EP4639732A1 - Stator und verfahren zur herstellung eines stators - Google Patents

Stator und verfahren zur herstellung eines stators

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Publication number
EP4639732A1
EP4639732A1 EP23813559.4A EP23813559A EP4639732A1 EP 4639732 A1 EP4639732 A1 EP 4639732A1 EP 23813559 A EP23813559 A EP 23813559A EP 4639732 A1 EP4639732 A1 EP 4639732A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
plastic injection
injection molding
stator body
ring section
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
EP23813559.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Haas
Jan Hoffmann
Johannes DOLLANSKY
Michael Marsetz
Michael LAMM
Jürgen Seifermann
Tobias Doll
Moritz WAGENBLATT
Volker Lang
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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 Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4639732A1 publication Critical patent/EP4639732A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H02K3/487—Slot-closing devices
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12—Impregnating, moulding insulation, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
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    • H02K15/30—Manufacture of winding connections
    • H02K15/33—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/35—Form-wound windings
    • H02K15/36—Processes or apparatus for simultaneously twisting two or more open ends of hairpins after their insertion into the machine

Definitions

  • the present invention relates to a stator of an electrical machine, in particular for a drive train of a motor vehicle, comprising a stator body with a plurality of stator slots extending axially through the stator body, in which a stator winding consisting of a plurality of electrical conductors is accommodated, which emerges at the two end faces of the stator body to form a winding head in each case.
  • the invention further relates to a method for producing a stator.
  • Electric motors are increasingly being used to power motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels.
  • Considerable efforts have already been made to improve the suitability of electric drives for everyday use and to offer users the same driving comfort they are used to.
  • hybrid drive trains are also known.
  • Such drive trains in a hybrid vehicle usually comprise a combination of an internal combustion engine and an electric motor and enable - for example in urban areas - purely electric operation while at the same time providing sufficient range and availability, especially for cross-country journeys.
  • electrical machines in particular electrical machines for the above-mentioned hybrid or fully electric motor vehicles or also for wheel hub drives, basically different winding technologies for a stator of an electrical machine are known.
  • stators In electrical machines that have a stator with a hollow cylindrical stator, i.e. are designed as an internal rotor machine, and that are configured for use as a traction drive for a motor vehicle, they often have a stator winding with a rectangular cross-section in order to achieve a high power density. In electrical machines that are intended for driving motor vehicles, the stator windings are therefore typically designed as I-pin or hairpin windings. In this case, for example, essentially I- or U-shaped wire segments are introduced into the stator slots from one end face of the stator and then formed on an opposite end face of the stator and connected, for example, by welding.
  • Some essential and cost-intensive manufacturing steps are, for example, the electrical insulation of the winding from the slots of the stator using insulating paper, the fixing of the individual sheets or sheet packages of the stator by joining them using clinching, bonding using baked varnish or welding, the deformation of the hairpins of a hairpin winding using a bending tool or the closing of the stator slots using a slot closure wedge.
  • the object of the invention is therefore to provide a stator which is optimized in terms of its production and can be produced particularly inexpensively. It is also the object of the invention to realize an improved manufacturing process for a stator.
  • a stator of an electrical machine in particular for a drive train of a motor vehicle, comprising a stator body with a plurality of axially extending through the stator body extending stator slots in which a stator winding consisting of a plurality of electrical conductors is accommodated, which emerges to form a winding head on each of the two end faces of the stator body, wherein at least one plastic injection-molded element is injection-molded in or on the stator body.
  • This provides the advantage that a number of different functions can be provided in a component produced by injection molding using an injection-molded plastic element.
  • These functions of the plastic injection molding element can, for example, be selected from the group of fixing functions, closure functions, insulation functions and/or sealing functions.
  • a plurality of individual sheets or sheet packages of the stator body are fixed in position to one another by means of the plastic injection molding element.
  • fixing/stabilization/packaging by means of baked varnish, clinching and/or welding can be dispensed with, since this is implemented by the plastic injection molding element.
  • thermosetting plastic such as an epoxy resin
  • the plastic injection molding element is preferably formed from one plastic. In principle, it is also conceivable that the plastic injection molding element can also be formed from several different plastics, for example using a bi-injection molding process.
  • a plastic injection molding element is preferably formed in one piece. However, it is also conceivable that the plastic injection molding element is formed in several parts, in which case it is further preferred that the several parts of the plastic injection molding element are formed from the same plastic. In principle, it is conceivable that several plastic injection molded elements are present in or on the stator.
  • An essential aspect of the invention is that the plastic injection molding element is molded into or onto the stator body. This means that the plastic injection molding element was formed in or on the stator body during the injection molding process and was not subsequently arranged as a separate component in or on the stator.
  • the stator according to the invention is intended for use in an electrical machine.
  • the electrical machine serves to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and it generally comprises the stationary part referred to as the stator, stand or armature and a part referred to as the rotor or runner and arranged to be movable, in particular rotatable, relative to the stationary part.
  • the electrical machine is dimensioned such that vehicle speeds of greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved.
  • the electric motor particularly preferably has an output of greater than 30 kW, preferably greater than 50 kW and in particular greater than 70 kW. It is further preferred that the electrical machine provides speeds of greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, very particularly preferably greater than 12,500 rpm.
  • the stator can be supplied with current in particular by power electronics, which are sometimes also referred to as inverters.
  • the power electronics are preferably a combination of different components which control or regulate a current to the stator, preferably including the peripheral components required for this, such as cooling elements or power supplies.
