EP4315570A1 - Stator für eine elektrische maschine und elektrische maschine - Google Patents

Stator für eine elektrische maschine und elektrische maschine

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Publication number
EP4315570A1
EP4315570A1 EP22719585.6A EP22719585A EP4315570A1 EP 4315570 A1 EP4315570 A1 EP 4315570A1 EP 22719585 A EP22719585 A EP 22719585A EP 4315570 A1 EP4315570 A1 EP 4315570A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
stator
connection
section
radial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22719585.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dotz BORIS
Christian FINGER-ALBERT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo eAutomotive Germany GmbH
Original Assignee
Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo eAutomotive Germany GmbH filed Critical Valeo eAutomotive Germany GmbH
Publication of EP4315570A1 publication Critical patent/EP4315570A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

Definitions

  • the present invention relates to a stator for an electrical machine, having a stator core with a first end face and a second end face and a stator winding, which has a plurality of partial windings and forms a number of strands, each partial winding having a plurality of form conductors extending along an axial direction extend through the stator core at predetermined angular positions in the circumferential direction, has a first end section, which comprises a free end of the partial winding, protrudes from the stator core at the first end face, and has a second end section.
  • the invention relates to an electric machine for driving a vehicle.
  • a stator for a rotating electrical machine comprising: an annular stator core and a multi-phase stator coil composed of a plurality of phase windings.
  • the stator coil has at least two lead wires and a connection. Each of the lead wires is connected to one of the phase windings of the stator coil.
  • end sections for connecting the partial windings are designed with multiple geometrical bends. This complicates the manufacture of the stator and makes it difficult to connect.
  • the invention has for its object to provide a way to easily close the partial windings of the stator winding.
  • This object is achieved according to the invention in a stator of the type mentioned in that the first end section protrudes from the stator core at one of the predetermined angular positions and extends at the predetermined angular position in the axial direction.
  • the stator according to the invention for an electrical machine has a stator core.
  • the stator core has a first face and a second face.
  • the stator also has a stator winding.
  • the stator winding has several partial windings and forms a number of strands.
  • Each partial winding has several shape conductors.
  • the shape conductors extend along an axial direction at predetermined angular positions circumferentially through the stator core.
  • Each partial winding also has a first end section.
  • the first end section comprises a free end of the partial winding.
  • the first end portion protrudes from the stator core.
  • Each partial winding also has a second end section.
  • the first end portion protrudes from the stator core at one of the predetermined angular positions.
  • the first end portion extends in the axial direction at the predetermined angular position.
  • the invention is based on the idea of guiding the first end section axially out of the stator core at the predetermined angular position at which the form conductor also extends inside the stator core.
  • the end section can then be connected at the predetermined angular position. This ver simplifies the production of the stator winding and the connection very considerably, because complicated multiple bends in the circumferential direction can be omitted.
  • the direct guidance of the first end section in the axial direction also reduces its length, which advantageously also reduces the ohmic losses of the stator winding.
  • the second end section of a respective partial winding comprises a free end of the partial winding and projects out of the stator core at the first end face or the second end face. It is preferably provided that the second end portion of a respective partial winding on the end face of one of the predetermined angular positions protrudes from the stator core and extends at the angular position in the axial direction.
  • the second end sections can be led out of the stator core in a manner analogous to the first end sections, so that the connection and manufacture of the stator winding is also simplified with regard to the second end sections.
  • the stator according to the invention has a plurality of connec- tors, which connect the shaped conductors on the end faces and on the first end face a winding overhang, which extends within a radial region, is formed.
  • a respective partial winding is formed in particular by a multiplicity of form conductors connected in series by means of the connectors.
  • the first and the second end section of a respective partial winding preferably form two ends of the series circuit.
  • the radial area is an annular space adjoining the stator core, which is occupied by the end winding.
  • the first end section of a respective partial winding runs away from the radial area, so that the first end section extends along the end winding. In this way, the end section can be routed close to the winding head to save installation space.
  • the second end section of a respective winding can run pointing away from the radial area, so that the second end section extends along the end winding. The second end section can be performed analogously to the first end section.
  • the first end portion and/or the second end portion preferably does not extend along the circumferential direction between the stator core and the free end or only along the axial direction and the radial direction.
  • the second end section preferably assumes a greater radial distance from the winding head than the first end section. This allows the end sections extend along two concentric circles around a longitudinal axis of the stator core, so that connection options are formed at the different radial positions.
  • the first end section and/or the second end section is/are connected in one piece to a respective shaped conductor and is/are formed parallel to the shaped conductor at the respective predetermined angular position in the radial direction.
  • the end section can have a first bend provided at the radial position of the shaped conductor and pointing away from the radial area.
  • the end section can have a second bend that is spaced further axially from the stator core and points toward the radial region, so that the end section extends beyond the second bend, displaced parallel to the shaped conductor.
  • the end portion preferably runs straight in a radial direction and the axial direction. Beyond the second bend, the end portion preferably runs along the axial direction. Between the stator core and the first bending, the end portion may extend only along the axial direction at the predetermined angular position.
  • each partial winding can have a connection and a star point connection.
  • the first end section can form the connection and the second end section can form the neutral point connection.
  • the first end section can form the star point connection and the second end section can form the connection.
  • some of the partial windings form an arrangement and the end sections of the partial windings of the arrangement forming the star point connection extend on a radial side of the radial region along the end winding.
  • a part of the partial windings forms a second arrangement and the end sections of the partial windings that form the star point connection form the second Arrangement extend on the other radial side of the radial region along the end winding.
  • the star point connection can also have a star point connection for the or a respective arrangement, by which the end sections of the arrangement forming the star point connection are connected to one another.
  • the star point connection is preferably applied radially to the end sections.
  • the star point connection can be attached to the end sections, in particular in a materially bonded manner.
  • the neutral point connection is preferably designed as an arcuate busbar. Such a star point connection can be easily manufactured and can be arranged on the star point connections in a space-saving manner.
  • stator core in which the shaped conductors are accommodated.
  • the slots pass through the stator core in particular completely from the first end face to the second end face.
  • the form conductors can extend completely through the grooves.
  • the slots are preferably distributed over a circumferential direction in the stator core.
  • the end sections of the partial windings of a respective strand that form the connection preferably protrude from the same slot or from a plurality of directly adjacent slots.
  • the end sections protrude from a plurality of directly adjacent grooves in particular when the stator has a number of holes greater than or equal to two. The number of holes corresponds to the number of slots per pole and phase.
  • the terminal forming end portions of the Connect partial windings of a respective strand to form conductors which are arranged in a ra dial innermost of the layers and/or in a radially outermost of the layers. This considerably simplifies the guiding of the end sections along the radial area.
  • the stator preferably also has a connection arrangement which has a number of connection elements corresponding to the number of strands.
  • a respective connection element connects the end sections of the partial windings of one of the strands that form the connection to one another.
  • the stator can also have an insulation device which is set up to electrically insulate the end winding from the connection elements.
  • the insulation device preferably has a plate-shaped body.
  • the body may have a first side extending circumferentially at least partially across an axial end of the end turn.
  • the body may further have a second side, which is arranged opposite to the first side and on which the connection elements are arranged.
  • the body also has at least one recess which extends from the first side to the second side and through which the terminals are passed from the first side and electrically conductively connected to one of the terminal elements on the second side.
  • the insulation device further comprises an insulation arrangement which has a first section which extends from the first side of the body in a direction pointing away from the second side and the end winding along its circumference on one of two radial sides of the end winding surrounds.
  • the insulation device makes it possible, through the insulation arrangement with its first section, to electrically insulate the winding overhang from other objects that are arranged on the radial side of the winding overhang. As a result of that the object does not have to be arranged at the axial end of the end winding, space is saved. Greater degrees of freedom are thus achieved in the configuration of a stator having the stator winding, because the object arranged on the radial side can be arranged close to the radial side of the end winding because of the insulating effect provided by the first section.
  • the first section of the insulation arrangement ensures sufficiently large clearances and creepage distances between the end winding and the object.
  • the radial side is the radially inner side of the two sides of the end winding.
  • the isolation device is preferably formed from an electrically insulating plastic.
  • the body is preferably flat on the first side and/or on the second side.
  • the insulation arrangement has a second section, which extends from the first side of the body in the direction pointing away from the second side, and the star point connection arranged on the radial side of the winding overhang on the side facing away from the winding overhang Side surrounds so that the first section and the second section surround the star connection on both sides.
  • the star connection can be electrically insulated on both sides by the first and the second section of the insulation arrangement and can thus be arranged in a space-saving manner on the radial side of the end winding.
  • the insulation arrangement has a third section, which extends, in particular concentrically to the first section, from the first side of the body in the direction pointing away from the second side, and is set up to To surround the end winding along its circumference on the radial side or the other ren of the radial sides of the end winding.
  • a third section which extends, in particular concentrically to the first section, from the first side of the body in the direction pointing away from the second side, and is set up to To surround the end winding along its circumference on the radial side or the other ren of the radial sides of the end winding.
  • the insulation arrangement has a fourth section, which extends from the first side of the body in the direction pointing away from the second side of the body to the star point connection arranged on the radial side of the end winding surrounds its side facing away from the end winding, so that the third section and the fourth section surround the star point connection on both sides. Due to the third and the fourth section of the insulation arrangement, the neutral point connection can be electrically insulated on both sides and corresponding installation space can be saved.
  • the insulation arrangement can have a fifth section which extends from the first side of the body in the direction pointing away from the second side of the body and extends together with the first section along an arc of a circle and surrounds the end winding.
  • the insulation arrangement can have a sixth section, which extends from the first side of the body in the direction pointing away from the second side of the body and, together with the third section, extends along an arc of a circle and surrounds the end winding.
  • the fifth section and the sixth section are used for mechanical stabilization of the arrangement of the insulation device on the end winding.
  • a respective section of the insulation arrangement preferably has the shape of a straight cylinder with an approximately C-shaped, in particular sector-shaped circular ring, base area.
  • a lateral surface of the straight cylinder points in particular towards the end winding.
  • a base of the straight cylinder rests on the body, so that the straight cylinder protrudes from the body.
  • the body and the sections result in one or more U-profiles or a multiple U-profile.
  • the first side of the body extends from a first end of the body to a second end of the body to extend from the first end to the second end along the axial end of the end turns in the circumferential direction of the end turns.
  • the body extends over at most 75%, preferably over at most 60%, particularly preferably over at most 50%, of the circumferential direction of the end winding.
  • the first section of the insulation arrangement can be provided at the first end of the body.
  • the second portion of the iso lationsan extract may be provided at the first end of the body.
  • the third section of the insulation arrangement can be provided at the second end of the body.
  • the fifth section of the insulation arrangement can be provided at the second end.
