EP4581724A1

EP4581724A1 - Stator und kit-of-parts

Info

Publication number: EP4581724A1
Application number: EP23754133.9A
Authority: EP
Inventors: Stephan Penner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-08-29
Filing date: 2023-08-03
Publication date: 2025-07-09
Also published as: WO2024046522A1; KR20250048325A; DE102022121743A1; CN119731909A; US20260081495A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1 ) für eine elektrische Maschine (2), insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), wobei der Stator (1 ) zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen (5) aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen (5) jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator (1 ) verlaufende Statornut (6) mit zwei Nutseitenwänden (15) und einem Nutgrund (16) definieren, in welche eine bestrombare Wicklung (7) umfassend eine Mehrzahl von Leitern (8) eingelegt ist, wobei die Leiter (8) zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten (6) angeordnete Leiterabschnitte (9a, 9b) aufweisen, welche im Querschnitt eine von der Kreisform abweichende Kontur aufweisen, und welche an einer Stirnseite (14) des Stators (1 ) mit jeweils zwei freien Leiterenden (10) unter Ausbildung eines Wickelkopfes (11 ) aus dem Stator (1 ) austreten, wobei die Statornuten (6) von einem Kühlfluid (12) durchströmbar sind, wobei in einer Statornut (6) wenigstens einer von zwei in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitten (9a, 9b) entlang seiner Längserstreckung tordiert ist.

Description

Stator und Kit-of-parts

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Stator zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut mit zwei Nutseitenwänden und einem Nutgrund definieren, in welche eine bestrombare Wicklung umfassend eine Mehrzahl von Leitern eingelegt ist, wobei die Leiter zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten angeordnete Leiterabschnitte aufweisen, welche im Querschnitt eine von der Kreisform abweichende Kontur aufweisen, und welche an einer Stirnseite des Stators mit jeweils zwei freien Leiterenden unter Ausbildung eines Wickelkopfes aus dem Stator austreten, wobei die Statornuten von einem Kühlfluid durchströmbar sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Kit-of-parts.

Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.

Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegel-raddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2- Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.

Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.

Bei der Entwicklung der für E-Achsen oder Hybridmodule vorgesehenen elektrischen Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten zu steigern, so dass der hierzu notwendigen Kühlung der elektrischen Maschinen wachsende Bedeutung zukommt. Aufgrund der notwenigen Kühlleistungen haben sich in den meisten Konzepten Hydraulikflüssigkeiten, wie Kühlöle, zum Abtransport von Wärme aus den thermisch beaufschlagten Bereichen einer elektrischen Maschine durchgesetzt.

Die Mantelkühlung sowie die Wickelkopfkühlung sind beispielsweise aus dem Stand der Technik für die Realisierung einer Kühlung von elektrischen Maschinen mittels Hydraulikflüssigkeiten bekannt. Während die Mantelkühlung die entstehende Wärme an der äußeren Oberfläche des Statorblechpakets in einen Kühlkreislauf überträgt, erfolgt bei der Wickelkopfkühlung der Wärmeübergang direkt an den Leitern außerhalb des Statorblechpakets im Bereich der Wickelköpfe in das Fluid.

Weitere Verbesserungen bieten getrennt ausgeführte Kühlkanäle, welche sowohl in das Blechpaket des Stators (siehe z. B. EP3157138 A1 ) als auch in die Nut zusätzlich zu den Leitern eingebracht werden (siehe z. B. Markus Schiefer: Indirekte Wicklungskühlung von hochausgenutzten permanenterregten Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung, Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017). Es sind auch Konzepte bekannt, bei denen die Wicklungen direkt mit Hydraulikflüssigkeit umströmt werden, um die Leistungsdichte zu erhöhen. Eine verbesserte Kühlung mit direktem Kontakt von Hydraulikflüssigkeit und Leiter in der Nut ist bereits grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise DE102015013018 A1 eine Lösung für elektrische Maschinen mit Einzelzahnwicklung, wobei das Fluid direkt die Wicklungen, welche um die Zähne gewickelt sind, umströmt.