  • the power electronics contain one or more power electronics components which are designed to control or regulate a current. These are particularly preferably one or more power switches, e.g. power transistors.
  • the power electronics particularly preferably have more than two, particularly preferably three separate phases or current paths, each with at least one separate power electronics component.
  • the power electronics are preferably designed to Phase to control or regulate a power with a peak power, preferably continuous power, of at least 10 W, preferably at least 100 W, particularly preferably at least 1000 W.
  • motor vehicles are land vehicles that are moved by mechanical power without being tied to railway tracks.
  • a motor vehicle can, for example, be selected from the group of passenger cars (PCs), lorries (HGVs), mopeds, light motor vehicles, motorcycles, buses (KOM) or tractors.
  • the stator according to the invention can preferably be configured for a radial flux machine.
  • the stator of a radial flux machine is usually cylindrical or cylindrically ring-shaped and generally consists of a stator body which is formed by electrical sheets which are electrically insulated from one another and are layered and packaged to form sheet stacks. This structure keeps the eddy currents in the stator caused by the stator field to a minimum.
  • Stator slots which accommodate the stator winding or parts of the stator winding are distributed over the circumference and arranged parallel to the rotor shaft. Depending on the design towards the surface, the slots can be closed with closure elements such as closure wedges or covers or the like to prevent the stator winding from coming loose.
  • the stator body is preferably formed in one piece.
  • a one-piece stator body is characterized by the fact that the entire stator body is formed in one piece over its circumference.
  • the stator body is generally formed from a large number of stacked laminated electrical sheets, with each of the electrical sheets being closed to form a circular ring. The individual sheets can be held together in the stator body, for example, by gluing, welding or screwing.
  • the stator teeth of the stator are preferably formed in the stator body.
  • Stator teeth are components of the stator body that are designed as spaced, tooth-like parts of the stator body are directed radially inwards (inner rotor) or radially outwards (outer rotor), and between their free ends and a rotor body an air gap is formed for the magnetic field and for the rotary movement of the rotor.
  • the non-magnetic gap that exists between the rotor and the stator is referred to as the air gap. In a radial flux machine, for example, this is an essentially circular gap with a radial width that corresponds to the distance between the rotor body and the stator body.
  • a stator winding is embedded in the stator slots of the stator according to the invention.
  • a stator winding comprises electrically conductive conductors whose length is significantly greater than their diameter.
  • the stator winding can basically have any cross-sectional shape. Rectangular cross-sectional shapes are preferred, as they allow high packing and therefore power densities to be achieved.
  • a stator winding is particularly preferably made of copper.
  • the winding is designed as an I-pin or hairpin winding.
  • the stator slots each have slot side walls that extend in the radial direction in cross section and a slot base, wherein the plastic injection molding element completely covers the slot side walls and the slot base.
  • the advantage of this embodiment is that by coating the side walls and the slot base with a plastic, the use of a separate insulation paper can be dispensed with. It is understood It is also preferred that the plastic has electrically insulating properties for this purpose. It is also preferred in this context that the plastic injection molding element has a substantially uniform layer thickness on the groove side walls and the groove base.
  • the side walls and the groove base By completely covering the side walls and the groove base, it is also possible to form a liquid seal between the stator slots and the stator body, so that the stator can also have fluidic cooling of the stator slots. Furthermore, the formation of the plastic injection molding element on the groove side walls and the groove base can support the fixing of the stator laminations or the stator lamination packages.
  • stator slots each have a slot opening that extends in the radial direction in cross section, with the plastic injection molding element closing the slot opening. This makes it possible to close the stator slots radially inwards by the plastic injection molding element and, for example, to dispense with the slot closure wedges that are otherwise usual.
  • the plastic injection molding element that covers the groove side walls and the groove base as well as the plastic injection molding element that closes the groove opening are formed in one piece, preferably monolithically.
  • the plastic injection molding element has a first cylinder ring section extending in the axial direction from the stator body, which runs radially below the first winding head, and/or the plastic injection molding element has a second cylinder ring section extending in the axial direction from the stator body, which runs radially above the first winding head, and/or the plastic injection molding element has a third cylinder ring section extending in the axial direction from the stator body, which runs radially below the second winding head, and/or the plastic injection molding element has a fourth cylinder ring section extending in the axial direction from the Stator body has a cylinder ring section extending outwards which runs radially above the second winding head.
  • One or more of the cylinder ring sections can be used to define different spaces and zones in or on the stator, which can have different functions. For example, it would be conceivable to use the first cylinder ring section to define a separation between a wet room and a dry room.
  • first cylinder ring section and/or the second cylinder ring section and/or the third cylinder ring section and/or the fourth cylinder ring section are formed integrally, preferably monolithically, with the plastic injection molding element that covers the groove side walls and the groove base.
  • first cylinder ring section and/or the second cylinder ring section and/or the third cylinder ring section and/or the fourth cylinder ring section are formed integrally, preferably monolithically, with the plastic injection-molded element that closes the groove opening.
  • the plastic injection molded element has a first connection section that covers an outer surface of the stator body at least in sections.
  • a connection structure such as a motor housing or a stator carrier.
  • the connection section can preferably be designed to be non-positively and/or positively connected between the stator body and a connection structure.
  • connection section is formed integrally, preferably monolithically, with the first cylinder ring section and/or the second cylinder ring section and/or the third cylinder ring section and/or the fourth cylinder ring section of the plastic injection-molded element.
  • connection section is formed integrally, preferably monolithically, with the plastic injection-molded element that covers the groove side walls and the groove base.