  • the sixth section of the insulation arrangement can be provided at the first end.
  • a stator together with the insulation device, is often cast or coated with a flowable material, for example by being immersed in an immersion bath.
  • the through-opening allows the free-flowing material to penetrate more easily into the areas of the winding overhang covered by the body during immersion.
  • the through-opening also allows improved drainage of the free-flowing material after immersion in order to avoid massive accumulations of material between the insulation device and the winding head. By avoiding such accumulations, a more robust operation of the stator or of the electrical machine having it is possible.
  • the through openings may be located at locations where two of the sections of the insulation assembly are concentric with each other.
  • the through openings may also be located at locations where the first portion and the second portion of the insulation assembly are concentric with each other and/or a location where the third portion and the fourth portion of the insulation assembly are concentric with each other. Since the second side of the body and the concentric sections delimit a free space into which the flowable material can only enter with difficulty, the through-opening allows particularly good wetting of the object held in the free space, in particular the star point connection.
  • the through-openings can also be arranged at locations at which the fifth section and the third section and/or the sixth section and the first section run concentrically to one another.
  • the through openings may also be located at locations midway between respective groups of four of the recesses of which a first recess and a second recess are at a first radial position, a third recess and a fourth recess are at a second radial position, the first Recess and the third recess are at a first circumferential position and the second and fourth recess are at a second circumferential position.
  • the body of the insulation device has an arcuate, in particular arcuate, profile.
  • a respective section of the insulation arrangement can extend in the axial direction and in the circumferential direction.
  • the recesses are arranged on a first arc of a circle, which runs concentrically to the first section of the insulation arrangement.
  • the connections of the stator winding which protrude from the stator core at different radial positions of the stator can be led out through the recess.
  • some of the recesses are arranged on a second circular arc, which runs concentrically to and at a distance from the first circular arc. This enables connections arranged at two different radial positions to be passed through the recess.
  • connection element This makes it possible to electrically connect terminals arranged radially on the inside and radially on the outside of the same strand at the angular position by means of a connection element.
  • two recesses lying on both circular arcs are provided at three different angular positions of the circular arcs.
  • a respective recess has an edge with a projection directed into the recess.
  • a position of a plurality of end sections passed through a recess can be defined by the projection.
  • a receiving space to be formed for a respective connecting element on the second side of the body, which is set up to inhibit movement of the connecting element with respect to the second side when it is received in the receiving space.
  • the receiving space has one or more projections for inhibiting a rotational movement of the connecting element about an axis of rotation perpendicular to the second side.
  • the receiving space has a projection for inhibiting a translational movement of the connection element along the second side.
  • the body has a further recess in which a sensor of the stator arranged on the end winding can be accommodated.
  • the sensor for example a temperature sensor for determining a temperature of the end winding, can be securely positioned.
  • the recess is along an edge contour on the second side a projection for guiding the sensor is formed. The projection allows additional support for the sensor.
  • one of the end sections, in particular the end section forming the connection, of a respective partial winding is longer in the axial direction than the other of the end sections of the respective partial winding.
  • the star point connections and the connections for the strands can be arranged in different axial planes.
  • an electrical machine for driving a vehicle having a stator according to the invention and a rotor which is rotatably mounted within the stator.
  • the electric machine according to the invention is preferably set up to drive a vehicle. In this respect, it can be set up to form part of a drive train of the vehicle.
  • the electrical machine is preferably in the form of a synchronous machine, in particular a permanently excited one. Alternatively, the electrical machine can be designed as an asynchronous machine.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a driving tool having an electric machine according to the invention, which is set up for driving the vehicle.
  • the vehicle may be a battery electric vehicle and/or a flybrid vehicle.
  • two first end sections of a strand which protrude from the same end face of the stator and can be arranged at an inner and an outer radial position of the same angular position in each case.
  • the end portions can thus be easily ver connected in the radial direction.
  • two first end sections of a strand which protrude from the same end face of the stator and can be arranged at an innermost and an outermost radial position of the same angular position in each case.
  • the end portions can thus be easily ver connected in the radial direction.
  • two further first end sections can be arranged adjacent to the two first end sections.
  • Two such connection pairs can thus be arranged adjacent and connected to form a common connection.
  • four partial windings that form a strand can be easily connected, for example to an inverter.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an exemplary embodiment of the stator according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the stator core and the stator winding
  • FIG. 3 is a plan view of the stator core and stator winding
  • FIG. 4 is a detailed side view of the stator core and stator winding
  • FIG. 5 is a detailed sectional view of the stator core and stator winding
  • FIG. 6 shows a perspective detailed view of the stator core with the stator winding and two star point connections; 7 shows a detailed side view of the stator core and the stator winding with one of the star point connections;
  • FIG. 8 shows a sectional detail view of the stator core with the stator winding and the star point connections
  • 11 is a plan view of the second side of the isolation device
  • FIG. 12 is a perspective view of the insulating device in a state fitted to the stator winding
  • Fig. 14 is a schematic diagram of a vehicle with an embodiment of the electric machine according to the invention.
  • Fig. 1 is a perspective view of an embodiment of a stator 1.
  • the stator has a stator core 2 with a first face 3 and a second
  • FIG. 2 to 5 show the stator core 2 and the stator coil 5, wherein FIG. 2 is a perspective view, FIG. 3 is a plan view, FIG. 4 is a detailed side view, and FIG. 5 is a detailed sectional view.
  • the stator core 2 is formed, for example, from a laminated core with a multiplicity of axially layered individual laminates. In the axial direction intersperses a A large number of slots 6 arranged one after the other in the circumferential direction of the stator 1, in the present example 48 pieces, the stator core 2.
  • the stator winding 5 has a plurality of partial windings and forms a pre-defined number of strands, three strands in the present example.
  • Each sub-winding comprises a plurality of shaped conductors 7 (see Fig. 5) extending circumferentially through the stator core 2 along an axial direction at predetermined angular positions, and a plurality of connectors 8a, 8b connecting the shaped conductors 7 at the end faces 3, 4 and form a winding overhang 10 extending within a radial region 9 (see FIG. 3) on the first end face 3 .
  • Each partial winding also has a first end section 11a, 11b, 11c, 11d, which includes a free end of the partial winding, protrudes from the stator core 2 on the first end face 3 and points away from the radial region 9, so that the first end section 11a to 11d along the end winding 10. Since the first end portion 11a to 11d extends out at one of the predetermined angular position out of the stator core 2 and at the predetermined angular position in the axial direction.
  • Each partial winding also has a second end section 12a, 12b, 12b, 12d, which encompasses a free end of the partial winding, projects out of the stator core 2 on the first end face 3 and points away from the radial area, so that the second end section 12a to 12d extends along the End winding 10 extends.
  • the second end portion 12a to 12d extends out from the stator core 2 at one of the predetermined angular positions and at the predetermined angular position in the axial direction.
  • each four partial windings form a strand.
  • the first end sections 11a to 11d of a respective partial winding form a connection of the partial winding which can be connected to an inverter, for example.
  • Of the second end section 12a to 12d forms a star point connection of the partial winding.
  • the first end sections 11a, 11b and the second end sections 12a, 12b extend radially outwards along the end winding 10 or the radial region 9.
  • the first end sections 11c, 11d and the second end sections 12c, 12d extend radially inside along the end winding 10 or the radial area 9.
  • the second end sections 12a to 12d take a greater radial distance from the end winding 10 than the first Endab sections 11a to 11d.
  • each end section 11a to 11d, 12a to 12d has a first bend 13a provided at the radial position of the shaped conductor and pointing away from the radial region 9, and a second bend spaced further axially from the stator core 2 13b, which points to the radial area 9.
  • the end section 11a to 11d, 12a to 12d extends beyond the second bend 13b, shifted parallel to the shaped conductor 7.
  • the end section 11a to 11d runs between the first bend 13a and the second bend 13b,
  • the second end sections 12a, 12b forming the star point connection extend on the radially outer side of the radial region 9 along the end winding 10.
  • the second end sections 12c, 12d forming the star point connection extend on the radially outer side of the radial region 9 along the end winding 10.
  • 6 to 8 show the stator core 2, the stator winding 5 and two star point connections 14a, 14b of the stator 1, with FIG. 6 being a perspective detailed view, FIG. 7 being a detailed side view and FIG. 8 being a detailed sectional view is.
  • a star point connection 14a, 14b is provided for each of the two arrangements, so that the stator 1 has two star points.
  • Each neutral connection 14a, 14b connects the second end portions 12a to 12d of one of the assemblies.
  • the first star point connection 14a connects the second end sections 12a, 12b of the first arrangement, which extend on the radially outer side of the radial area 9 along the end winding 10.
  • the second star point connection 14b connects the second end sections 12b, 12c of the second arrangement, which extend on the radially inner side of the radial region 9 along the end winding 10.
  • each star point connection 14a, 14b is formed by an arcuate busbar.
  • the star point connection 14a, 14b is attached radially to the second end sections 12a to 12d connected by it and is attached to these in a materially bonded manner, for example by welding.
  • first end sections 11a to 11d forming the connection of the partial windings forming a respective strand are arranged in several, here two, immediately adjacent slots 6 .
  • 5 shows that the shaped conductors 7 are accommodated in a plurality of radial layers 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f of a respective groove 6, six in this case by way of example.
  • the first end sections 11a, 11b adjoin the shaped conductors 7 arranged in the radially outermost layer 15a and the first end sections 11c, 11d adjoin the shaped conductors 7 arranged in the radially innermost layer 15f.
  • connection arrangement 16 of the stator 1 which has a number of connection elements 17a, 17b, 17c corresponding to the number of strands.
  • a respective connection element 17a, 17b, 17c connects the first end sections 11a to 11d of the partial windings of one of the strands, which form the connection, to one another.
  • Each connection element 17a, 17b, 17c is made in one piece and makes contact with all the first end sections 11a to 11d of the partial windings of the strand.
  • the shaped conductors 7 are formed from bent metal rods, preferably made of copper.
  • the shaped conductors 7 extend within the grooves 6 from the first end face 3 to the second end face 4.
  • Such a stator winding can also be referred to as a hair pin winding.
  • the end sections 11a to 11d, 12a to 12d are formed in one piece, each with a form conductor 7 of a partial winding.
  • the remaining form conductors 7 of the partial windings are connected in pairs on the first end face 3 by the connectors 8a formed in one piece with them.
  • pairs of form conductors 7 which are not connected on the first face 3 by the connectors 8a are connected by connectors 8b.
  • FIG. 1 also shows an insulation device 18 of the stator 1, which is set up to electrically insulate the end winding 10 from the connection elements 17a, 17b, 17c.
  • isolation device 18 is a perspective view of isolation device 18.