Bei elektrischen Maschinen, die einen hohlzylindrischen Stator aufweisen, also als Innenläufermaschine ausgebildet sind, und die für eine Anwendung als Traktionsantrieb eines Kraftfahrzeugs konfiguriert sind, weisen oftmals eine Statorwicklung mit einem rechteckigen Querschnitt auf, um eine hohe Leistungsdichte zu erreichen. Bei elektrischen Maschinen, welche für den Antrieb von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, werden die Statorwicklungen daher typischerweise als Wicklungen ausgebildet. Hierbei werden beispielsweise im Wesentlichen U-förmige Drahtsegmente von einer Stirnseite des Stators aus in die Statornuten eingebracht und dann an einer gegenüberliegenden Stirnseite des Stators umgeformt und beispielsweise durch Schweißen verbunden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Stator mit einer Wicklung für eine elektrische Maschine bereitzustellen, der eine verbesserte Kühlleistung und höhere Leistungen erlaubt bzw. verbesserte Wirkungsgrade aufweist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein Kit-of-parts zur Bildung einer Wcklung eines Stators zu realisieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Stator zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut mit zwei Nutseitenwänden und einem Nutgrund definieren, in welche eine bestrombare Wicklung umfassend eine Mehrzahl von Leitern eingelegt ist, wobei die Leiter zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten angeordnete Leiterabschnitte aufweisen, welche im Querschnitt eine von der Kreisform abweichende Kontur aufweisen, und welche an einer Stirnseite des Stators mit jeweils zwei freien Leiterenden unter Ausbildung eines Wickelkopfes aus dem Stator austreten, wobei die Statornuten von einem Kühlfluid durchströmbar sind, wobei in einer Statornut wenigstens einer von zwei in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitten entlang seiner Längserstreckung tordiert ist.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Leiterabschnitte in den Statornuten zentriert und/oder fixiert werden können und damit gleichzeitig eine gleichmäßige Umströmung der Leiterabschnitte zu ermöglichen. Insbesondere kann auch ein besonders günstiges Verhältnis von Strömungsquerschnitt zu elektrischem Leitungsquerschnitt in der Statornut realisiert werden. Auch hat sich die Umströmung der tordierten Leiterabschnitte als besonders gleichmäßig erwiesen. Ferner ist die Herstellung der tordierten Leiterabschnitte fertigungstechnisch besonders einfach und günstig. Auch muss der Montageprozess für die Wicklung nicht verändert werden.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist es daher, dass die Querschnitte der Leiterabschnitte nicht verändert, sondern lediglich tordiert werden müssen. Auch bedarf es keiner Anpassung der Statornutgeometrie, was die Herstellung des Stators günstig beeinflusst und es damit auch grundsätzlich möglich wäre einen bestehenden Stator mit den tordierten Leitern zu bestücken,

Unter Anwendung eines herkömmlichen, beispielsweise rechteckförmigen Drahtquerschnitts und einer im Wesentlichen U-förmigen Nutgeometrie mit den üblicherweise erforderlichen Fügespiele, können so beispielsweise Querströmungen in der Statornut durch wechselnde Verengungen gering gehalten werden. Ferner hat sich gezeigt, dass "Totwassergebiete" (vergleichbar stehendes Wasser z. B. hinter Brückenpfeilern in Fließgewässern) vermieden werden können. Auch hat sich gezeigt, dass die tordierten Leiterabschnitte eine Ansammlung von Feinabrieb in den Statornuten vermeiden können.

Der erfindungsgemäße Stator ist bevorzugt zur Verwendung in einer Radialflussmaschine ausgebildet. Ein Stator für eine Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht in der Regel aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech im Wesentlichen parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. Die Statornuten besitzen bevorzugt eine im Wesentlichen U-förmige Querschnittskontur. Höchst bevorzugt weisen die Statornuten gerade, sich in radialer Richtung erstreckende Nutwände auf.

In die Statornuten des erfindungsgemäßen Stators kann besonders bevorzugt eine Wicklung mit Leitern eingelassen sein. Eine Leiter ist insbesondere ein elektrisch leitfähiger Leiter mit zwei parallel verlaufenden Leiterabschnitten, deren Längenerstreckung wesentlich größer sind als ihre Durchmesser. Die Leiterabschnitte können grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform abseits einer Kreisform aufweisen. Bevorzugt sind rechteckige Querschnittsformen, da sich mit diesen hohe Packungs- und folglich Leistungsdichten erzielen lassen. Ganz besonders bevorzugt ist ein Leiter aus Kupfer gebildet. Bevorzugt weist ein Leiter eine Isolierung auf. Zur Isolierung der Leiter kann beispielsweise Glimmerpapier, welches aus mechanischen Gründen durch einen Glasgewebeträger verstärkt sein kann, in Bandform um eine oder mehrere Wicklungen gewickelt sein, welche mittels eines aushärtenden Harzes imprägniert sind. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine aushärtbare Lackschicht ohne ein Glimmerpapier zu verwenden, um einen Leiter zu isolieren.