  • connection section is formed in one piece, preferably monolithically, with the plastic injection-molded element that closes the groove opening.
  • the invention can also be further developed in such a way that a stator tooth extending in the axial direction through the stator body is formed in the circumferential direction between each two adjacent stator slots, and the plastic injection molding element covers an end face of one or more stator teeth. This can in particular improve the slot insulation.
  • the plastic injection molding element has a contour that protrudes axially from the end face, which serves as a molding tool during the twisting of the corresponding winding head. This can ensure that the geometry of the plastic injection molding element on the end face of the stator body is designed in such a way that, for example, the hairpins of a hairpin winding can be bent directly over this geometry and no additional tool is required. This bending of the conductors of the stator winding in the winding head area outside the stator body is also referred to as interlocking or twisting.
  • the contour is formed integrally, preferably monolithically, with the first cylinder ring section and/or the second cylinder ring section and/or the third cylinder ring section and/or the fourth cylinder ring section of the plastic injection molded element. It is further preferred that the contour is formed integrally, preferably monolithically, with the plastic injection molded element that covers the groove side walls and the groove base.
  • the contour is formed in one piece, preferably monolithically, with the plastic injection-molded element that closes the groove opening.
  • the contour is formed in one piece, preferably monolithically, with the plastic injection-molded element that forms the connection section.
  • the second cylinder ring section extending in the axial direction from the stator body runs radially above the first winding head and radially below the outer diameter of the stator body, and/or the fourth cylinder ring section extending in the axial direction from the stator body runs radially above the second winding head and radially below the outer diameter of the stator body.
  • This can, for example, thermally decouple a wet space from a connecting structure, such as a motor housing, in order to protect thermally sensitive areas around the stator from unwanted thermal stress.
  • first cylinder ring section and/or the second cylinder ring section and/or the third cylinder ring section and/or the fourth cylinder ring section each have at least one form-fitting means for connecting at least one component to the respective cylinder ring section.
  • the object of the invention can also be achieved by a method for producing a stator of an electrical machine, in particular for a Drive train of a motor vehicle, in particular a stator according to one of claims 1-9, comprising the following steps:
  • stator with a stator body with a plurality of stator slots extending axially through the stator body in which a stator winding consisting of a plurality of electrical conductors can be positioned
  • An essential aspect of the invention is therefore the simplification of manufacturing processes and the merging of several functions of previously separate components of a stator in one or more plastic injection molding elements that are molded in an injection molding process.
  • Figure 1 shows a motor vehicle with an electric machine in a schematic block diagram
  • Figure 2 shows an electrical machine in a schematic cross-sectional view
  • Figure 3 shows a wound stator in a first axial section
  • Figure 4 shows the wound stator known from Figure 3 in a first perspective axial sectional view
  • Figure 5 shows a non-wound stator in a second axial section
  • Figure 6 shows the unwound stator known from Figure 5 in a second perspective axial sectional view
  • Figure 7 shows a first embodiment of a slot closure in a detailed cross-sectional view
  • Figure 8 shows a second embodiment of a slot closure in a detailed cross-sectional view
  • Figure 9 is a detailed view from the radial direction of the winding head of the stator with a contour formed on the stator teeth and extending in the axial direction for interlacing the electrical conductors,
  • Figure 10 is a detailed view from the radial direction of the non-wound winding head area of the stator with a contour formed on the stator teeth and extending in the axial direction for interlacing the electrical conductors
  • Figure 11 is a perspective detailed view of the non-wound winding head area of the stator with a contour formed on the stator teeth and extending in the axial direction for interlacing the electrical conductors.
  • FIG 2 shows a stator 1 of an electrical machine 2, in particular for a drive train 3 of a motor vehicle 4, as also sketched in Figure 1.
  • the stator 1 comprises a stator body 5 with a plurality of stator slots 6 extending axially through the stator body 5, in which a stator winding 8 consisting of a plurality of electrical conductors 7 is accommodated, which emerges to form a winding head 9a, 9b on the two end faces 10a, 10b of the stator body 5.
  • the stator 1 is configured for an internally running radial flow machine and has a correspondingly hollow cylindrical stator body 5 in which the rotor 26 is rotatably mounted.
  • At least one plastic injection molded element 11 is molded into or onto the stator body 5.
  • stator slots 6 each have slot side walls 12 extending in the radial direction in cross section and a slot base 13, wherein the plastic injection molding element 11 completely covers the slot side walls 12 and the slot base 13.
  • the stator slots 6 also each have a slot opening 14 extending in the radial direction in cross section, wherein the plastic injection molding element 11 closes the slot opening 14.
  • Figure 7 shows an embodiment which was formed by a tool 25 moving into the slot opening 14 so that the slot opening 14 is closed in the radially upper region of the slot opening 14. This has the advantage that the tool 25 can be guided into the radially inner section of the slot opening 14.
  • Figure 8 shows an alternative embodiment in which the slot opening 14 is completely filled with plastic, which allows for structurally simpler tools. can be used.
  • the plastic injection molding element 11 has a first cylinder ring section 15 which extends in the axial direction from the stator body 5 and runs radially below the first winding head 9a.
  • the plastic injection molding element 11 also has a second cylinder ring section 16 which extends in the axial direction from the stator body 5 and runs radially above the first winding head 9a.
  • the first winding head 9a is enclosed by an annular space which is defined by the first cylinder ring section 15 and the second cylinder ring section 16. It is possible for the cylinder ring sections 15, 16 to be formed in two pieces and have no physical connection to one another, but to be molded onto the stator body 5 in the same injection molding process.