  • the insulation device 18 has a plate-shaped body 20 .
  • a first side 21 of the body 20 is configured to extend at least partially over an axial end of the end winding 10 in the circumferential direction.
  • a second side 22 of the body 20 is located opposite the first side 21 .
  • the connecting elements 17a, 17b, 17c can be arranged on the second side 22.
  • the body 20 has a plurality of recesses 23a, 23b which extend from the first side 21 to the second side 22.
  • the connections formed by the first end sections 11a to 11d can be passed through the recesses 23a, 23b from the first side in order to be electrically conductively connected to one of the connection elements 17a, 17b, 17c on the second side 22.
  • the recesses 23a are on a first circular arc and the recesses 23b on a second circular arc which is arranged concentrically to the first circular arc and is radially further inwards than the first circular arc.
  • the radially outer first end sections 11a, 11b are ra dial outer recesses 23a and the radially inner first end portions 11 c, 11 d can be carried out through the radially inner recesses 23b.
  • FIG. 10 and 11 show the isolation device 18, with FIG. 10 being a top view of the first side 21 and FIG. 11 being a top view of the second side 22.
  • FIG. 10 being a top view of the first side 21
  • FIG. 11 being a top view of the second side 22.
  • the isolation device 18 also has an isolation arrangement 24 .
  • the insulation assembly 24 includes a first portion 25a extending from the first side 21 in a direction away from the second side 22 .
  • the first section 25a surrounds the end winding 10 along its circumference on the ra dial inner side of the end winding 10.
  • the insulation assembly 24 has a second portion 25b which also extends from the first side 21 of the body 20 in the direction away from the second side 22 .
  • the second section 25b surrounds the second star point connection 14b arranged on the radially inner side of the end winding 10 on the side of the second star point connection 14b facing away from the end winding 10, so that the first section 25a and the second section 25b surround the second star point connection 14b on both sides.
  • the insulation assembly 24 further includes a third portion 25c extending from the first side 21 of the body 20 in the direction away from the second side 22 .
  • the third section 25c surrounds the end winding 10 along its circumference on the outer radial side of the end winding 10.
  • the insulation arrangement has a fourth section 25d which extends from the first side 21 of the body 20 in the direction pointing away from the second side 22 of the body 20 .
  • the fourth section 25d surrounds the first star point connection 14a arranged on the radially outer side of the end winding 10 on the side of the first star point connection 14a facing away from the end winding 10, so that the third section 25c and the fourth section 25d surround the first star point connection 14a on both sides.
  • a fifth section 25e and a sixth section 25f are provided, which do not surround the star point connections 14a, 14b and extend on the same circular arc as the first section 25a and the third section 25c.
  • the fifth section 25e and the sixth section 25f serve not only to insulate the end winding 10 from its radial interior and exterior, but also to ensure the mechanically stable arrangement of the insulation device 18 on the end winding 10.
  • the sections 25a to 25f of the insulation arrangement 24 extend concentrically to one another and are designed in the shape of a circular arc. In the present exemplary embodiment, they are perpendicular to the body 20.
  • each recess 23a, 23b has an edge 30 with a projection 31 directed into the recess 23a, 23b.
  • the body 20 has three through holes 32a, which are arranged in areas where the first section 25a and the second section 25b extend concentrically with each other.
  • three through holes 32b are provided in areas of the body 20 where the third portion 25c and the fourth portion 25d extend concentrically with each other.
  • openings 32c are provided centrally between respective groups of four of the recesses 23a, 23b, of which a first recess 23a and a second recess 23a lie at a first radial position, a third recess 23b and a fourth recess 23b lie at a second radial position, the first recess 23a and the third recess 23b lie at a first angular position in the circumferential direction and the second 23a and the fourth recess 23b lie at a second angular position in the circumferential direction sixth section 25f and the third section 25c from and the fifth section 25e of the insulation arrangement 24 extend concentrically to one another.
  • the body 20 has a further recess 33a, in which a sensor 19 of the stator 1 (see FIG. 1) arranged on the end winding 10 can be accommodated.
  • a projection 33b (see FIG. 9) for guiding the sensor 13 is formed on the second side 22 along an edge contour of the recess 33a.
  • a receiving space 34a, 34b, 34c is formed on the second side 22 of the body 20 in the insulating device 18 for a respective connecting element 17a, 17b, 17c.
  • Each receiving space 34a, 34b, 34c is designed to allow a movement of the connection element 17a, 17b, 17c with respect to the second Page 22 to ben in a recorded in the receiving space 34a, 34b, 34c state.
  • Each receiving space 34a, 34b, 34c has two projections 35a, 35b for inhibiting a rotational movement of the connecting element 17a, 17b, 17c about an axis of rotation perpendicular to the second side 22.
  • a projection 35b for inhibiting a translation movement of the connection element 17a, 17b, 17c along the second side 22 is provided for each receiving space 34a, 34b, 34c.
  • the insulating device 2 is made of an electrically insulating material, for example a plastic.
  • FIG. 12 is a perspective view of the insulating device 18 in a state attached to the stator coil 5.
  • the connecting element 17b is received in the receiving space 34b and is prevented from rotating and translational movements by the projections 35a, 35b.
  • the projection 35b protrudes into an opposite recess of the connecting element 17b.
  • the first end portions 11a to 11d penetrate the recesses 23a, 23b, each recess 23a, 23b receiving a pair of circumferentially adjacent end portions 11a to 11d located at the same radial position.
  • FIG. 13 is a sectional detailed view of the stator 1 , in which it can be seen that the insulation device 18 rests with its first side 21 on the axial end of the end winding 10 .
  • the sensor 19 can also be seen, which is guided by means of the projection 33b in such a way that it can detect a temperature of the end winding 10 .
  • Fig. 14 is a schematic diagram of a vehicle 100 with an embodiment of an electric machine 101.
  • the electric machine 101 is set up to drive the vehicle 100 and has a stator 1 according to the exemplary embodiment described above and a rotor 102 rotatably mounted inside the stator 1 .
  • the electrical machine 101 is embodied, for example, as an asynchronous machine or as a permanently excited synchronous machine. Electric machine 101 forms part of a drive train of vehicle 100 .
  • the vehicle 100 may be a battery electric vehicle (BEV) or a fly-brid vehicle.
  • two first end sections 11 ad of a strand which protrude from the same end face 3, 4 of the stator 1 and can be arranged at an inner and an outer radial position of the same angular position in each case.
  • the end sections 11a-d can thus be easily connected in the radial direction. You can form a connection pair.
  • two first end sections 11 ad of a strand which protrude from the same end face 3, 4 of the stator 1 can be arranged at an innermost and an outermost radial position of the same angular position in each case.
  • the end sections 11a-d can thus be easily connected in the radial direction. You can form a connection pair.
  • two further first end sections 11a-d can be arranged adjacent to the two first end sections 11a-d.
  • Two such connection pairs can thus be arranged adjacent and connected to form a common connection.
  • four partial windings that form a strand can be easily connected, for example to an inverter.

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Abstract

Stator (1) für eine elektrische Maschine (101), aufweisend einen Statorkern (2) mit einer ersten Stirnseite (3) und einer zweiten Stirnseite (4) und eine Statorwicklung (5), die mehrere Teilwicklungen aufweist und eine Anzahl von Strängen ausbildet, wobei jede Teilwicklung – mehrere Formleiter (7), die sich entlang einer Axialrichtung an vorgegebe-nen Winkelpositionen in Umfangrichtung durch den Statorkern (2) erstrecken, – einen ersten Endabschnitt (11a-d), der ein freies Ende der Teilwicklung um-fasst, an der ersten Stirnseite (3) aus dem Statorkern (2) herausragt und – einen zweiten Endabschnitt (12a-d) aufweist, wobei der erste Endabschnitt (11a-d) an einer der vorgegebenen Winkel-positionen aus dem Statorkern (2) herausragt und sich an der vorgegebenen Win-kelposition in der Axialrichtung erstreckt.

Description

STATOR FÜR EINE ELEKTRISCHE MASCHINE UND ELEKTRISCHE
MASCHINE
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, auf weisend einen Statorkern mit einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite und eine Statorwicklung, die mehrere Teilwicklungen aufweist und eine Anzahl von Strängen ausbildet, wobei jede Teilwicklung mehrere Formleiter, die sich ent lang einer Axialrichtung an vorgegebenen Winkelpositionen in Umfangrichtung durch den Statorkern erstrecken, einen ersten Endabschnitt, der ein freies Ende der Teilwicklung umfasst, an der ersten Stirnseite aus dem Statorkern herausragt, und einen zweiten Endabschnitt aufweist.
Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs.
Die DE 102017 105483 A1 offenbart einen Stator für eine rotierende elektrische Maschine, wobei der Stator aufweist: einen ringförmigen Statorkern und eine Mehr-Phasen-Statorspule, die aus einer Vielzahl von Phasenwicklungen zusam mengesetzt ist. Die Statorspule weist zumindest zwei Leitungsdrähte und eine Verbindung auf. Jeder der Leitungsdrähte ist mit einer der Phasenwicklungen der Statorspule verbunden.
Bei einem solchen Stator sind Endabschnitte zum Anschließen der Teilwicklungen geometrisch mehrfach gebogen ausgebildet. Dies verkompliziert die Fertigung des Stators und erschwert das Anschließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zum einfachen An schließen der Teilwicklungen der Statorwicklung anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Stator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der erste Endabschnitt an einer der vorgegebenen Win kelpositionen aus dem Statorkern herausragt und sich an der vorgegebenen Win kelposition in der Axialrichtung erstreckt.
Der erfindungsgemäße Stator für eine elektrische Maschine weist einen Statorkern auf. Der Statorkern weist eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite auf. Der Stator weist ferner eine Statorwicklung auf. Die Statorwicklung weist mehrere Teil wicklungen auf und bildet eine Anzahl von Strängen aus. Jede Teilwicklung weist mehrere Formleiter auf. Die Formleiter erstrecken sich entlang einer Axialrichtung an vorgegebenen Winkelpositionen in Umfangsrichtung durch den Statorkern.
Jede Teilwicklung weist ferner einen ersten Endabschnitt auf. Der erste Endab schnitt umfasst ein freies Ende der Teilwicklung. Der erste Endabschnitt ragt aus dem Statorkern heraus. Jede Teilwicklung weist ferner einen zweiten Endabschnitt auf. Der erste Endabschnitt ragt an einer der vorgegebenen Winkelpositionen aus dem Statorkern heraus. Der erste Endabschnitt erstreckt sich an der vorgegebe nen Winkelposition in der Axialrichtung.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, den ersten Endabschnitt an der vorge gebenen Winkelposition, an der sich auch der Formleiter innerhalb des Stator kerns erstreckt, aus dem Statorkern axial heraus zu führen. Der Endabschnitt kann dann an der vorgegebenen Winkelposition angeschlossen werden. Dies ver einfacht die Fertigung der Statorwicklung und das Anschließen ganz erheblich, weil komplizierte Mehrfachbiegungen in Umfangsrichtung entfallen können. Durch die direkte Führung des ersten Endabschnitts in der Axialrichtung wird dessen Länge außerdem verringert, was auch die ohmschen Verluste der Statorwicklung vorteilhafterweise reduziert.