Höchst bevorzugt ist die Wicklung als Hairpin-Wicklung oder Wellenwicklung ausgebildet. Es ist in diesem Zusammenhang ferner bevorzugt, dass die Leiter als Hairpin-Leiter ausgeführt sind.

Der erfindungsgemäße Stator besitzt ferner bevorzugt einen Statorkörper. Der Statorkörper kann einteilig oder mehrteilig, insbesondere segmentiert ausgebildet sein. Ein einteiliger Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass der gesamte Statorkörper umfänglich gesehen einteilig ausgebildet ist. Der Statorkörper ist dabei in der Regel aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet, wobei jedes der Elektrobleche zu einem Kreisring geschlossen ausgebildet ist. Ein segmentiert aufgebauter Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass er aus einzelnen Statorsegmentteilen aufgebaut ist. Der Statorkörper kann dabei aus einzelnen Statorzähnen oder Statorzahngruppen aufgebaut sein, wobei jeder einzelne Statorzahn oder jede einzelne Statorzahngruppe aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet sein kann, wobei jedes der Elektrobleche als Statorsegmentblechteil ausgebildet ist.

Der Statorkörper ist bevorzugt aus einem oder mehreren Statorblechpaketen gebildet. Als Statorblechpaket werden eine Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen bzw. Statorblechen verstanden, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Statorblechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können dann in dem Blechpaket beispielsweise durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten bleiben.

In dem Statorkörper sind bevorzugt die Statorzähne des Stators ausgebildet. Als Statorzähne werden Bestandteile des Statorkörpers bezeichnet, die als umfänglich beabstandete, zahnartig radial nach innen gerichtete Teile des Statorkörpers ausgebildet sind und zwischen deren freien Enden und einem Rotorkörper ein Luftspalt für das Magnetfeld gebildet ist. Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das ein im Wesentlichen kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.

Der Stator ist insbesondere für die Verwendung in einer elektrischen Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist die elektrische Maschine eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5 000 /min, besonders bevorzugt größer als 10 000 Zmin, ganz besonders bevorzugt größer als 12 500 Zmin bereitstellt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Mehrzahl, bevorzugt alle der elektrischen Leiter eine im Querschnitt im Wesentlichen rechteckige Kontur aufweisen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass auf in der Regel standardmäßig verfügbare elektrische Leiter zur Ausbildung der Statorwicklung zurückgegriffen werden kann, was hinsichtlich der Fertigungskosten des Stators besonders günstig ist.

Das Kühlfluid hat in dem erfindungsgemäßen Stator die Funktion, Wärme möglichst effizient aus sich erwärmenden Bereichen des Stators abzuführen und ein unerwünschtes Überhitzen dieser Bereiche zu vermeiden. Neben dieser Hauptaufgabe kann das Kühlfluid insbesondere auch die Schmierung und den Korrosionsschutz für bewegliche Teile und die Metalloberflächen des Kühlsystems der elektrischen Maschine bereitstellen. Außerdem kann es insbesondere auch Verunreinigungen (beispielsweise durch Abrieb), Wasser und Luft abführen. Das Kühlfluid ist bevorzugt eine Flüssigkeit. Das Kühlfluid kann insbesondere ein Öl sein. Grundsätzlich ist es allerdings auch denkbar, wässrige Kühlfluide, beispielsweise auch Emulsionen wie Wasser-Glykol-Mischungen, zu verwenden.

Das Kühlfluid des Stators kann an ein hydraulisches Kühlsystem mit einem hydraulischen Kühlkreislauf verbunden sein. Ein derartiges hydraulisches Kühlsystem dient der Abfuhr der innerhalb einer elektrischen Maschine durch elektrische Verluste erzeugten Wärme. Ein derartiges Kühlsystem kann Kühlkanäle innerhalb von Rotor (Rotorkühlkanal) und/oder Stator (Statorkühlkanal) und insbesondere auch eine Durchströmung der Statornuten aufweisen, durch die ein entsprechendes Kühlfluid zwecks Abtransports der Wärme geführt ist.