  • the cylinder ring sections 15, 16 are molded from the same plastic.
  • a plastic injection molding element 11 also has a third cylinder ring section 17 extending in the axial direction from the stator body 5, which runs radially below the second winding head 9b, and a fourth cylinder ring section 18 extending in the axial direction from the stator body 5, which runs radially above the second winding head 9b.
  • the second winding head 9b is also enclosed by an annular space which is defined by the third cylinder ring section 17 and the fourth cylinder ring section 18.
  • the cylinder ring sections 17, 18 to be formed in two pieces and have no physical connection to one another, but to be molded onto the stator body 5 in the same injection molding process and the cylinder ring sections 15, 16 to be formed from the same plastic.
  • the second cylinder ring section 16 extending in the axial direction from the stator body 5 runs radially above the first winding head 9a and radially below the outer diameter 24 of the stator body 5.
  • the fourth cylinder ring section 18 extending in the axial direction from the stator body 5 also runs radially above the second winding head 9b and radially below the outer diameter 24 of the stator body 5. This allows further thermal decoupling of the winding head area from a connection structure (not shown).
  • Figures 3-6 further show that the plastic injection molded element 11 has a first connection section 19, which at least partially covers an outer surface 20 of the stator body 5. This makes it possible to achieve thermal decoupling from a connection structure that accommodates the stator 1.
  • a stator tooth 21 extending in the axial direction through the stator body 5 is formed in the circumferential direction between each two adjacent stator slots 6, and the plastic injection molding element 11 covers an end face 22 of one or more stator teeth 21.
  • the plastic injection molding element 11 has a contour 23 protruding axially from the end face 22, which serves as a molding tool during the twisting of the corresponding winding head 9a, 9b.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1 ) einer elektrischen Maschine (2), insbesondere für einen Antriebsstrang (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend einen Statorkörper (5) mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper (5) erstreckenden Statornuten (6) in welchen eine aus einer Mehrzahl an elektrischen Leitern (7) bestehende Statorwicklung (8) aufgenommen ist, welche unter Bildung von jeweils einem Wickelkopf (9a, 9b) an den beiden Stirnseiten (10a, 10b) des Statorkörpers (5) austritt, wobei in oder an dem Statorkörper (5) wenigstens ein Kunststoffspritzgusselement (11 ) in oder an dem Statorkörper (5) angespritzt ist.

Description

Stator und Verfahren zur Herstellung eines Stators
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Statorkörper mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper erstreckenden Statornuten in welchen eine aus einer Mehrzahl an elektrischen Leitern bestehende Statorwicklung aufgenommen ist, welche unter Bildung von jeweils einem Wickelkopf an den beiden Stirnseiten des Statorkörpers austritt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Stators.
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 63. Jahrgang, 05/206, 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 zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen 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. Für die Entwicklung von elektrischen Maschinen, insbesondere von elektrischen Maschinen für die oben erwähnten hybrid oder vollelektrisch betreibbaren Kraftfahrzeuge oder auch für Radnabenantriebe, sind grundsätzlich verschiedene Wicklungstechnologien für einen Stator einer elektrischen Maschine bekannt.
Bei elektrischen Maschinen, die einen Stator mit einem 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 den eine hohe Leistungsdichte zu erreichen. Bei elektrischen Maschinen, welche für den Antrieb von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, werden die Statorwicklungen daher typischerweise als I-Pin oder Hairpin-Wicklungen ausgebildet. Hierbei werden beispielsweise im Wesentlichen I- oder 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.
Bei der Fertigung derartiger Statoren treten verschiedenste Herausforderungen auf, die Statoren günstig und betriebssicher herzustellen. Einige wesentliche und auch kostenintensive Fertigungsschritte sind beispielsweise die elektrische Isolation der Wicklung von den Nuten des Stators mittels Isolierpapier, die Fixierung der Einzelbleche oder Blechpakete des Stators mittels Fügens durch Clinchen, Kleben durch Backlack oder durch Schweißen, die Verformung der Hairpins einer Hairpinwicklung mittels eines Biegewerkzeugs oder der Verschluss der Statornuten mittels eines Nutverschlusskeils.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Stator bereitzustellen, der hinsichtlich seiner Fertigung optimiert ist und besonders günstig herstellbar ist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung einen verbessertes Fertigungsverfahren für einen Stator zu realisieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Statorkörper mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper erstreckenden Statornuten in welchen eine aus einer Mehrzahl an elektrischen Leitern bestehende Statorwicklung aufgenommen ist, welche unter Bildung von jeweils einem Wickelkopf an den beiden Stirnseiten des Statorkörpers austritt, wobei in oder an dem Statorkörper wenigstens ein Kunststoffspritzgusselement in oder an dem Statorkörper angespritzt ist.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass durch ein angespritztes Kunststoffspritzgusselement eine Reihe von verschiedenen Funktionen in einem mittels Spritzgusses hergestelltem Bauteil bereitstellbar sind. Diese Funktionen des Kunststoffspritzgusselements können beispielsweise ausgewählt werden aus der Gruppe der Fixier-Funktionen, Verschluss-Funktionen, Isolations-Funktionen und/oder Abdichtungs-Funktionen.
Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass eine Mehrzahl an Einzelblechen oder Blechpaketen des Statorkörpers mittels des Kunststoffspritzgusselements zueinander positionsfixiert ist. Hierdurch kann insbesondere auf eine Fixierung/Stabilisierung/Paketierung durch Backlack, Clinche und/oder Schweißungen verzichtet werden, da diese durch das Kunststoffspritzgusselement realisiert ist.