Vorteilhafterweise umfasst der zweite Endabschnitt einer jeweiligen Teilwicklung ein freies Ende der Teilwicklung und ragt an der ersten Stirnseite oder der zweiten Stirnseite aus dem Statorkern heraus. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Endabschnitt einer jeweiligen Teilwicklung an der Stirnseite an einer der vorgegebenen Winkelpositionen aus dem Statorkern herausragt und sich an der Winkelposition in der Axialrichtung erstreckt. Dadurch können die zweiten Endab schnitte analog zu den ersten Endabschnitten aus dem Statorkern herausgeführt werden, sodass auch das Anschließen und die Fertigung der Statorwicklung im Hinblick auf die zweiten Endabschnitte vereinfacht wird.
In bevorzugter Ausgestaltung weist der erfindungsgemäße Stator mehrere Verbin der auf, welche die Formleiter an den Stirnseiten verbinden und an der erste Stirn seite einen Wickelkopf, der sich innerhalb eines Radialbereichs erstreckt, ausbil den.
Eine jeweilige Teilwicklungen ist insbesondere durch eine Vielzahl von mittels der Verbinder in Reihe geschalteten Formleitern gebildet. Der erste und der zweite Endabschnitt einer jeweiligen Teilwicklungen bilden vorzugsweise zwei Enden der Reihenschaltung aus. Der Radialbereich ist ein ringförmiger, sich an den Stator kern anschließender Raum, welcher vom Wickelkopfs belegt wird.
In bevorzugter Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der erste Endabschnitt einer jeweiligen Teilwicklung vom Radialbereich wegweisend verläuft, sodass sich der erste Endabschnitt entlang des Wickelkopfs erstreckt. So kann der Endab schnitt bauraumsparend nah am Wickelkopf entlang geführt werden. Alternativ o- der zusätzlich kann der zweite Endabschnitt einer jeweiligen Wicklung vom Radial bereich wegweisend verlaufen, sodass sich der zweite Endabschnitt entlang des Wickelkopfs erstreckt. Der zweite Endabschnitt kann so analog zum ersten Endab schnitt geführt werden.
Der erste Endabschnitt und/oder der zweite Endabschnitt erstrecken sich bevor zugt zwischen dem Statorkern und dem freien Ende nicht entlang der Umfangs richtung oder ausschließlich entlang der Axialrichtung und der Radialrichtung.
Der zweite Endabschnitt nimmt bevorzugt einen größeren Radialabstand zum Wi ckelkopfs an als der erste Endabschnitt. Dadurch können sich die Endabschnitte entlang zweier konzentrischer Kreise um eine Längsachse des Statorkerns erstre cken, sodass Anschlussmöglichkeiten an den unterschiedlichen Radialpositionen gebildet werden.
Es kann bevorzugt ferner vorgesehen sein, dass der erste Endabschnitt und/oder der zweite Endabschnitt mit jeweils einem Formleiter einstückig verbunden und an der jeweiligen vorgegebenen Winkelposition in Radialrichtung parallelverschoben in Bezug auf den Formleiter ausgebildet ist oder sind. Der Endabschnitt kann dazu eine an der Radialpositionen des Formleiters vorgesehene vom Radialbereich wegweisende erste Biegung aufweisen. Ferner kann der Endabschnitt eine axial weiter vom Statorkern beabstandete zweite Biegung, die zum Radialbereich hin weist aufweisen, sodass sich der Endabschnitt jenseits der zweiten Biegung paral lel verschoben zum Formleiter erstreckt. Zwischen der ersten Biegung und der zweiten Biegung verläuft der Endabschnitt bevorzugt gerade in einer Radialrich tung und der Axialrichtung. Jenseits der zweiten Biegung verläuft der Endabschnitt bevorzugt entlang der Axialrichtung. Zwischen dem Statorkern und der ersten Bie gung kann der Endabschnitt an der vorgegebenen Winkelposition ausschließlich entlang der Axialrichtung verlaufen.
Mit Vorteil kann bei dem erfindungsgemäßen Stator ferner vorgesehen sein, dass eine jeweilige Teilwicklung einen Anschluss und einen Sternpunktanschluss auf weist. Dabei kann der erste Endabschnitt den Anschluss ausbilden und der zweite Endabschnitt den Sternpunktanschluss ausbilden. Alternativ kann der erste End abschnitt den Sternpunktanschluss ausbilden und der zweite Endabschnitt den Anschluss ausbilden.
In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass ein Teil der Teilwicklungen eine An ordnung ausbildet und sich die den Sternpunktanschluss ausbildenden Endab schnitte der Teilwicklungen der Anordnung auf einer radialen Seite des Radialbe reichs entlang des Wickelkopfs erstrecken. Zudem kann vorgesehen sein, dass ein Teil der Teilwicklungen eine zweite Anordnung ausbildet und sich die den Sternpunktanschluss ausbildenden Endabschnitte der Teilwicklungen der zweiten Anordnung auf der anderen radialen Seite des Radialbereichs entlang des Wickel kopfs erstrecken. Dies ermöglicht insbesondere eine Ausgestaltung der Stator wicklung mit zwei Sternpunkten wobei die Sternpunktanschlüsse an unterschiedli chen Seiten des Radialbereichs angeordnet sind.
Es kann ferner für die oder eine jeweilige Anordnung eine Sternpunktverbindung, durch welche die den Sternpunktanschluss ausbildenden Endabschnitte der An ordnung miteinander verbunden sind, aufweisen. Die Sternpunktverbindung wird bevorzugt radial an die Endabschnitte angelegt. Die Sternpunktverbindung kann an den Endabschnitten, insbesondere stoffschlüssig, befestigt sein.
Bevorzugt ist die Sternpunktverbindung als bogenförmige Stromschiene ausgebil det. Ein eine solche Sternpunktverbindung lässt sich einfach fertigen und kann bauraumsparend an den Sternpunktanschlüssen angeordnet werden.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass im Statorkern eine Vielzahl von in Um fangsrichtung angeordneten Nuten ausgebildet ist, in welchen die Formleiter auf genommen sind. Die Nuten durchsetzen der Statorkern insbesondere vollständig von der ersten Stirnseite bis zur zweiten Stirnseite. Die Formleiter können sich vollständig durch die Nuten erstrecken. Die Nuten sind vorzugsweise über eine Umfangsrichtung verteilt im Statorkern ausgebildet.
Vorzugsweise ragen die den Anschluss ausbildenden Endabschnitte der Teilwick lungen eines jeweiligen Strangs aus derselben Nut oder aus mehreren unmittelbar benachbarten Nuten heraus. Aus mehreren unmittelbar benachbarten Nuten ra gen die Endabschnitte insbesondere dann heraus, wenn der Stator eine Lochzahl größer gleich zwei aufweist. Die Lochzahl entspricht dabei der Anzahl von Nuten je Pol und Phase.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Formleiter in einer vorgegebenen An zahl radial angeordneter Schichten einer jeweiligen Nut im Statorkern aufgenom men sind. Dabei können sich die den Anschluss ausbildenden Endabschnitte der Teilwicklungen eines jeweiligen Strangs an Formleiter anschließen, die in einer ra dial innersten der Schichten und/oder in einer radial äußersten der Schichten an geordnet sind. Dadurch wird das Führen der Endabschnitte entlang des Radialbe reichs erheblich vereinfacht.
Bevorzugt weist der Stator ferner eine Anschlussanordnung auf, welche eine der Anzahl der Stränge entsprechende Anzahl von Anschlusselementen aufweist. In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass ein jeweiliges Anschlusselement die den Anschluss ausbildenden Endabschnitte der Teilwicklungen eines der Stränge miteinander verbindet.
Der Stator kann ferner eine Isolationsvorrichtung aufweisen, welche zur elektri schen Isolation des Wickelkopfs gegenüber den Anschlusselementen eingerichtet ist.
Vorzugsweise weist die Isolationsvorrichtung einen plattenförmigen Körper auf. Der Körper kann eine erste Seite, die sich in Umfangsrichtung zumindest zum Teil über ein axiales Ende des Wickelkopfs erstreckt, aufweisen. Der Körper kann fer ner eine zweite Seite, die der ersten Seite gegenüberliegend angeordnet ist und an der die Anschlusselemente angeordnet sind, aufweisen. Vorzugsweise weist der Körper ferner wenigstens eine Ausnehmung auf, die sich von der ersten Seite zur zweiten Seite erstreckt und durch die die Anschlüsse von der ersten Seite her durchgeführt und auf der zweiten Seite elektrisch leitfähig mit einem der Anschlus selemente verbunden sind. In bevorzugter Ausgestaltung umfasst die Isolations vorrichtung ferner eine Isolationsanordnung, welche einen ersten Abschnitt auf weist, der sich von der ersten Seite des Körpers aus in eine von der zweiten Seite wegweisende Richtung erstreckt und den Wickelkopf entlang seines Umfangs an einer von zwei radialen Seiten des Wickelkopfs umgibt.
Die Isolationsvorrichtung ermöglicht es durch die Isolationsanordnung mit ihrem ersten Abschnitt, den Wickelkopf gegenüber weiteren Objekten, die an der radia len Seite des Wickelkopfs angeordnet sind, elektrisch zu isolieren. Dadurch, dass das Objekt nicht am axialen Ende des Wickelkopfs angeordnet werden muss, wird Bauraum eingespart. So werden größere Freiheitsgrade bei der Ausgestaltung ei nes die Statorwicklung aufweisenden Stators erzielt, weil das an der radialen Seite angeordnete Objekt wegen der durch ersten Abschnitt vermittelten Isolationswir kung nah an der radialen Seite des Wickelkopfs angeordnet werden kann. Gleich sam sorgt der erste Abschnitt der Isolationsanordnung für hinreichend große Luft- und Kriechstrecken zwischen dem Wickelkopf und dem Objekt.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die radiale Seite die radial innere Seite der zwei Seiten des Wickelkopfs. Die Isolationsvorrichtung ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gebildet. Der Körper ist vorzugsweise an der ers ten Seite und/oder an der zweiten Seite flach ausgebildet.
