DE19962558A1 - Stator - Google Patents

Abstract

Ein Stator weist in Axialrichtung zu einem Blechstapel aneinandergeschichtete Bleche auf. Zumindest an einem Axialende des Blechstapels ist ein Stützelement vorgesehen, welches in Axialrichtung über die Stirnfläche des Blechstapels hinausragt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator mit den Merkmalen des Ober­ begriffs des Anspruches 1.

Bei elektrischen Maschinen ist es allgemein bekannt, dass deren Stator eine Vielzahl in Axialrichtung des Stators aneinanderge­ schichteter Bleche aufweisen kann. Diese Bleche ergänzen sich zu einem Blechpaket oder Blechstapel. Die aneinandergeschichte­ ten Bleche sind üblicherweise durch axiale Schweißnähte mitein­ ander verbunden. Beim Transport oder bei der Montage wird der Stator des öfteren auf eine seiner axialen Stirnflächen oder auf deren Stirnkante gestellt. Die im Bereich der Stirnflächen angeordneten Bleche können dabei verbogen und beschädigt wer­ den, was den ordnungsgemäßen Betrieb des Stators und der elek­ trischen Maschine beeinflussen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicher­ heit eines Stators der eingangs genannten Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist am Stator ein Stützelement vorgesehen, wel­ ches in Axialrichtung über die Stirnfläche des Blechstapels hinausragt. Somit sind die Bleche im Bereich der axialen Stirn­ fläche des Stators vor mechanischen Belastungen und daraus re­ sultierenden Beschädigungen wirksam geschützt, wenn der Stator transportiert oder montiert wird. Insbesondere ist die mecha­ nisch empfindliche Umfangskante bzw. Stirnkante der axialen Stirnfläche gut geschützt. Der Blechstapel selbst weist in sei­ nem Stirnbereich keine Stoßkante mehr auf, welche beschädigt werden könnte. Vorzugsweise ist an beiden Axialenden des Blech­ stapels jeweils ein Stützelement vorgesehen.

Das Stützelement hat darüber hinaus die zusätzliche Funktion einer Anpassung des Blechstapels an ein ihn umgebendes Gehäuse. Durch nachträgliche Bearbeitung des Stützelements kann der Sta­ tor an einzuhaltende radiale und axiale Maße relativ zum Gehäu­ se angepaßt werden. Beispielsweise kann das Abstützelement an seiner axialen Stirnfläche plangedreht werden.

Der erfindungsgemäße Stator ist Bestandteil einer elektrischen Maschine. Insbesondere ist der Stator im Kraftfahrzeugbau bei Generatoren und Motoren (z. B. beim Fahrantrieb eines Brenn­ stoffzellen-Fahrzeugs) einsetzbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stützelement an einer den Blechstapel umgebenden Hülle angeformt. Insbesondere ist das Stützelement einstückiger Bestandteil dieser Hülle. Da­ bei kann das Stützelement das eine Axialende eines hohlzylin­ drischen Hüllmantels bilden, der über den Blechstapel gestülpt wird. Die Hülle kann auch als "Gußhülle" um den Blechstapel ge­ gossen und nachträglich bearbeitet werden (z. B. Anbringen von Kanälen für Kühlflüssigkeit an der Hüllenaußenseite).

Die Maßnahmen der Ansprüche 3 und 4 fördern eine stabile Lage­ rung des Stützelements am Blechstapel und verbessern dadurch seine mechanische Schutzwirkung im Bereich der Axialenden des Blechstapels. Die feste Verbindung zwischen Blechstapel und Stützelement ist vorzugsweise unlösbar.

Das Stützelement wird z. B. mit einem geeigneten Kleber an dem Blechstapel fest fixiert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Stützelement an den Blechstapel angeschweißt. Herbei hat sich ein WIG(Wolfram Inert Gas)-Schweißen als vorteilhaft erwiesen.

Gemäß Anspruch 5 ist das Stützelement als separates Bauteil hergestellt, welches nachträglich mit dem Blechstapel verbunden wird. Die separate Herstellung hat den Vorteil, dass die Dimen­ sionierung des Stützelementes und somit der Materialverbrauch kostensparend auf die unbedingt mechanisch zu schützenden Be­ reiche beschränkt werden kann.

Anspruch 6 betrifft eine günstige Position der Schweißnaht des angeschweißten Stützringes. Diese Position bewirkt eine dauer­ hafte Verbindung zwischen dem Stützring und dem Blechstapel. Die Schweißnaht selbst ist hierdurch vor mechanischen Beanspru­ chungen während des Transports, Montage etc. des Stators wirk­ sam geschützt, was die gewünschte dauerhaft feste Verbindung zwischen dem Stützelement und dem Blechstapel unterstützt.