Als Kunststoff zur Ausformung des Kunststoffspritzgusselements könnte z.B. ein Duroplast, wie beispielsweise ein Epoxidharz, verwendet werden, aber auch andere Kunststoffe sind grundsätzlich denkbar. Bevorzugt ist das Kunststoffspritzgusselement aus einem Kunststoff geformt. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Kunststoffspritzgusselement auch aus mehreren, voneinander verschiedenen Kunststoffen gebildet sein kann, beispielsweise mittels eines Bi-Injektions-Spritzgussverfahrens.
Ein Kunststoffspritzgusselement ist bevorzugt einstückig ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Kunststoffspritzgusselement mehrteilig ausgebildet ist, wobei es dann weiter bevorzugt ist, dass die mehreren Teile des Kunststoffspritzgusselements aus dem gleichen Kunststoff geformt sind. Grundsätzlich ist es denkbar, dass mehrere Kunststoffspritzgusselemente in oder an dem Stator vorhanden sind.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist es, dass das Kunststoffspritzgusselement in oder an dem Statorkörper angespritzt ist. Dies bedeutet, dass das Kunststoffspritzgusselement in oder an dem Statorkörper während des Spritzgussprozesses ausgebildet wurde und nicht nachträglich als separates Bauteil in oder an dem Stator angeordnet wurde.
Der erfindungsgemäße Stator ist zur Verwendung in einer elektrischen Maschine vorgesehen. Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel den als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil. 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 der Elektromotor 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 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Der Stator kann insbesondere durch eine Leistungselektronik, die gelegentlich auch als Inverter bezeichnet wird, bestrombar sein. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an Stator steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 W zu steuern oder regeln. Die Leistungselektronik ist bevorzugt über einen HV-Terminal (HV=Hochvolt) mit der Statorwicklung des Stators verbunden.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Der erfindungsgemäße Stator kann bevorzugt für eine Radialflussmaschine konfiguriert sein. Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch bzw. zylinderringförmig aufgebaut und besteht in der Regel aus einem Statorkörper, der durch gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen gebildet ist. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Statornuten eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin, können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.
Der Statorkörper ist bevorzugt einteilig ausgebildet. 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. Die Einzelbleche können in dem Statorkörper beispielsweise durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten werden.
In dem Statorkörper sind bevorzugt die Statorzähne des Stators ausgebildet. Als Statorzähne werden Bestanteile des Statorkörpers bezeichnet, die als umfänglich beabstandete, zahnartig radial nach innen (Innenläufer) oder radial nach außen (Außenläufer) gerichtete Teile des Statorkörpers ausgebildet sind und zwischen deren freien Enden und einem Rotorkörper ein Luftspalt für das Magnetfeld und für die rotative Bewegung des Rotors gebildet ist. Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende unmagnetische Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das beispielsweise ein im Wesentlichen kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.
In den Statornuten des erfindungsgemäßen Stators ist eine Statorwicklung eingelassen. Eine Statorwicklung umfasst elektrisch leitfähige Leiter, deren Längenerstreckung wesentlich größer ist als ihr Durchmesser. Die Statorwicklung kann grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind rechteckige Querschnittsformen, da sich mit diesen hohe Packungs- und folglich Leistungsdichten erzielen lassen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Statorwicklung aus Kupfer gebildet.
Bevorzugt ist die Wicklung als eine I-Pin oder Hairpin-Wicklung ausgebildet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren.
Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Statornuten jeweils sich im Querschnitt in radialer Richtung erstreckende Nutseitenwände und einen Nutgrund aufweisen, wobei das Kunststoffspritzgusselement die Nutseitenwände und den Nutgrund vollständig überdeckt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass durch die Beschichtung der Seitenwände und des Nutgrunds mit einem Kunststoff, auf die Verwendung eines separaten Isolationspapiers verzichtet werden kann. Es versteht sich, dass der Kunststoff hierzu elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist. Es ist des Weiteren in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass das Kunststoffspritzgusselement an den Nutseitenwänden und dem Nutgrund eine im Wesentlichen gleichförmige Schichtdicke aufweist. Durch die vollständige Überdeckung der Seitenwände und des Nutgrunds ist es ferner möglich, eine Flüssigkeitsabdichtung zwischen den Statornuten und dem Statorkörper auszubilden, so dass der Stator hierdurch auch über eine fluidische Kühlung der Statornuten verfügen kann. Ferner kann durch die Ausbildung des Kunststoffspritzgusselements an den Nutseitenwänden und dem Nutgrund eine Fixierung der Statorbleche bzw. der Statorblechpakete unterstützt werden.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Statornuten jeweils eine sich im Querschnitt in radialer Richtung erstreckende Nutöffnung aufweisen, wobei das Kunststoffspritzgusselement die Nutöffnung verschließt. Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Statornuten radial nach innen durch das Kunststoffspritzgusselement verschlossen und beispielsweise auf die sonst üblichen die Nutverschlusskeile verzichtet werden können.