In bevorzugter Ausgestaltung der Isolationsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Isolationsanordnung einen zweiten Abschnitt, der sich von der ersten Seite des Körpers aus in die von der zweiten Seite wegweisende Richtung erstreckt und die an der radialen Seite des Wickelkopfs angeordnete Sternpunktverbindung auf ih rer der dem Wickelkopf abgewandten Seite umgibt, sodass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt die Sternpunktverbindung beidseitig umgeben. Durch den ersten und den zweiten Abschnitt der Isolationsanordnung kann die Stern punktverbindung beidseitig elektrisch isoliert und so platzsparend an der radialen Seite des Wickelkopfs angeordnet werden. Dadurch kann insbesondere auf eine die axiale Erstreckung des Stators vergrößernde Anordnung der ersten Stern punktverbindung jenseits des axialen Endes des Wickelkopfs verzichtet und Bau raum eingespart werden.
Bei der erfindungsgemäßen Isolationsvorrichtung kann ferner vorgesehen sein, dass die Isolationsanordnung einen dritten Abschnitt, der sich, insbesondere kon zentrisch zum ersten Abschnitt, von der ersten Seite des Körpers aus in die von der zweiten Seite wegweisende Richtung erstreckt, aufweist und dazu eingerichtet ist, den Wickelkopf entlang seines Umfangs an der radialen Seite oder der ande ren der radialen Seiten des Wickelkopfs zu umgeben. Durch den dritten Abschnitt kann ein weiteres Objekt in analoger Weise zum ersten Objekt an der anderen ra dialen Seite des Wickelkopfs elektrisch gegenüber diesen isoliert angeordnet wer den.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist dabei ferner vorgesehen, dass die Isolationsan ordnung einen vierten Abschnitt aufweist, der sich von der ersten Seite des Kör pers aus in die von der zweiten Seite des Körpers wegweisende Richtung er streckt die an der radialen Seite des Wickelkopfs angeordnete Sternpunktverbin dung auf ihrer der dem Wickelkopf abgewandten Seite umgibt, sodass der dritte Abschnitt und der vierte Abschnitt die Sternpunktverbindung beidseitig umgeben. Durch den dritten und den vierten Abschnitt der Isolationsanordnung kann die Sternpunktverbindung beidseitig elektrisch isoliert und entsprechender Bauraum eingespart werden.
Daneben kann die Isolationsanordnung einen fünften Abschnitt aufweisen, der der sich von der ersten Seite des Körpers aus in die von der zweiten Seite des Kör pers wegweisende Richtung erstreckt und sich gemeinsam mit dem ersten Ab schnitt entlang eines Kreisbogens erstreckt und den Wickelkopf umgibt. Alternativ oder zusätzlich kann ein die Isolationsanordnung einen sechsten Abschnitt aufwei sen, der der sich von der ersten Seite des Körpers aus in die von der zweiten Seite des Körpers wegweisende Richtung erstreckt und sich gemeinsam mit dem dritten Abschnitt entlang eines Kreisbogens erstreckt und den Wickelkopf umgibt. Der fünfte Abschnitt und der sechste Abschnitt dienen der mechanischen Stabili sierung der Anordnung der Isolationsvorrichtung am Wickelkopf.
Ein jeweiliger Abschnitt der Isolationsanordnung weist vorzugsweise die Form ei nes geraden Zylinders mit einer annähernd C-förmigen, insbesondere kreisring sektorförmigen, Grundfläche auf. Eine Mantelfläche des geraden Zylinders weist dabei insbesondere zum Wickelkopf. Eine Grundfläche des geraden Zylinders liegt dabei auf dem Körper auf, sodass der gerade Zylinder vom Körper absteht. In ei nem Ausführungsbeispiel ergeben der Körper und die Abschnitte ein oder mehrere U-Profile bzw. ein Mehrfach-U-Profil. Vorzugsweise erstreckt sich die erste Seite des Körpers von einem ersten Ende des Körpers bis zu einem zweiten Ende des Körpers, um sich vom ersten Ende bis zum zweiten Ende entlang des axialen Endes des Wickelkopfs in Umfangsrich tung des Wickelkopfs zu erstrecken. Insbesondere erstreckt sich der Körper über höchstens 75 %, bevorzugt über höchstens 60 %, besonders bevorzugt über höchstens 50 %, der Umfangsrichtung des Wickelkopfs.
Dabei kann der erste Abschnitt der Isolationsanordnung am ersten Ende des Kör pers vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Abschnitt der Iso lationsanordnung am ersten Ende des Körpers vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann der dritte Abschnitt der Isolationsanordnung am zweiten Ende des Körpers vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann der fünfte Abschnitt der Isolationsanordnung am zweiten Ende des vorgesehen sein. Alternativ oder zu sätzlich kann der sechste Abschnitt der Isolationsanordnung am ersten Ende des vorgesehen sein.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Körper mehrere die erste Seite und die zweite Seite durchsetzende Durchgangsöffnungen aufweist. Häufig wird ein Stator nach seiner Montage mitsamt Isolationsvorrichtung mittels eines fließfähigen Werkstoffs vergossen oder beschichtet, beispielsweise durch Eintauchen in ein Tauchbad. Die Durchgangsöffnung erlaubt hier ein vereinfachtes Eindringen des fließfähigen Werkstoffs in die vom Körper abgedeckten Bereiche des Wickelkopfs beim Eintauchen. Ferner erlaubt die Durchgangsöffnung auch ein verbessertes Abfließen des fließfähigen Werkstoffs nach dem Eintauchen, um massive An sammlungen des Werkstoffs zwischen der Isolationsvorrichtung und dem Wickel kopf zu vermeiden. Durch die Vermeidung solcher Ansammlungen ist ein robuste rer Betrieb des Stators bzw. der ihn aufweisenden elektrischen Maschine möglich.
Die Durchgangsöffnungen können an Stellen angeordnet sein, an denen zwei der Abschnitte der Isolationsanordnung konzentrisch zueinander verlaufen. Die Durchgangsöffnungen können ferner an Stellen angeordnet sein, an welchen der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt der Isolationsanordnung konzentrisch zueinander verlaufen, und/oder eine Stelle, an der dritte Abschnitt und der vierte Abschnitt der Isolationsanordnung konzentrisch zueinander verlaufen. Da die zweite Seite des Körpers und die konzentrisch verlaufenden Abschnitte einen Frei raum begrenzen, in den der fließfähige Werkstoff nur schwer eintreten kann, kann durch die Durchgangsöffnung eine besonders gute Benetzung des im Freiraum aufgenommenen Objekts, insbesondere der Sternpunktverbindung, ermöglicht werden. Die Durchgangsöffnungen können ferner an Stellen angeordnet sein, an welchen der fünfte Abschnitt und der dritte Abschnitt und/oder der sechste Ab schnitt und der erste Abschnitt konzentrisch zueinander verlaufen.
Die Durchgangsöffnungen können ferner an Stellen angeordnet sein, die mittig zwischen jeweiligen Gruppen von vier der Ausnehmungen, von denen eine erste Ausnehmung und eine zweite Ausnehmung an einer ersten Radialposition liegen, eine dritte Ausnehmung und eine vierte Ausnehmung an einer zweiten Radialposi tion liegen, die erste Ausnehmung und die dritte Ausnehmung an ersten Position in Umfangsrichtung und die zweite und die vierte Ausnehmung an einer zweiten Position in Umfangsrichtung liegen.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist der Körper der Isolationsvorrichtung einen bo genförmigen, insbesondere kreisbogenförmigen, Verlauf auf. Dabei kann sich ein jeweiliger Abschnitt der Isolationsanordnung in axialer Richtung und in Umfangs richtung erstrecken.
Bei der Isolationsvorrichtung ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Ausnehmungen auf einem ersten Kreisbogen, der konzentrisch zum ersten Abschnitt der Isolationsanordnung verläuft, angeordnet ist. Dadurch können die an unterschiedlichen Radialpositionen des Stators aus dem Statorkern herausra gende Anschlüsse der Statorwicklung durch die Ausnehmung herausgeführt wer den. Weiter kann vorgesehen sein, dass ein Teil der Ausnehmungen auf einem zweiten Kreisbogen, der konzentrisch zum und beabstandet vom ersten Kreisbogen ver läuft, angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Durchführung von an zwei unterschiedli chen Radialpositionen angeordneten Anschlüssen durch die Ausnehmung. Insbe sondere befinden sich an wenigstens einer Winkelposition der Kreisbögen jeweils zwei Ausnehmungen. Dies ermöglicht es, radial innen und radial außen angeord nete Anschlüsse desselben Strangs an der Winkelposition durch ein Anschlus selement elektrisch zu verbinden. In besonders bevorzugter Ausgestaltung sind je weils zwei auf beiden Kreisbögen liegende Ausnehmungen an drei unterschiedli chen Winkelposition der Kreisbögen vorgesehen.
Außerdem kann bei der Isolationsvorrichtung vorgesehen sein, dass eine jeweilige Ausnehmung einen Rand mit einem in die Ausnehmung gerichteten Vorsprung aufweist. Durch den Vorsprung kann eine Position mehrerer durch eine Ausneh mung durchgeführter Endabschnitte festgelegt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung der Isolationsvorrichtung ist vorgesehen, dass für ein jeweiliges Anschlusselement auf der zweiten Seite des Körpers ein Aufnahme platz ausgebildet ist, der dazu eingerichtet ist, eine Bewegung des Anschlussele ments bezüglich der zweiten Seite in einem im Aufnahmeplatz aufgenommenen Zustand zu hemmen. Insbesondere weist der Aufnahmeplatz einen oder mehrere Vorsprünge zum Hemmen einer Drehbewegung des Anschlusselements um eine senkrecht zur zweiten Seite stehende Drehachse auf. Alternativ oder zusätzlich weist der Aufnahmeplatz einen Vorsprung zum Hemmen einer Translationsbewe gung des Anschlusselements entlang der zweiten Seite auf. Das Anschlussele ment kann so auf der zweiten Seite des Körpers sicher positioniert werden.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Körper eine weitere Ausnehmung, in welcher ein am Wickelkopf angeordneter Sensor des Stators aufnehmbar ist, auf weist. Dadurch kann der Sensor, beispielsweise ein Temperatursensor zur Ermitt lung einer Temperatur des Wickelkopfs, sicher positioniert werden. In bevorzugter Weiterbildung ist entlang einer Randkontur der Ausnehmung auf der zweiten Seite ein Vorsprung zur Führung des Sensors ausgebildet. Der Vorsprung erlaubt eine zusätzliche Abstützung des Sensors.