Das Kühlfluid kann insbesondere bevorzugt mittels einer Pumpe durch den hydraulischen Kreislauf gefördert werden. Es ist grundsätzlich denkbar, dass eine Mehrzahl von hydraulischen Kreisläufen zur Kühlung der elektrischen Maschine ausgebildet ist. Hierbei ist es dann höchst bevorzugt, dass die Kühlkanäle des Stators an einem hydraulischen Kühlkreislauf oder an verschiedenen Kühlkreisläufen des Kühlsystems angeschlossen sind. Insbesondere durch den Anschluss an mehrere Kühlkreisläufe ist es möglich, eine genauere Kühlung bereitstellen zu können, da beispielsweise die Temperatur des Kühlfluids bei Eintritt in die Kühlkanäle des Stators, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids oder auch die Art des Kühlfluids (Öl, Emulsion) einstellbar ist.

Die Statornuten sind bevorzugt von einem Nutverschlussmittel verschlossen, so dass das Kühlfluid nicht aus den Statornuten in den Luftspalt zwischen Rotor und Stator einlaufen kann. Besonders bevorzugt ist das Nutverschlussmittel ein Nutverschlusskeil.

Es kann vorteilhaft sein, dass die in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitte entlang ihrer Längserstreckung tordiert sind. Es ist grundsätzlich denkbar, dass jeder Leiterabschnitt in einer Statornut tordiert ist. Ferner ist auch möglich, in Radialrichtung nur jeden zweite Leiterabschnitt zu tordieren.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitte entlang ihrer Längserstreckung gleichsinnig oder gegensinnig tordiert sind, wodurch der fluidische Querschnitt innerhalb der Statornuten weiter beeinflusst werden kann. Bei einer gleichsinnigen Torsion ist es ferner bevorzugt, dass die benachbarten Leiterabschnitten mit voneinander verschiedenen Torsionswinkeln tordiert sind.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die in einer Statornut aufgenommenen Leiterabschnitte eine in radialer Richtung wirkende Federelastizität ausbilden. Es kann hierdurch erreicht werden, dass Toleranzen in radialer Richtung ausgeglichen werden können und ferner auch die Leiterabschnitte in radialer Richtung innerhalb der Statornut fixiert werden können.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass in einer Statornut aufgenommene, in radialer Richtung benachbarte Leiterabschnitte in Umfangsrichtung eine sich axial gleichphasig erstreckende Wellung aufweisen. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass die Wicklung so auch in Umfangsrichtung federkraftbewirkt in den Nuten fixierbar sind.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass in einer Statornut aufgenommenen, in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitte in Umfangsrichtung eine sich axial phasenversetzte, insbesondere gegenphasig erstreckende Wellung aufweisen.

Hierdurch lässt sich insbesondere die Wirkung erzielen, dass bei Bereitstellung einer auch in Umfangsrichtung wirkenden Federkraft eine verbesserte, weil vergleichmäßigte Kühlleistung in axialer Erstreckung der Nut realisierbar wird.

Grundsätzlich können durch die Elastizität der Wellung Toleranzen und Wärmedehnungen der Leiterabschnitte gegenüber den Statornuten ausgeglichen werden.

Durch die Torsion der Leiterabschnitte sowie deren Wellung können somit eine Art längliche Wellfedern bereitgestellt werden, deren Eigenschaften entsprechend einem gegebenen Anwendungsfall variiert werden können. Beispielsweise kann die Torsion und Wellung so konfiguriert werden, dass sich die Leiterabschnitte wechselseitig an den gegenüberliegenden Nutwänden einer Statornut abstützen. Auch können die Leiterabschnitte so ausgeführt werden, dass sich die Leiterabschnitte in radialer Richtung wechselseitig gegeneinander abstützen. Ferner ist es auch möglich, dass die Leiterabschnitte in beide Raumrichtungen jeweils spielbehaftet, spielfrei oder gezielt vorgespannt sind.