Hierbei ist es ganz besonders bevorzugt, dass das Kunststoffspritzgusselement, dass die Nutseitenwände und den Nutgrund bedeckt als auch das Kunststoffspritzgusselement, dass die Nutöffnung verschließt, einstückig, bevorzugt monolithisch ausgeformt sind.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Kunststoffspritzgusselement einen ersten sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper herauserstreckenden Zylinderringabschnitt aufweist, welcher radial unterhalb des ersten Wickelkopfes verläuft, und/oder das Kunststoffspritzgusselement einen zweiten sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper herauserstreckenden Zylinderringabschnitt aufweist, welcher radial oberhalb des ersten Wickelkopfes verläuft, und/oder das Kunststoffspritzgusselement einen dritten sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper herauserstreckenden Zylinderringabschnitt aufweist, welcher radial unterhalb des zweiten Wickelkopfes verläuft und/oder das Kunststoffspritzgusselement einen vierten sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper herauserstreckenden Zylinderringabschnitt aufweist, welcher radial oberhalb des zweiten Wickelkopfes verläuft.
Durch einen oder mehrere der Zylinderringabschnitte lassen sich verschiedene Räume und Zonen in oder an dem Stator definieren, welche unterschiedliche Funktionen aufweisen können. So wäre es beispielsweise denkbar, mittels des ersten Zylinderringabschnitts eine Trennung zwischen einem Nassraum und einem Trockenraum zu definieren.
Es ist in diesem Zusammenhang besonders bevorzugt, dass der erste Zylinderringabschnitt und/oder der zweite Zylinderringabschnitt und/oder der dritte Zylinderringabschnitt und/oder der vierte Zylinderringabschnitt einstückig, bevorzugt monolithisch mit dem Kunststoffspritzgusselement, dass die Nutseitenwände und den Nutgrund bedeckt ausgeformt sind/ist.
Es ist in diesem Zusammenhang ferner besonders bevorzugt, dass der erste Zylinderringabschnitt und/oder der zweite Zylinderringabschnitt und/oder der dritte Zylinderringabschnitt und/oder der vierte Zylinderringabschnitt einstückig, bevorzugt monolithisch mit dem Kunststoffspritzgusselement, dass die Nutöffnung verschließt, ausgeformt sind/ist.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Kunststoffspritzgusselement einen ersten Anbindungsabschnitt aufweist, der eine äußere Mantelfläche des Statorkörpers zumindest abschnittsweise überdeckt. Hierdurch lässt sich insbesondere eine thermische Abkopplung des Statorkörpers von einer Anbindungsstruktur, wie beispielsweise einem Motorgehäuse oder einem Statorträger, realisieren. Dies kann insbesondere dann wünschenswert sein, wenn die Wärme aus dem Stator nicht über dessen äußere Mantelfläche auf thermisch sensible angrenzende Strukturen oder Bauteile abgegeben werden soll oder kann, sondern beispielsweise gezielt über eine fluidische Kühlung, wie insbesondere mittels eines Kühlöls. Hierbei kann der Anbindungsabschnitt bevorzugt kraft- und/oder formschlüssig zwischen dem Statorkörper und einer Anbindungsstruktur ausgeführt sein. In diesem Zusammenhang ist es ferner bevorzugt, dass der Anbindungsabschnitt einstückig, bevorzugt monolithisch mit dem ersten Zylinderringabschnitt und/oder dem zweiten Zylinderringabschnitt und/oder dem dritten Zylinderringabschnitt und/oder dem vierten Zylinderringabschnitt des Kunststoffspritzgusselements ausgeformt ist.
Es ist des Weiteren bevorzugt, dass der Anbindungsabschnitt einstückig, bevorzugt monolithisch mit dem Kunststoffspritzgusselement, dass die Nutseitenwände und den Nutgrund bedeckt ausgeformt ist.
Auch kann es bevorzugt sein, dass der Anbindungsabschnitt einstückig, bevorzugt monolithisch mit dem Kunststoffspritzgusselement, dass die Nutöffnung verschließt, ausgeformt ist.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei benachbarten Statornuten jeweils ein sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckender Statorzahn ausgebildet ist, und das Kunststoffspritzgusselement jeweils eine Stirnfläche eines oder mehrerer Statorzähne überdeckt. Hierdurch kann insbesondere die Nutisolation verbessert werden. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Kunststoffspritzgusselement eine axial aus der Stirnfläche herausragende Kontur aufweist, welche als Formwerkzeug während des Twistens des entsprechenden Wickelkopfs dient. Hierdurch kann erreicht werden, dass an der Stirnfläche des Statorkörpers die Geometrie des Kunststoffspritzgusselements so ausgeführt ist, dass z.B. die Hairpins einer Hairpinwicklung direkt über diese Geometrie gebogen werden können und kein zusätzliches Werkzeug mehr notwendig ist. Dieses Biegen der Leiter der Statorwicklung im Wickelkopfbereich außerhalb des Statorkörpers wird auch als Verschränken oder Twisten bezeichnet.
In diesem Zusammenhang ist es ferner bevorzugt, dass die Kontur einstückig, bevorzugt monolithisch mit dem ersten Zylinderringabschnitt und/oder dem zweiten Zylinderringabschnitt und/oder dem dritten Zylinderringabschnitt und/oder dem vierten Zylinderringabschnitt des Kunststoffspritzgusselements ausgeformt ist. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die Kontur einstückig, bevorzugt monolithisch mit dem Kunststoffspritzgusselement, dass die Nutseitenwände und den Nutgrund bedeckt, ausgeformt ist.
Auch kann es bevorzugt sein, dass die Kontur einstückig, bevorzugt monolithisch mit dem Kunststoffspritzgusselement, dass die Nutöffnung verschließt, ausgeformt ist.