Anspruch 7 betrifft eine bevorzugte Ausführungsform des Stütz­ ringes. Der L-förmige Querschnitt verbessert einerseits die me­ chanische Schutzwirkung für den Blechstapel und unterstützt an­ dererseits eine einfache Montage des Stützringes, da er mittels des Radialschenkels in eine definierte Axiallage gebracht wer­ den kann.

Die Ansprüche 8 bis 10 betreffen vorteilhafte Maßnahmen für den ordnungsgemäßen Betrieb von flüssigkeitsgekühlten, insbesondere wassergekühlten, Statoren. Dabei trennt die Dichtung zuverläs­ sig den zwischen einem Statorgehäuse und dem Blechstapel ange­ ordneten Flüssigkeitskreislauf zur Kühlung von der übrigen Um­ gebung des Stators. Beim Einsatz der Dichtung bildet vorzugs­ weise das Stützelement in einer zusätzlichen Funktion den Trä­ ger für die Dichtung, so dass kostensparend keine zusätzlichen Bauteile zur Fixierung der Dichtung erforderlich sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtung als Dichtungsring oder O-Ring ausgestaltet, welcher montagefreundlich in einer Ringnut des Stützelements lagegesichert wird. Alternativ kann der Dichtungsring auch in einer an der Stirnfläche des Blech­ stapels angeformten Ringnut eingebracht werden, wenn dies auf­ grund der Ausgestaltung des Statorgehäuses sinnvoll ist.

Anspruch 11 betrifft eine konstruktiv einfach realisierbare Maßnahme, um im Falle einer äußeren Beschichtung (z. B. mittels Tauchbad) des Blechstapels in Axialrichtung einen sauberen Be­ schichtungsrand zu erhalten. Während der Beschichtung kann der Beschichtungsstoff dann einfach in die Aufnahmenut eindringen. Eine nachträgliche Bearbeitung der aufgebrachten Beschichtung an den Axialrändern ist hierdurch überflüssig. Die Beschichtung - z. B. in Form eines Kunststoffes - weist isolierende Eigen­ schaften auf (z. B. Schutz gegen das Eindringen von Kühlflüssig­ keit, elektrisch isolierend etc.). Die Beschichtung auf der Mantelfläche des Blechstapels verhindert insbesondere, daß bei flüssigkeitsgekühlten Blechen die Kühlflüssigkeit von außen ra­ dial in den Blechstapel eindringt.

Anspruch 12 gewährleistet eine behinderungsfreie Fertigung des Stators mit einer Dichtung und einer Beschichtung.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der in den Figuren darge­ stellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine diametral geschnittene Seitenansicht eines Stators ohne Stützring,

Fig. 2 Die Seitenansicht eines Stators gemäß Fig. 1, mit Stütz­ ring Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Details III in Fig. 2,

Fig. 4 eine diametral geschnittene Seitenansicht eines Teils des Stützrings in einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 5 eine diametral geschnittene Seitenansicht eines Teils des Stützrings in einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 6 eine schematische Explosionsdarstellung des Zusammen­ baus des Stators und eines Statorgehäuses und

Fig. 7 eine teilweise geschnittene Ansicht des Stators und des Statorgehäuses gemäß Schnittlinie VII-VII in Fig. 6.

In Fig. 1 ist ein herkömmlicher Stator 1 dargestellt, der als Hauptbestandteil einen Blechstapel 32 aufweist. Der Blechstapel 32 besteht aus einer Vielzahl von in Axialrichtung 2 aneinan­ dergeschichteten Blechen. Die Bleche weisen einen derartigen Querschnitt auf, dass sie einen zentralen Aufnahmeschacht 33 für einen nicht dargestellten Rotor bilden. Die beiden axial äußeren Bereiche enthalten sogenannte Randbleche 3. Der mittle­ re Bereich mit der größten Axiallänge enthält sogenannte Rumpf­ bleche 4, während die Bereiche zwischen den Randblechen 3 und den Rumpfblechen 4 als Umlenkbleche 5 bezeichnet sind. Die Ble­ che sind derart gestaltet, daß sie auch zwei in Radialrichtung 12 diametral gegenüberliegende, im Querschnitt rechteckige Drehmomentenstützen 16 und 16' bilden. Insbesondere die Rand­ bleche 3 sind während der Handhabung (z. B. Transport oder Mon­ tage) des Stators 1 anfällig gegen mechanische Beschädigungen, da die die Stirnflächen 6 des Blechstapels 32 begrenzenden Stirnkanten 7 ungeschützt sind und der Blechstapel 32 in diesem Bereich während der Handhabung oft abgestützt wird.