Es ist bei dem erfindungsgemäßen Stator ferner bevorzugt, dass einer der Endab schnitte, insbesondere der den Anschluss ausbildende Endabschnitt, einer jeweili gen Teilwicklung in Axialrichtung länger als der andere der Endabschnitte der je weiligen Teilwicklung ist. Dadurch können beispielsweise die Sternpunktverbin dungen und die Anschlüsse für die Stränge in unterschiedlichen axialen Ebenen angeordnet werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine elektri sche Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs, aufweisend einen erfindungsge mäßen Stator und einen drehbar innerhalb des Stators gelagerten Rotor.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist vorzugsweise dazu eingerichtet, ein Fahrzeug anzutreiben. Sie kann insofern dazu eingerichtet sein, einen Teil ei nes Antriebsstrangs des Fahrzeugs auszubilden. Die elektrische Maschine ist vor zugsweise als, insbesondere permanenterregte, Synchronmaschine ausgebildet. Alternativ kann die elektrische Maschine als Asynchronmaschine ausgebildet sein.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Fahr zeug, aufweisend eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, die zum Antrei ben des Fahrzeugs eingerichtet ist. Das Fahrzeug kann ein batterieelektrisches Fahrzeug und/oder ein Flybridfahrzeug sein.
In einem Ausführungsbeispiel können insbesondere zwei erste Endabschnitte ei nes Stranges, welche an derselben Stirnseite des Stators herausragen und an ei ner inneren und einer äußeren Radialposition der jeweils selben Winkelposition angeordnet sein. Die Endabschnitte können somit einfach in Radialrichtung ver bunden werden. Sie können ein Anschlusspaar bilden. In einem Ausführungsbeispiel können insbesondere zwei erste Endabschnitte ei nes Stranges, welche an derselben Stirnseite des Stators herausragen und an ei ner innersten und einer äußersten Radialposition der jeweils selben Winkelposition angeordnet sein. Die Endabschnitte können somit einfach in Radialrichtung ver bunden werden. Sie können ein Anschlusspaar bilden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel können zwei weitere erste Endabschnitte benachbart zu den zwei ersten Endabschnitten angeordnet sein. Es können somit zwei solcher Anschlusspaare benachbart angeordnet und zu einem gemeinsamen Anschluss verbunden sein. Somit können zum Beispiel vier Teilwicklungen, die ei nen Strang ausbilden einfach angeschlossen werden, zum Beispiel an einen Wechselrichter.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeich nungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungs gemäßen Stators;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Statorkerns und der Statorwicklung;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Statorkern und die Statorwicklung;
Fig. 4 eine seitliche Detailansicht des Statorkerns und der Statorwicklung;
Fig. 5 eine geschnittene Detailansicht des Statorkerns und der Statorwicklung;
Fig. 6 eine perspektivische Detailansicht des Statorkerns mit der Statorwicklung und zwei Sternpunktverbindungen; Fig. 7 eine seitliche Detailansicht des Statorkerns und der Statorwicklung mit ei ner der Sternpunktverbindungen;
Fig. 8 eine geschnittene Detailansicht des Statorkerns mit der Statorwicklung und den Sternpunktverbindungen;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht der Isolationsvorrichtung;
Fig. 10 eine Draufsicht auf die erste Seite der Isolationsvorrichtung;
Fig. 11 eine Draufsicht auf die zweite Seite der Isolationsvorrichtung;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht der Isolationsvorrichtung in einem an der Statorwicklung angeordneten Zustand;
Fig. 13 eine geschnittene Detailansicht des Ausführungsbeispiels des Stators; und
Fig. 14 eine Prinzipskizze eines Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel der er findungsgemäßen elektrischen Maschine.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stators 1.
Der Stator weist einen Statorkern 2 mit einer ersten Stirnseite 3 und einer zweiten
Stirnseite 4 sowie eine Statorwicklung 5 auf.
Fig. 2 bis Fig. 5 zeigen den Statorkern 2 und die Statorwicklung 5, wobei Fig. 2 eine perspektivische Darstellung ist, Fig. 3 eine Draufsicht ist, Fig. 4 eine seitliche Detailansicht ist und Fig. 5 eine geschnittene Detailansicht ist.
Der Statorkern 2 ist im exemplarisch aus einem Blechpaket mit einer Vielzahl von axial geschichteten Einzelblechen gebildet. In axialer Richtung durchsetzt eine Vielzahl von in Umfangsrichtung des Stators 1 aufeinanderfolgend angeordneten Nuten 6, vorliegend beispielhaft 48 Stück, den Statorkern 2.
Die Statorwicklung 5 weist mehrere Teilwicklungen auf und bildet eine vorgege bene Anzahl von Strängen, vorliegend exemplarisch drei Stränge, aus. Jede Teil wicklung umfasst mehrere Formleiter 7 (siehe Fig. 5), die sich entlang einer Axial richtung an vorgegebenen Winkelpositionen in Umfangrichtung durch den Stator kern 2 erstrecken, und mehrere Verbinder 8a, 8b, welche die Formleiter 7 an den Stirnseiten 3, 4 verbinden und an der ersten Stirnseite 3 einen sich innerhalb eines Radialbereichs 9 (siehe Fig. 3) erstreckenden Wickelkopf 10 ausbilden.
Jede Teilwicklung weist ferner einen ersten Endabschnitt 11 a, 11 b, 11 c, 11 d auf, der ein freies Ende der Teilwicklung umfasst, an der ersten Stirnseite 3 aus dem Statorkern 2 herausragt und vom Radialbereich 9 wegweisend verläuft, sodass sich der erste Endabschnitt 11a bis 11 d entlang des Wickelkopfs 10 erstreckt. Da bei erstreckt sich der erste Endabschnitt 11a bis 11d an einer der vorgegebenen Winkelposition aus dem Statorkern 2 heraus und an der vorgegebenen Winkelpo sition in der Axialrichtung.
Jede Teilwicklung weist ferner einen zweiten Endabschnitt 12a, 12b, 12b, 12d auf, der ein freies Ende der Teilwicklung umfasst, an der ersten Stirnseite 3 aus dem Statorkern 2 herausragt und vom Radialbereich wegweisend verläuft, sodass sich der zweite Endabschnitt 12a bis 12d entlang des Wickelkopfs 10 erstreckt. Dabei erstreckt sich der zweite Endabschnitt 12a bis 12d an einer der vorgegebenen Winkelpositionen aus dem Statorkern 2 heraus und an der vorgegebenen Winkel position in der Axialrichtung.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind exemplarisch zwölf Teilwicklungen vor gesehen. Je vier Teilwicklungen bilden dabei einen Strang aus. Die ersten Endab schnitte 11a bis 11 d einer jeweiligen Teilwicklung bilden einen Anschluss der Teil wicklung aus, der beispielsweise mit einem Wechselrichter verbindbar ist. Der zweite Endabschnitt 12a bis 12d bildet einen Sternpunktanschluss der Teilwick lung aus.
Die ersten Endabschnitte 11 a, 11 b und die zweiten Endabschnitte 12a, 12b erstre cken sich dabei radial außen entlang des Wickelkopfs 10 bzw. des Radialbereichs 9. Die ersten Endabschnitte 11 c, 11 d und die zweiten Endabschnitte 12c, 12d er strecken sich radial innen entlang des Wickelkopfs 10 bzw. des Radialbereichs 9. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel nehmen die zweiten Endabschnitte 12a bis 12d einen größeren radialen Abstand zum Wickelkopf 10 ein als die ersten Endab schnitte 11a bis 11 d.
Wie Fig. 4 und Fig. 5 im Detail zu entnehmen ist, weist jeder Endabschnitt 11a bis 11 d, 12a bis 12d eine an der Radialpositionen des Formleiters vorgesehene, vom Radialbereich 9 wegweisende erste Biegung 13a sowie eine axial weiter vom Statorkern 2 beabstandete zweite Biegung 13b, die zum Radialbereich 9 hinweist auf. Dadurch erstreckt sich der Endabschnitt 11a bis 11 d, 12a bis 12d jenseits der zweiten Biegung 13b parallel verschoben zum Formleiter 7. Zwischen der ersten Biegung 13a und der zweiten Biegung 13b verläuft der Endabschnitt 11 a bis 11 d,
12a bis 12d gerade in einer Radialrichtung und der Axialrichtung. Jenseits der zweiten Biegung 13b verläuft der Endabschnitt 11 a bis 11 d, 12a bis 12d entlang der Axialrichtung. Zwischen dem Statorkern 2 und der ersten Biegung 13a verläuft der Endabschnitt 11 a bis 11 d, 12a bis 12d an der vorgegebenen Winkelposition ausschließlich entlang der Axialrichtung.
Bei einer ersten Anordnung von Teilwicklungen, die vorliegend drei der Teilwick lungen umfasst, erstrecken sich die den Sternpunktanschluss ausbildenden zwei ten Endabschnitte 12a, 12b auf der radial äußeren Seite des Radialbereichs 9 ent lang des Wickelkopfs 10. Bei einer zweiten Anordnung von Teilwicklungen, welche vorliegend die drei übrigen Teilwicklungen umfasst, erstrecken sich die den Stern punktanschluss ausbildenden zweiten Endabschnitte 12c, 12d auf der radial äuße ren Seite des Radialbereichs 9 entlang des Wickelkopfs 10. Fig. 6 bis Fig. 8 zeigen den Statorkern 2, die Statorwicklung 5 und zwei Stern punktanschlüsse 14a, 14b des Stators 1 , wobei Fig. 6 eine perspektivische De tailansicht ist, Fig. 7 eine seitliche Detailansicht ist und Fig. 8 eine geschnittene Detailansicht ist.
Für jede der zwei Anordnungen ist eine Sternpunktverbindung 14a, 14b vorgese hen, sodass der Stator 1 zwei Sternpunkte aufweist. Jede Sternpunktverbindung 14a, 14b verbindet die zweiten Endabschnitte 12a bis 12d einer der Anordnungen. Dabei verbindet die erste Sternpunktverbindung 14a die zweiten Endabschnitte 12a, 12b der ersten Anordnung, welche sich auf der radial äußeren Seite des Ra dialbereichs 9 entlang des Wickelkopfs 10 erstrecken. Die zweite Sternpunktver bindung 14b verbindet die zweiten Endabschnitte 12b, 12c der zweiten Anord nung, welche sich auf der radial inneren Seite des Radialbereichs 9 entlang des Wickelkopfs 10 erstrecken.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jede Sternpunktverbindung 14a, 14b durch eine bogenförmige Stromschiene ausgebildet. Die Sternpunktverbindung 14a, 14b ist radial an den durch sie verbundenen zweiten Endabschnitten 12a bis 12d angebracht und an diesen stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, befestigt.