Ferner kann es ebenfalls bevorzugt sein, dass die Kontur einstückig, bevorzugt monolithisch mit dem Kunststoffspritzgusselement, dass den Anbindungsabschnitt bildet, ausgeformt ist.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der zweite sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper herauserstreckende Zylinderringabschnitt radial oberhalb des ersten Wickelkopfes und radial unterhalb des Außendurchmessers des Statorkörpers verläuft, und/oder der vierte sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper herauserstreckende Zylinderringabschnitt radial oberhalb des zweiten Wickelkopfes und radial unterhalb des Außendurchmessers des Statorkörpers verläuft. Hierdurch kann beispielsweise eine thermische Abkopplung eines Nassraums zu einer Anbindungsstruktur, wie beispielsweise eines Motorgehäuses, erfolgen, um thermisch sensible Bereiche um den Stator entsprechend vor einer ungewollten thermischen Belastung zu schützen.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass an dem ersten Zylinderringabschnitt und/oder dem zweiten Zylinderringabschnitt und/oder dem dritten Zylinderringabschnitt und/oder dem vierten Zylinderringabschnitt jeweils wenigstens ein Formschlussmittel zur Anbindung von wenigstens einem Bauteil an den jeweiligen Zylinderringabschnitt aufweist. Hierdurch kann eine weiter optimierte System integration und ein weiterer Verzicht auf separate Bauteile erreicht werden.
Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Stators nach einem der Ansprüche 1-9, umfassend die folgenden Schritte:
• Bereitstellung eines Stators mit einem Statorkörper mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper erstreckenden Statornuten in welchen eine aus einer Mehrzahl an elektrischen Leitern bestehende Statorwicklung positionierbar ist,
• Einlegen des Stators in ein Spritzgusswerkzeug einer Spritzgussmaschine,
• Anspritzen wenigstens eines Kunststoffspritzgusselements in oder an dem Statorkörper,
• Entnahme des Stators aus dem Spritzgusswerkzeug.
Ein Wesentlicher Aspekt der Erfindung ist somit die Vereinfachung von Fertigungsprozessen und das Zusammenführen mehrerer Funktionen von bislang separaten Bauteilen eines Stators in einem oder mehreren Kunststoffspritzgusselementen, die in einem Spritzgussprozess geformt werden.
Es versteht sich, dass die einzelnen beschriebenen Funktionen und deren baulichen Elemente einzeln oder in einer beliebigen Kombination miteinander kombiniert werden können. So wäre es beispielsweise möglich, dass das Kunststoffspritzgusselement nur die Nutisolation mittels Kunststoffs umgesetzt, aber ohne die Kontur zum Biegen der Hairpins.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine in einer schematischen Blockschaltansicht, Figur 2 eine elektrische Maschine in einer schematischen Querschnittsansicht,
Figur 3 einen bewickelten Stator in einer ersten Axialschnittdarstellung,
Figur 4 den aus Figur 3 bekannten bewickelten Stator in einer ersten perspektivischen Axialschnittansicht,
Figur 5 einen nicht bewickelten Stator in einer zweiten Axialschnittdarstellung,
Figur 6 den aus Figur 5 bekannten, nicht bewickelten Stator in einer zweiten perspektivischen Axialschnittansicht,
Figur 7 eine erste Ausführungsform eines Nutverschlusses in einer Detail- Querschnittsdarstellung,
Figur 8 eine zweite Ausführungsform eines Nutverschlusses in einer Detail- Querschnittsdarstellung,
Figur 9 eine Detailansicht aus radialer Richtung auf den Wickelkopf des Stators mit einer an den Statorzähnen ausgebildeten, sich in axialer Richtung erstreckenden Kontur zur Verschränkung der elektrischen Leiter,
Figur 10 eine Detailansicht aus radialer Richtung auf den nicht bewickelten Wickelkopfbereich des Stators mit einer an den Statorzähnen ausgebildeten, sich in axialer Richtung erstreckenden Kontur zur Verschränkung der elektrischen Leiter, Figur 11 eine perspektivische Detaildarstellung auf den nicht bewickelten Wickelkopfbereich des Stators mit einer an den Statorzähnen ausgebildeten, sich in axialer Richtung erstreckenden Kontur zur Verschränkung der elektrischen Leiter.
Die Figur 2 zeigt einen Stator 1 einer elektrischen Maschine 2, insbesondere für einen Antriebsstrang 3 eines Kraftfahrzeugs 4, wie es auch in der Figur 1 skizziert ist.
Wie man aus der Zusammenschau der Figuren 1 und 3 erkennt, umfasst der Stator 1 einen Statorkörper 5 mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper 5 erstreckenden Statornuten 6, in welchen eine aus einer Mehrzahl an elektrischen Leitern 7 bestehende Statorwicklung 8 aufgenommen ist, die unter Bildung von jeweils einem Wickelkopf 9a, 9b an den beiden Stirnseiten 10a, 10b des Statorkörpers 5 austritt. Der Stator 1 ist für eine innenlaufende Radialflussmaschine konfiguriert und weist einen entsprechend hohlzylindrischen Statorkörper 5 auf, in dem der Rotor 26 drehbar gelagert aufgenommen ist.
In oder an dem Statorkörper 5 ist wenigstens ein Kunststoffspritzgusselement 11 in oder an dem Statorkörper 5 angespritzt.