Es ist ebenfalls bevorzugt, dass sich die in einer Statornut aufgenommenen, in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitte in radialer Richtung kontaktieren. Ferner ist es durch eine geeignete Wahl der Torsion und der Wellung der Leiterabschnitte möglich, nur Punkt- und/oder Linienkontakte zwischen den Leiterabschnitten der Leiter sowie zu den Nutwänden auszubilden. Im Fall von Linienkontakten sind diese in Fließrichtung, so dass lediglich im Linienkontakt kein Fluid fließt, aber keine "Totwassergebiete" entstehen, so dass sich in Fließrichtung davor oder dahinter kein oder nur sehr begrenzt Feinabrieb ansammeln kann. Ferner schwankt dann der Durchflussquerschnitt pro Hairpinseite nur gering, was zu nur geringen Querströmungen führt und damit gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeiten, eine gleichmäßige Wärmeabführung sowie einen geringen Durchflusswiderstand begünstigt.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Wicklung eine erste Gruppe von Leitern aufweist, wobei die erste Gruppe von Leitern zwei parallel verlaufende, in unterschiedlichen Statornuten des Stators positionierte Leiterabschnitte besitzt, wobei wenigstens einer der Leiterabschnitte entlang seiner Längserstreckung tordiert ist.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass durch lediglich eine Gruppe von Leitern, eine mit Kühlfluid durchströmbare Statornut ausbilden lässt, indem die Leiter, insbesondere die Hairp-Leiter, beispielsweise abwechselnd um 180° um ihre Längsachse gedreht in die Statornuten eingesetzt werden.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die erste Gruppe von Leitern zwei parallel verlaufende, in unterschiedlichen Statornuten des Stators positionierte Leiterabschnitte besitzt, wobei beide Leiterabschnitte entlang ihrer Längserstreckung beispielsweise gegensinnig tordiert sind. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass Montagefehler beim Einstecken der Leiter in die Statornuten vermieden werden können.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Wicklung des Stators aus der ersten Gruppe von Leitern gebildet ist, was durch die hohe Gleichteiligkeit eine kostengünstige Fertigung begünstigt.

Grundsätzlich wäre es aber auch möglich, eine zweite Gruppe von Leitern vorzusehen, die eine von der ersten Gruppe von Leitern abweichende Tordierung der Leiterabschnitte aufweist, was zusätzliche Freiheitsgrade in der Gestaltung des durchström baren Querschnitts in einer Statornut schaffen kann.

Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst werden durch ein Kit-Of- Parts zur Bildung einer Wicklung eines Stators umfassend eine erste Gruppe von Leitern, wobei die erste Gruppe von Leitern zwei parallel verlaufende, in unterschiedliche Statornuten des Stators positionierbare Leiterabschnitte aufweist, wobei wenigstens einer der Leiterabschnitte entlang seiner Längserstreckung tordiert ist. Das Kit-of-parts kann beispielsweise eine Verpackungseinheit sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.

Es zeigt:

Figur 1 eine elektrische Radialflussmaschine in einer Querschnittsdarstellung,

Figur 2 eine elektrische Radialflussmaschine in einer Axialschnittansicht,

Figur 3 eine Axialschnittansicht durch eine Statornut mit tordierten Leiterabschnitten der Leiter,

Figur 4 eine Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform von Leiterabschnitten in einer Statornut an verschiedenen axialen Positionen,

Figur 5 eine Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform von Leiterabschnitten in einer Statornut an verschiedenen axialen Positionen,

Figur 6 eine Aufsicht auf eine Statornut mit Leiterabschnitten in unterschiedlichen Wellungen,

Figur 7 ein Kit-of-Parts zur Bildung einer Wicklung eines Stators in einer schematischen Darstellung,

Figur 8 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung. Die Figur 1 und die Figur 2 zeigt einen Stator 1 für eine elektrische Maschine 2, insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs 3 eines Kraftfahrzeugs 4, wie es auch in der Figur 8 skizziert ist. Der Stator 1 ist zylinderringförmig ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Statorzähnen 5 auf, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen 5 jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator 1 verlaufende Statornut 6 mit zwei Nutseitenwänden 15 und einem Nutgrund 16 definieren, in welche eine bestrombare Wicklung 7 umfassend eine Mehrzahl von Leitern 8 eingelegt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Wicklung 7 als Hairpin-Wicklung und die Leiter 8 als Hairpin-Leiter ausgeführt.