In den Fig. 1 bis Fig. 5 ist ferner gezeigt, dass die den Anschluss ausbildenden ersten Endabschnitte 11 a bis 11 d der einen jeweiligen Strang ausbildenden T eil- wicklungen in mehreren, hier zwei, unmittelbar benachbarten Nuten 6 angeordnet sind. Fig. 5 zeigt, dass die Formleiter 7 in mehreren, hier exemplarisch sechs, ra dialen Schichten 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f einer jeweiligen Nut 6 aufgenommen sind. Dabei schließen sich die ersten Endabschnitte 11a, 11b an die in der radial äußersten Schicht 15a angeordneten Formleiter 7 an und die ersten Endab schnitte 11c, 11d an die in der radial innersten Schicht 15f angeordneten Formlei ter 7 an. Wie besonders gut in Fig. 3 erkennbar ist, sind die vier Anschlüsse für ei nen jeweiligen Strang so an zwei Radialpositionen und zwei Winkelpositionen in Umfangsrichtung angeordnet. Fig.1 zeigt ferner eine Anschlussanordnung 16 des Stators 1 , die eine der Anzahl der Stränge entsprechende Anzahl von Anschlusselementen 17a, 17b, 17c auf weist. Ein jeweiliges Anschlusselement 17a, 17b, 17c verbindet die den Anschluss ausbildenden ersten Endabschnitte 11 a bis 11d der Teilwicklungen eines der Stränge miteinander. Jedes Anschlusselement 17a, 17b, 17c ist einstückig ausge bildet und kontaktiert alle ersten Endabschnitte 11 a bis 11 d der Teilwicklungen des Strangs.
In Fig. 1 , Fig. 5 und Fig. 8 ist ferner zu sehen, dass die Formleiter 7 aus geboge nen Metallstäben, vorzugsweise aus Kupfer, gebildet sind. Die Formleiter 7 erstre cken sich innerhalb der Nuten 6 von der ersten Stirnseite 3 zur zweiten Stirnseite 4. Eine solche Statorwicklung kann auch als Flaarnadelwicklung (engl hair pin winding) bezeichnet werden. Die Endabschnitte 11 a bis 11 d, 12a bis 12d sind ein stückig mit jeweils einem Formleiter 7 einer Teilwicklung ausgebildet. Die übrigen Formleiter 7 der Teilwicklungen sind paarweise an der ersten Stirnseite 3 durch die einstückig mit ihnen ausgebildete Verbinder 8a verbunden. An der zweiten Stirnseite 4 sind Paare von Formleitern 7, die nicht an der ersten Stirnseite 3 durch die Verbinder 8a verbunden sind, durch Verbinder 8b verbunden.
In Fig. 1 ist ferner eine Isolationsvorrichtung 18 des Stators 1 gezeigt, welche zur elektrischen Isolation des Wickelkopfs 10 gegenüber den Anschlusselementen 17a, 17b, 17c eingerichtet.
Fig. 9 ist eine perspektivische Darstellung der Isolationsvorrichtung 18.
Die Isolationsvorrichtung 18 weist einen plattenförmigen Körper 20 auf. Eine erste Seite 21 des Körpers 20 ist dazu eingerichtet, sich in Umfangsrichtung zumindest zum Teil über ein axiales Ende des Wickelkopfs 10 zu erstrecken. Eine zweite Seite 22 des Körpers 20 ist der ersten Seite 21 gegenüberliegend angeordnet. An der zweiten Seite 22 sind die Anschlusselemente 17a, 17b, 17c anordenbar. Außerdem weist der Körper 20 mehrere Ausnehmungen 23a, 23b auf, die sich von der ersten Seite 21 zur zweiten Seite 22 erstrecken. Durch die Ausnehmungen 23a, 23b sind die durch die ersten Endabschnitte 11 a bis 11 d ausgebildeten An schlüsse von der ersten Seite her durchführbar, um auf der zweiten Seite 22 elektrisch leitfähig mit einem der Anschlusselemente 17a, 17b, 17c verbunden zu werden. Dabei liegen die Ausnehmungen 23a auf einem ersten Kreisbogen und die Ausnehmungen 23b auf einem zweiten Kreisbogen, der konzentrisch zum ers ten Kreisbogen angeordnet ist und radial weiter innen liegt als der erste Kreisbo gen. Dadurch sind die radial äußeren ersten Endabschnitte 11a, 11 b durch die ra dial äußeren Ausnehmungen 23a und die radial inneren ersten Endabschnitte 11 c, 11 d durch die radial inneren Ausnehmungen 23b durchführbar.
Fig. 10 und Fig. 11 zeigen die Isolationsvorrichtung 18, wobei Fig. 10 eine Drauf sicht auf die erste Seite 21 ist und Fig. 11 eine Draufsicht auf die zweite Seite 22 ist.
Die Isolationsvorrichtung 18 weist ferner ein Isolationsanordnung 24 auf. Die Isola tionsanordnung 24 umfasst ein ersten Abschnitt 25a, der sich von der ersten Seite 21 aus in eine von der zweiten Seite 22 wegweisende Richtung erstreckt. Der erste Abschnitt 25a umgibt den Wickelkopf 10 entlang seines Umfangs an der ra dial inneren Seite des Wickelkopfs 10.
Außerdem weist die Isolationsanordnung 24 einen zweiten Abschnitt 25b auf, der sich ebenfalls von der ersten Seite 21 des Körpers 20 aus in die von der zweiten Seite 22 wegweisende Richtung erstreckt. Der zweite Abschnitt 25b umgibt die an der radial inneren Seite des Wickelkopfs 10 angeordnete zweite Sternpunktverbin dung 14b auf der dem Wickelkopf 10 abgewandten Seite der zweiten Sternpunkt verbindung 14b, sodass der erste Abschnitt 25a und der zweite Abschnitt 25b die zweite Sternpunktverbindung 14b beidseitig umgeben. Die Isolationsanordnung 24 weist ferner einen dritten Abschnitt 25c auf, der sich von der ersten Seite 21 des Körpers 20 aus in die von der zweiten Seite 22 weg weisende Richtung erstreckt. Der dritte Abschnitt 25c umgibt den Wickelkopf 10 entlang seines Umfangs an der äußeren radialen Seite des Wickelkopfs 10.
Daneben weist die Isolationsanordnung einen vierten Abschnitt 25d auf, der sich von der ersten Seite 21 des Körpers 20 aus in die von der zweiten Seite 22 des Körpers 20 wegweisende Richtung erstreckt. Der vierte Abschnitt 25d umgibt die an der radial äußeren Seite des Wickelkopfs 10 angeordnete erste Sternpunktver- bindung 14a auf der dem Wickelkopf 10 abgewandten Seite der ersten Stern punktverbindung 14a, sodass der dritte Abschnitt 25c und der vierte Abschnitt 25d die erste Sternpunktverbindung 14a beidseitig umgeben.
Daneben sind ein fünfter Abschnitt 25e und ein sechster Abschnitt 25f vorgese hen, die nicht die Sternpunktverbindungen 14a, 14b umgeben und sich auf dem selben Kreisbogen wie erste Abschnitt 25a bzw. der dritte Abschnitt 25c erstre cken. Der fünfte Abschnitt 25e und der sechste Abschnitt 25f dienen neben der Isolation des Wickelkopfs 10 gegenüber dessen radial Inneren und Äußeren der mechanisch stabilen Anordnung der Isolationsvorrichtung 18 am Wickelkopf 10.
Die Abschnitte 25a bis 25f der Isolationsanordnung 24 erstrecken sich konzent risch zueinander und sind kreisbogenförmig ausgebildet. Im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel stehen sie senkrecht auf dem Körper 20.
Der erste Abschnitt 25a und der zweite Abschnitt 25b sowie der sechste Abschnitt 25f sind an einem ersten Ende 29a des Körpers 20 angeordnet. Der dritte Ab schnitt 25c, der vierte Abschnitt 25d sowie der fünfte Abschnitt 25e sind an einem dem ersten Ende 29a entgegensetzten zweiten Ende 29b des Körpers 20 ange ordnet. Wie Fig. 10 und Fig. 11 ferner zu entnehmen ist, weist jede Ausnehmung 23a, 23b einen Rand 30 mit einem in die Ausnehmung 23a, 23b gerichteten Vorsprung 31 auf.
Darüber hinaus weist der Körper 20 drei Durchgangsöffnungen 32a auf, die in Be reichen angeordnet sind, in denen sich der erste Abschnitt 25a und der zweite Ab schnitt 25b konzentrisch zueinander erstrecken. Außerdem sind drei Durchgangs öffnungen 32b in Bereichen des Körpers 20 vorgesehen, in denen sich der dritte Abschnitt 25c und der vierte Abschnitt 25d konzentrisch zueinander erstrecken.
Weitere Durchgangsöffnungen 32c sind mittig vorgesehen zwischen jeweiligen Gruppen von vier der Ausnehmungen 23a, 23b, von denen eine erste Ausneh mung 23a und eine zweite Ausnehmung 23a an einer ersten Radialposition liegen, eine dritte Ausnehmung 23b und eine vierte Ausnehmung 23b an einer zweiten Radialposition liegen, die erste Ausnehmung 23a und die dritte Ausnehmung 23b an einer ersten Winkelposition in Umfangsrichtung und die zweite 23a und die vierte Ausnehmung 23b an einer zweiten Winkelposition in Umfangsrichtung lie gen. Außerdem sind Durchgangsöffnungen 32d in den Bereichen vorgesehen, in denen der erste Abschnitt 25a und der sechste Abschnitt 25f sowie der dritte Ab schnitt 25c und der fünfte Abschnitt 25e der Isolationsanordnung 24 konzentrisch zueinander verlaufen.
Daneben weist der Körper 20 eine weitere Ausnehmung 33a auf, in welcher ein am Wickelkopf 10 angeordneter Sensor 19 des Stators 1 (siehe Fig. 1 ) aufnehm- bar ist. Entlang einer Randkontur der Ausnehmung 33a ist auf der zweiten Seite 22 ein Vorsprung 33b (siehe Fig. 9) zur Führung des Sensors 13 ausgebildet.
Darüber hinaus ist bei der Isolationsvorrichtung 18 für ein jeweiliges Anschlussele ment 17a, 17b, 17c auf der zweiten Seite 22 des Körpers 20 ein Aufnahmeplatz 34a, 34b, 34c ausgebildet. Jeder Aufnahmeplatz 34a, 34b, 34c ist dazu ausgebil det, eine Bewegung des Anschlusselements 17a, 17b, 17c bezüglich der zweiten Seite 22 in einem im Aufnahmeplatz 34a, 34b, 34c aufgenommen Zustand zu he ben. Dabei weist jeder Aufnahmeplatz 34a, 34b, 34c zwei Vorsprünge 35a, 35b zum Hemmen einer Drehbewegung des Anschlusselements 17a, 17b, 17c um eine senkrecht zur zweiten Seite 22 stehende Drehachse auf. Zusätzlich ist bei je dem Aufnahmeplatz 34a, 34b, 34c ein Vorsprung 35b zum Hemmen einer Trans lationsbewegung des Anschlusselements 17a, 17b, 17c entlang der zweiten Seite 22 vorgesehen.
