilen, die zwischen den Leitern und einer Innendurchmesserfläche des Stators angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein ferrimagnetisches Pulver Kobalt-Ferrite, Kobalt-Nickel-Zink-Ferrite, Magnesium-Mangan-Zink-Ferrite, Mangan-Zink-Ferrite, Nickel-Ferrite, Nickel-Zink-Ferrite, Yttrium-Eisen-Granat oder Kombinationen davon.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt eine relative magnetische Permeabilität des Ferritpulvers 10 bis 20000.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Material des geformten Mittelteils Epoxidharz, Nylon oder synthetischen Kautschuk.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Breite der nichtmagnetischen Keile benachbart zu den Leitern größer als eine Breite der nichtmagnetischen Keile benachbart zu der Innendurchmesserfläche.
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Gemäß einer Ausführungsform unterscheidet sich ein Material des geformten Mittelteils von einem Material der nichtmagnetischen Keile.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Stator bereitgestellt, der Folgendes aufweist: einen Kern, der eine Beschichtung darauf aufweist und eine Vielzahl von Schlitzen definiert; und eine Vielzahl von Leitern, die innerhalb der Schlitze gewickelt ist, wobei Abschnitte der Beschichtung unmittelbar benachbart zu den Schlitzen elektrisch isolierendes Material mit ferrimagnetischer Ordnung beinhalten.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das elektrisch isolierende Material gleichmäßig entlang der Schlitze verteilt.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das elektrisch isolierende Material Kobalt-Ferrite, Kobalt-Nickel-Zink-Ferrite, Magnesium-Mangan-Zink-Ferrite, Mangan-Zink-Ferrite, Nickel-Ferrite, Nickel-Zink-Ferrite, Yttrium-Eisen-Granat oder Kombinationen davon.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt eine relative magnetische Permeabilität des elektrisch isolierenden Materials 10 bis 20000.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch eine Vielzahl von nichtmagnetischen Keilen, die zwischen den Leitern und einer Innendurchmesserfläche des Kerns angeordnet ist, gekennzeichnet.
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Gemäß einer Ausführungsform stehen die nichtmagnetischen Keile in direktem Kontakt mit einigen der Leiter.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Breite der nichtmagnetischen Keile benachbart zu den Leitern größer als eine Breite der nichtmagnetischen Keile benachbart zu der Innendurchmesserfläche.