Die Leiter 8 verfügen über zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten 6 angeordnete Leiterabschnitte 9a, 9b, welche im Querschnitt eine von der Kreisform abweichende Kontur aufweisen. In den gezeigten Ausführungsbeispielen besitzen die Leiterabschnitte 9a, 9b eine rechteckige Querschnittskontur. Die Leiterabschnitte 9a, 9b treten an einer Stirnseite 14 des Stators 1 mit jeweils zwei freien Leiterenden 10 unter Ausbildung eines Wickelkopfes 11 aus dem Stator 1 aus. Die Leiterabschnitte 9a, 9b haben eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittskontur.

Die Statornuten 6 des Stators 1 sind von einem Kühlfluid 12 durchströmbar, was nachfolgend anhand der Figuren 3-5 noch näher erläutert werden wird.

Wie aus einer Zusammenschau der Figuren 3-5 ersichtlich wird, ist in einer Statornut 6 wenigstens einer von zwei in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitten 9a, 9b entlang seiner Längserstreckung tordiert.

Aus der Figur ist ferner ersichtlich, dass die in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitte 9a, 9b entlang ihrer Längserstreckung gleichsinnig oder gegensinnig tordiert sind Den Figuren 4-5 ist auch gut entnehmbar, dass die in einer Statornut 6 aufgenommenen Leiterabschnitte 9a, 9b eine in radialer Richtung wirkende Federelastizität ausbilden.

Wie in der Figur 5 dargestellt, weisen in dieser gezeigten Ausführung die in einer Statornut 6 aufgenommenen, in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitte 9a, 9b in Umfangsrichtung eine sich axial phasenversetzte, genauer gesagt gegenphasig erstreckende Wellung 13 auf, was sich auch an der in Radialrichtung abwechselnden Anlage der Leiterabschnitte 9a, 9b an den Nutseitenwänden 15 gut erkennen lässt. Im Gegensatz weist Ausführungsform der Figur 4 keine Wellung 13 auf.

Die Hairpin- Wicklung 7 besitzt hierbei eine erste Gruppe von Hairpin- Leitern 21 , die zwei parallel verlaufende, in unterschiedlichen Statornuten 6 des Stators 1 positionierte Leiterabschnitte 9a, 9b verfügt, wobei wenigstens einer der Leiterabschnitte 9a, 9b entlang seiner Längserstreckung tordiert ist. Auch ist es grundsätzlich denkbar, dass die erste Gruppe von Leitern 21 zwei parallel verlaufende, in unterschiedlichen Statornuten 6 des Stators 1 positionierte Leiterabschnitte 9a, 9b besitzt, wobei beide Leiterabschnitte 9a, 9b entlang ihrer Längserstreckung tordiert sind. Die Hairpin- Wicklung 7 des Stators 1 ist in den gezeigten Ausführungsformen ausschließlich aus einer ersten Gruppe von Hairpin- Leitern 21 gebildet.

Aus der Figur 6 lassen sich insbesondere gut die verschiedenen Möglichkeiten die Leiterabschnitte 9a, 9b mit einer Wellung 13 zu versehen, erkennen. In dem obersten Bild der Figur 6 sind die radial übereinander in einer Statornut 6 angeordneten Leiterabschnitte 9a, 9b mit einer gleichphasigen Wellung 13 versehen. Mit anderen Worten sind die Leiterabschnitte 9a, 9b in der Aufsicht auf die Statornut 6 deckungsgleich. In dem mittleren Bild ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Leiterabschnitte 9a, 9b eine gegenphasige Wellung 13 aufweisen. In der gezeigten Ausführungsform sind die Wellungen 13 im Wesentlichen sinus-förmig ausgebildet, so dass bei einer gegenphasigen Ausbildung ein Leiterabschnitt 9a einer Sinus-Kurve und ein anderer Leiterabschnitt 9b einer Cosinus-Kurve folgt. Die untere Abbildung in der Figur 6 zeigt zwei Leiterabschnitte 9a, 9b, die einen Phasenversatz zueinander aufweisen. Auch wenn in den Ausführungsbeispielen die Leiterabschnitte 9a, 9b eine sinus-förmige Wellung 13 besitzen, so ist es natürlich denkbar, dass die Wellung 13 auch eine davon abweichende wellenartige Ausformung aufweisen kann, wie beispielsweise auch einen zick-zack artigen oder sägezahnartigen Verlauf.