An den die Axialenden bildenden Randblechen 3 ist deshalb je­ weils ein als Stützring 8 ausgebildetes Stützelement angeord­ net, der in Axialrichtung 2 über die jeweilige Stirnfläche 6 des Blechstapels 32 hinausragt (Fig. 2). Der Stützring 8 ist mit dem Blechstapel 32 fest verbunden, indem ersterer an den Blech­ stapel 32 angeschweißt wird. Hierbei entsteht eine Umfangs­ schweißnaht 9, welche sich in Umfangsrichtung des Blechstapels 32 erstreckt und vorzugsweise in Umfangsrichtung in sich ge­ schlossen ist. Die Umfangsschweißnaht 9 ist an der den Umlenk­ blechen 5 zugewandten Ringkante 10 des Stützringes 8 angeordnet (Fig. 3).

Vor dem Anschweißen des Stützringes 8 sind die Bleche 3, 4, 5 durch mehrere im wesentlichen in Axialrichtung 2 verlaufende Längsschweißnähte 11 miteinander fest verbunden worden. Übli­ cherweise befinden sich in Umfangsrichtung des Blechstapels 32 mehrere dieser Längsschweißnähte 11. Im Bereich der Randbleche 3 wird ein Teil der Längsschweißnähte 11 durch den montierten Stützring 8 abgedeckt.

Der Stützring 8 hat in den dargestellten Ausführungsbeispielen einen L-förmigen Querschnitt mit zwei L-Schenkeln. Dabei liegt ein in Radialrichtung 12 verlaufender Radialschenkel 13 des Stützringes 8 an dem radial äußeren Bereich der Stirnfläche 6 an. Ein in Axialrichtung 2 verlaufender Axialschenkel 14 liegt an der äußeren Mantelfläche der Randbleche 3 an. Die Ringkante 10 bildet das Freiende des Axialschenkels 14.

In den Ausführungsbeispielen sind unten näher erläuterte Dich­ tungen vorgesehen, welche zwischen dem Stator 1 und einem die­ sen umgebenden Statorgehäuse 15 angeordnet sind. Diese Dichtun­ gen dichten einen Kühlkreislauf des Stators 1, welcher Kanäle zum Durchfluß von Kühlflüssigkeit (insbesondere Wasser) auf­ weist, ab.

Eine als Dichtungsring 17 ausgebildete Dichtung umgibt radial eines der beiden Axialenden des Stators 1 (Fig. 7). Der Dich­ tring 17 ist in seiner Montageposition in einer in Fig. 7 und in Fig. 8 der zeichnerischen Einfachheit halber nicht dargestellten Fixiernut 18 eingesetzt (Fig. 4, Fig. 5). Die Fixiernut 18 ist an dem Außenmantel 19 des Stützrings 8 angeformt und in Umfangs­ richtung des Stützrings 8 in sich geschlossen. An beiden Axia­ lenden des Stators 1 ist ein derartiger Dichtring 17 vorgese­ hen, so dass der im Mantelumfangsbereich des Stators angeordne­ te Kühlkreislauf des Stators 1 von dessen stirnseitiger Umge­ bung 20 fluidisch getrennt ist. Der Kühlkreislauf umfaßt u. a. mehrere Taschen 21, die vom Blechstapel 32 und von Aufnahmebe­ reichen 22 im Statorgehäuse 15 für die Drehmomentenstützen 16, 16' begrenzt sind (Fig. 7). Die Aufnahmebereiche 22 sind irr Querschnitt rechteckig und in Axialrichtung 2 länger.

In einigen Anwendungsfällen ist eine zusätzliche Abdichtung zwischen dem Blechstapel 32 und dem Statorgehäuse 15 sinnvoll. In einer ersten Gehäuseschale 23 des Gehäuses 15 sind zwei Dichtungsstreifen 24 fixiert (Fig. 7). Hierzu enthält die im Montagezustand der zweiten Gehäuseschale 25 zugewandte Innen­ seite 26 der ersten Gehäuseschale 23 zwei Dichtungsnuten 27 zur Aufnahme der Dichtungsstreifen 24. Der Dichtungsstreifen 24 ist in Axialrichtung 2 ingesamt viermal abgewinkelt. Im Montagezu­ stand dichten die beiden Dichtungsstreifen 24 eine zwischen beiden Gehäuseschalen 23, 25 gebildete Fuge ab, so dass in Ra­ dialrichtung 12 keine Kühlflüssigkeit aus dem Kühlkreislauf ra­ dial nach außen gelangen kann. Wie bereits gesagt, können die beiden Gehäuseschalen 23, 25 in bestimmten Anwendungsfällen ohne diese zusätzliche Dichtung miteinander korrespondieren, d. h. die beiden Gehäuseschalen 23, 25 werden bei der Montage ohne die Dichtungsstreifen 24 und die Dichtungsnuten 27 aneinanderge­ fügt.