Die Isolationsvorrichtung 2 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, bei spielsweise einem Kunststoff, gebildet.
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht der Isolationsvorrichtung 18 in einem an der Statorwicklungen 5 angeordneten Zustand.
Repräsentativ für die übrigen Anschlusselemente 17a, 17c ist hier das Anschlus selement 17b im Aufnahmeplatz 34b aufgenommen und wird durch die Vor sprünge 35a, 35b an den Dreh- und Translationsbewegungen gehindert. Dazu ragt der Vorsprung 35b in eine gegengleiche Ausnehmung des Anschlussele ments 17b. Die ersten Endabschnitte 11a bis 11 d durchsetzen die Ausnehmungen 23a, 23b, wobei jede Ausnehmung 23a, 23b ein Paar von in Umfangsrichtung be nachbarten Endabschnitten 11a bis 11 d, die sich an derselben Radialpositionen befinden, aufnimmt. Die Vorsprünge 31 , von den einer in Fig. 12 verdeckt ist, hal ten die Endabschnitte 11a bis 11 d in ihrer vorgesehenen Position. Zu sehen ist auch wie der zweite Abschnitt 25b der Isolationsanordnung 24 die zweite Stern punktverbindung 14b radial innen umgibt.
Fig. 13 ist eine geschnittene Detailansicht des Stators 1 , in der zu erkennen ist, dass die Isolationsvorrichtung 18 mit ihrer ersten Seite 21 auf dem axialen Ende des Wickelkopfs 10 aufliegt. Zu sehen ist ferner der Sensor 19, der mittels des Vorsprungs 33b derart geführt wird, dass er eine Temperatur des Wickelkopfs 10 erfassen kann. Fig. 14 ist eine Prinzipskizze eines Fahrzeugs 100 mit einem Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine 101.
Die elektrische Maschine 101 ist zum Antreiben des Fahrzeugs 100 eingerichtet und weist einen Stator 1 gemäß dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie einen drehbar innerhalb des Stators 1 gelagerten Rotor 102 auf. Die elektri sche Maschine 101 ist exemplarisch als Asynchronmaschine oder als permanent erregte Synchronmaschine ausgebildet. Die elektrische Maschine 101 bildet ein Teil eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs 100 aus. Das Fahrzeug 100 kann ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) oder ein Flybridfahrzeug sein.
In einem Ausführungsbeispiel können insbesondere zwei erste Endabschnitte 11 a-d eines Stranges, welche an derselben Stirnseite 3,4 des Stators 1 herausra gen und an einer inneren und einer äußeren Radialposition der jeweils selben Winkelposition angeordnet sein. Die Endabschnitte 11 a-d können somit einfach in Radialrichtung verbunden werden. Sie können ein Anschlusspaar bilden.
In einem Ausführungsbeispiel können insbesondere zwei erste Endabschnitte 11 a-d eines Stranges, welche an derselben Stirnseite 3,4 des Stators 1 herausra gen und an einer innersten und einer äußersten Radialposition der jeweils selben Winkelposition angeordnet sein. Die Endabschnitte 11 a-d können somit einfach in Radialrichtung verbunden werden. Sie können ein Anschlusspaar bilden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel können zwei weitere erste Endabschnitte 11 a-d benachbart zu den zwei ersten Endabschnitten 11 a-d angeordnet sein. Es können somit zwei solcher Anschlusspaare benachbart angeordnet und zu einem gemeinsamen Anschluss verbunden sein. Somit können zum Beispiel vier Teil wicklungen, die einen Strang ausbilden einfach angeschlossen werden, zum Bei spiel an einen Wechselrichter.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Stator (1 ) für eine elektrische Maschine (101 ), aufweisend einen Statorkern (2) mit einer ersten Stirnseite (3) und einer zweiten Stirnseite (4) und eine Stator wicklung (5), die mehrere Teilwicklungen aufweist und eine Anzahl von Strängen ausbildet, wobei jede Teilwicklung
- mehrere Formleiter (7), die sich entlang einer Axialrichtung an vorgegebe nen Winkelpositionen in Umfangrichtung durch den Statorkern (2) erstrecken,
- einen ersten Endabschnitt (11a-d), der ein freies Ende der Teilwicklung um fasst, an der ersten Stirnseite (3) aus dem Statorkern (2) herausragt und
- einen zweiten Endabschnitt (12a-d) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endabschnitt (11 a-d) an einer der vorgegebenen Winkelpositionen aus dem Statorkern (2) herausragt und sich an der vorgegebenen Winkelposition in der Axialrichtung erstreckt.
2. Stator nach Anspruch 1 , wobei der zweite Endabschnitt (12a-d) einer jeweiligen Teilwicklung ein freies Ende der Teilwicklung umfasst und an der ersten Stirnseite (3) oder zweiten Stirnseite (4) aus dem Statorkern (2) herausragt.
3. Stator nach Anspruch 2, wobei der zweite Endabschnitt (12a-d) einer jeweiligen Teilwicklung an der Stirnseite (3, 4) an einer der vorgegebenen Winkelpositionen aus dem Statorkern (2) herausragt und sich an der Winkelposition in der Axialrichtung erstreckt.
4. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend mehrere Verbinder (8a, 8b), welche die Formleiter (7) an den Stirnseiten (3, 4) ver binden und an der ersten Stirnseite (8a) einen Wickelkopf (10), der sich innerhalb eines Radialbereichs (9) erstreckt, ausbilden.
5. Stator nach Anspruch 4, wobei
- der erste Endabschnitt (11 a-d) einer jeweiligen Teilwicklung vom Radialbe reich (9) wegweisend verläuft, sodass sich der erste Endabschnitt (11 a-d) entlang des Wickelkopfs (10) erstreckt, und/oder
- der zweite Endabschnitt einer jeweiligen Wicklung vom Radialbereich (9) wegweisend verläuft, sodass sich der zweite Endabschnitt (12a-d) entlang des Wi ckelkopfs (10) erstreckt, und/oder
- der zweite Endabschnitt (12a-d) einen größeren radialen Abstand zum Wi ckelkopf (10) annimmt als der erste Endabschnitt (1 1a-d).
6. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Endabschnitt (11 a-d) und/oder der zweite Endabschnitt (12a-d) mit je weils einem Formleiter (7) einstückig verbunden und an der jeweiligen vorgegebe nen Winkelposition in Radialrichtung parallelverschoben in Bezug auf den Formlei ter (7) ausgebildet ist oder sind.
7. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine jeweilige Teilwicklung einen Anschluss und einen Sternpunktanschluss auf weist und der erste Endabschnitt (11 a-d) den Anschluss ausbildet und der zweite Endabschnitt den Sternpunktanschluss (12a-d) ausbildet oder der erste Endabschnitt (11 a-d) den Sternpunktanschluss ausbildet und der zweite Endabschnitt (12a-d) den Anschluss ausbildet.
8. Stator nach Anspruch 7, wenn abhängig von Anspruch 4, wobei ein Teil der Teilwicklungen eine Anordnung ausbildet und sich die den Sternpunkt anschluss ausbildenden Endabschnitte (12a, 12b) der Teilwicklungen der Anord nung auf einer radialen Seite des Radialbereiches (9) entlang des Wickelkopfs (10) erstrecken.
9. Stator nach Anspruch 8, wobei ein Teil der Teilwicklungen eine zweite Anordnung ausbildet und sich die den Sternpunktanschluss ausbildenden Endabschnitte (12c, 12d) der Teilwicklungen der zweiten Anordnung auf der anderen radialen Seite des Radialbereiches (9) entlang des Wickelkopfs (10) erstrecken und/oder für die oder eine jeweilige An ordnung eine Sternpunktverbindung (14a, 14b), durch welche die den Sternpunkt anschluss ausbildenden Endabschnitte (12a-d) der Anordnung miteinander ver bunden sind, wobei die Sternpunktverbindung (14a, 14b) insbesondere als bogen förmige Stromschiene ausgebildet ist.
10. Stator nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei im Statorkern (2) eine Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Nuten (6) ausgebildet ist, in welchen die Formleiter (7) aufgenommen sind, wobei
- die den Anschluss ausbildenden Endabschnitte (11a-d) der Teilwicklungen eines jeweiligen Strangs aus derselben Nut (6) oder aus mehreren unmittelbar be nachbarten Nuten (6) herausragen und/oder
- die Formleiter (7) in einer vorgegebenen Anzahl radial angeordneter Schichten (15a-f) einer jeweiligen Nut (6) im Statorkern (2) aufgenommen sind, wobei sich die den Anschluss ausbildenden Endabschnitte (11 a-d) der Teilwick lungen eines jeweiligen Strangs an Formleiter (7) anschließen, die in einer radial innersten der Schichten (15a) und/oder in einer radial äußersten der Schichten (15f) angeordnet sind.
11 . Stator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, ferner aufweisend eine Anschlussanordnung (16), welche eine der Anzahl der Stränge entspre chende Anzahl von Anschlusselementen (17a-c) aufweist, wobei ein jeweiliges Anschlusselement (17a-c) die den Anschluss ausbildenden Endabschnitte (11 a-d) der Teilwicklungen eines der Stränge miteinander verbindet.
12. Stator nach Anspruch 11 , ferner aufweisend eine Isolationsvorrichtung (18), welche zur elektrischen Isolation des Wickelkopfs (10) gegenüber den Anschlusselementen (17a-c) eingerichtet ist.
13. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einer der Endabschnitte (11 a-d), insbesondere der den Anschluss ausbildende Endabschnitt, einer jeweiligen Teilwicklung in Axialrichtung länger als der andere der Endabschnitte (12a-d) der jeweiligen Teilwicklung ist.
14. Stator nach Anspruch 7, wobei die zwei ersten Endabschnitte (11a-d) eines Stranges, welche an derselben Stirn seite (3,4) des Stators (1) herausragen, an der inneren und an der äußeren Radialposition der jeweils selben Winkelposi- tion angeordnet sind.
15. Stator nach Anspruch 7, wobei die zwei ersten Endabschnitte (11a-d) eines Stranges, welche an derselben Stirn seite (3,4) des Stators (1) herausragen an der innersten und an der äußersten Radialposition der jeweils selben Winkelpo sition angeordnet sind.
16. Stator nach Anspruch 14 oder 15, wobei zwei weitere erste Endabschnitte (11a-d) benachbart zu den zwei ersten Endab- schnitten (11 a-d) angeordnet sind.
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