Es versteht sich, dass die Wellung 13 und die Torsion der Leiterabschnitte 9 beliebig miteinander kombinierbar sind, um einen definierten Durchfluss an Kühlfluid 12 durch eine Statornut 6 auszubilden.

Die Figur 7 zeigt ein Kit-Of-Parts 20 zur Bildung einer Hairpin-Wicklung 7 eines Stators 1 umfassend eine erste Gruppe von Hairpin-Leitern 21 , wobei die erste Gruppe von Hairpin-Leitern 21 zwei parallel verlaufende, in unterschiedliche Statornuten 6 des Stators 1 positionierbare Leiterabschnitte 9a, 9b aufweist, wobei wenigstens einer der Leiterabschnitte 9a, 9b entlang seiner Längserstreckung tordiert ist.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Bezuqszeichenliste

1 Stator

2 elektrische Maschine

3 Antriebsstrang

4 Kraftfahrzeug

5 Statorzähnen

6 Statornut

7 Wicklung

8 Leiter

9 Leiterabschnitte

10 Leiterenden

11 Wickelkopfes

12 Kühlfluid

13 Wellung

14 Stirnseite

15 Nutseitenwänden

16 Nutgrund

20 Kit-Of-Parts

21 erste Gruppe von Leitern

Claims

Ansprüche

1 . Stator (1 ) für eine elektrische Maschine (2), insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), wobei der Stator (1 ) zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen (5) aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen (5) jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator (1 ) verlaufende Statornut (6) mit zwei Nutseitenwänden (15) und einem Nutgrund (16) definieren, in welche eine bestrombare Wicklung (7) umfassend eine Mehrzahl von Leitern (8) eingelegt ist, wobei die Leiter (8) zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten (6) angeordnete Leiterabschnitte (9a, 9b) aufweisen, welche im Querschnitt eine von der Kreisform abweichende Kontur aufweisen, und welche an einer Stirnseite (14) des Stators (1) mit jeweils zwei freien Leiterenden (10) unter Ausbildung eines Wickelkopfes (11 ) aus dem Stator (1 ) austreten, wobei die Statornuten (6) von einem Kühlfluid (12) durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Statornut (6) wenigstens einer von zwei in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitten (9a, 9b) entlang seiner Längserstreckung tordiert ist.

2. Stator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitte (9a, 9b) entlang ihrer Längserstreckung gleichsinnig oder gegensinnig tordiert sind

3. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Statornut (6) aufgenommenen Leiterabschnitte (9a, 9b) eine in radialer Richtung wirkende Federelastizität ausbilden. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Statornut (6) aufgenommenen, in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitte (9a, 9b) in Umfangsrichtung eine sich axial gleichphasig erstreckende Wellung (13) aufweisen. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Statornut (6) aufgenommenen, in radialer Richtung benachbarten Leiterabschnitte (9a, 9b) in Umfangsrichtung eine sich axial phasenversetzte, insbesondere gegenphasig erstreckende Wellung (13) aufweisen. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (7) eine erste Gruppe von Leitern (21 ) aufweist, wobei die erste Gruppe von Leitern (21) zwei parallel verlaufende, in unterschiedlichen Statornuten (6) des Stators (1 ) positionierte Leiterabschnitte (9a, 9b) besitzt, wobei wenigstens einer der Leiterabschnitte (9a, 9b) entlang seiner Längserstreckung tordiert ist. Stator (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe von Leitern (21) zwei parallel verlaufende, in unterschiedlichen Statornuten (6) des Stators (1 ) positionierte Leiterabschnitte (9a, 9b) besitzt, wobei beide Leiterabschnitte (9a, 9b) entlang ihrer Längserstreckung tordiert sind. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (7) des Stators (1 ) aus der ersten Gruppe von Leitern (21 ) gebildet ist. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterabschnitte (9a, 9b) eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittskontur aufweisen. Kit-Of-Parts (20) zur Bildung einer Wicklung (7) eines Stators (1 ) umfassend eine erste Gruppe von Leitern (21), wobei die erste Gruppe von Leitern (21 ) zwei parallel verlaufende, in unterschiedliche Statornuten (6) des Stators (1 ) positionierbare Leiterabschnitte (9a, 9b) aufweist, wobei wenigstens einer der Leiterabschnitte (9a, 9b) entlang seiner Längserstreckung tordiert ist.