In Fig. 6 sind die beiden Gehäuseschalen 23, 25 vor ihrer Montage erkennbar. Der Stator 1 wird mit seinen beiden Drehmomenten­ stützen 16, 16' in die Aufnahmebereiche 22 der ersten Gehäuse­ schale 23 oder in korrespondierende, hier nicht sichtbare Auf­ nahmebereiche der zweiten Gehäuseschale 25 eingelegt. Die Auf­ nahmebereiche der beiden Gehäuseschalen 23, 25 sind relativ zu den Drehmomentenstützen 16, 16' derart dimensioniert, dass sie einen Teil des Kühlkreislaufs bilden bzw. begrenzen. Unter Zwi­ schenlage des Stators 1 werden die beiden Gehäuseschalen 23, 25 miteinander verschraubt. Hierzu ist die Gehäuseschale 23 von mehreren Bohrungen 28 durchsetzt. Durch diese Bohrungen 28 hin­ durch greifen hier nicht dargestellte Schrauben, welche mit entsprechenden Innengewinden in der zweiten Gehäuseschale 25 korrespondieren. Sowohl die Bohrungen 28 als auch die nicht dargestellten Innengewinde sind in Fig. 6 durch die Mittellängs­ achsen 29 symbolisiert.

Am Außenmantel 19 des Stützrings 8 gemäß Fig. 5 ist eine Aufnah­ menut 30 angeformt. Bei einer Beschichtung des Außenmantels des Blechstapels 32, z. B. mittels eines Tauchbades, mit einem Kunststoff fließt der flüssige Kunststoff in die Aufnahmenut 30 hinein und bewirkt einen sauberen axialen Abschluß der Be­ schichtung. Hierzu ist die Aufnahmenut 30 axial zwischen der Fixiernut 18 und den Rumpfblechen 4 angeordnet. Um die Be­ schichtung leichter aufnehmen zu können, ist die Aufnahmenut 30 in Richtung der Rumpfbleche 4 mittels einer Aufnahmeschräge 31 abgeschrägt.

Claims (12)

1. Stator (1) mit in Axialrichtung (2) zu einem Blechstapel (32) aneinandergeschichteten Blechen (3, 4, 5), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einem Axialende (3, 6) des Blechstapels (32) ein Stützelement (8) vorgesehen ist, welches in Axialrichtung (2) über die Stirnfläche (6) des Blechstapels (32) hinausragt.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement Bestandteil einer den Blechstapel (32) umgebenden Hülle ist.

3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (8) im Montagezustand mit dem Blechstapel (32) fest verbunden ist.

4. Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (8) an den Blechstapel (32) angeschweißt ist.

5. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement ein an dem Axialende (3, 6) des Blechsta­ pels (32) angeordneter Stützring (8) ist.

6. Stator nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (9) im Bereich der dem axial mittleren Be­ reich (4) des Blechstapels (32) zugewandten Ringkante (10) des Stützringes (8) angeordnet ist.

7. Stator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (8) einen L-förmigen Querschnitt aufweist, wobei

• - ein in Radialrichtung (12) verlaufender Radialschenkel (13) und ein in Axialrichtung (2) verlaufender Axialschenkel (14) die beiden L-Schenkel bilden und
• - der Radialschenkel (13) an der Stirnfläche (6) des Blechsta­ pels (3, 32) anliegt und der Axialschenkel (14) an der äuße­ ren Mantelfläche des Blechstapels (3, 32) anliegt.

8. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Blechstapel (32) und einem diesen umgebenden Gehäuse (23, 25) eine Dichtung (17, 24) angeordnet ist.

9. Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (8) Fixiermittel (18) zur Fixierung der Dichtung (17) aufweist.

10. Stator nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine an dem Außenmantel (19) des Stützelements (8) angeordnete und sich in Umfangsrichtung erstreckende Fixiernut (18) als Fi­ xiermittel.

11. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenmantel (19) des Stützelements (8) eine sich in dessen Umfangsrichtung erstreckende Aufnahmenut (30) angeordnet ist.

12. Stator nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmenut (30) axial zwischen der Fixiernut (18) und dem axial mittleren Bereich (4) des Blechstapels (32) angeord­ net ist.