Aus den Figuren 7-8 ist ersichtlich, dass die Statornuten 6 jeweils sich im Querschnitt in radialer Richtung erstreckende Nutseitenwände 12 und einen Nutgrund 13 aufweisen, wobei das Kunststoffspritzgusselement 11 die Nutseitenwände 12 und den Nutgrund 13 vollständig überdeckt. Die Statornuten 6 weisen ferner jeweils eine sich im Querschnitt in radialer Richtung erstreckende Nutöffnung 14 auf, wobei das Kunststoffspritzgusselement 11 die Nutöffnung 14 verschließt. In der Figur 7 ist eine Ausführungsform gezeigt, die durch ein in die Nutöffnung 14 einfahrendes Werkzeug 25 gebildet wurde, so dass die Nutöffnung 14 im radial oberen Bereich der Nutöffnung 14 verschlossen ist. Die hat den Vorteil dass das Werkzeug 25 in radial inneren Abschnitt der Nutöffnung 14 geführt werden kann. Die Figur 8 zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der die Nutöffnung 14 vollständig mit Kunststoff gefüllt ist, wodurch konstruktiv einfachere Werkzeuge verwendet werden können.
Wie in den Figuren 3-6 dargestellt, besitzt das Kunststoffspritzgusselement 11 einen ersten sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper 5 herauserstreckenden Zylinderringabschnitt 15, welcher radial unterhalb des ersten Wickelkopfes 9a verläuft. Das Kunststoffspritzgusselement 11 verfügt in der gezeigten Ausführungsform auch über einen zweiten sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper 5 herauserstreckenden Zylinderringabschnitt 16, welcher radial oberhalb des ersten Wickelkopfes 9a verläuft. Hierdurch wird der erste Wickelkopf 9a von einem Ringraum eingefasst, der durch den ersten Zylinderringabschnitt 15 und den zweiten Zylinderringabschnitt 16 definiert wird. Hierbei ist es möglich, dass die Zylinderringabschnitte 15,16 zweistückig ausgebildet sind und keine körperliche Verbindung zueinander besitzen, jedoch in dem gleichen Spritzgussprozess an den Statorkörper 5 angespritzt wurden. Hierbei sind die Zylinderringabschnitte 15,16 aus dem gleichen Kunststoff geformt.
Ein Kunststoffspritzgusselement 11 besitzt des Weiteren einen dritten sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper 5 herauserstreckenden Zylinderringabschnitt 17, welcher radial unterhalb des zweiten Wickelkopfes 9b verläuft und einen vierten sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper 5 herauserstreckenden Zylinderringabschnitt 18, welcher radial oberhalb des zweiten Wickelkopfes 9b verläuft. Hierdurch wird auch der zweite Wickelkopf 9b von einem Ringraum eingefasst, der durch den dritten Zylinderringabschnitt 17 und den vierten Zylinderringabschnitt 18 definiert wird. Hierbei ist es ebenfalls möglich, dass die Zylinderringabschnitte 17,18 zweistückig ausgebildet sind und keine körperliche Verbindung zueinander besitzen, jedoch in dem gleichen Spritzgussprozess an den Statorkörper 5 angespritzt wurden und die Zylinderringabschnitte 15,16 so aus dem gleichen Kunststoff geformt sind.
Auch ist in den Figuren 3-6 gezeigt, dass der zweite sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper 5 herauserstreckende Zylinderringabschnitt 16 radial oberhalb des ersten Wickelkopfes 9a und radial unterhalb des Außendurchmessers 24 des Statorkörpers 5 verläuft. Auch der der vierte sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper 5 herauserstreckende Zylinderringabschnitt 18 ist radial oberhalb des zweiten Wickelkopfes 9b und radial unterhalb des Außendurchmessers 24 des Statorkörpers 5 ausgebildet. Hierdurch kann eine weitere thermische Entkopplung des Wickelkopfbereichs von einer nicht dargestellten Anbindungsstruktur erfolgen.
Die Figuren 3-6 zeigen des Weiteren, dass das Kunststoffspritzgusselement 11 einen ersten Anbindungsabschnitt 19 aufweist, der eine äußere Mantelfläche 20 des Statorkörpers 5 zumindest abschnittsweise überdeckt. Hierdurch kann eine thermische Entkopplung zu einer den Stator 1 aufnehmenden Anbindungsstruktur erreicht werden.
Aus einer Zusammenschau der Figur 2 mit den Figuren 9-11 wird ferner ersichtlich, dass in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei benachbarten Statornuten 6 jeweils ein sich in axialer Richtung durch den Statorkörper 5 erstreckender Statorzahn 21 ausgebildet ist, und das Kunststoffspritzgusselement 11 jeweils eine Stirnfläche 22 eines oder mehrerer Statorzähne 21 überdeckt. Dabei weist das Kunststoffspritzgusselement 11 eine axial aus der Stirnfläche 22 herausragende Kontur 23 auf, welche als Formwerkzeug während des Twistens des entsprechenden Wickelkopfs 9a, 9b dient.
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 Statorkörper
6 Statornuten
7 elektrische Leiter
8 Statorwicklung
9 Wickelkopf
10 Stirnseiten
11 Kunststoffspritzgusselement
12 Nutseitenwände
13 Nutgrund
14 Nutöffnung
15 Zylinderringabschnitt
16 Zylinderringabschnitt
17 Zylinderringabschnitt
18 Zylinderringabschnitt
19 Anbindungsabschnitt
20 Mantelfläche
21 Statorzahn
22 Stirnfläche
23 Kontur
24 Außendurchmesser
25 Werkzeug
26 Rotor

Claims

Ansprüche
1 . Stator (1 ) einer elektrischen Maschine (2), insbesondere für einen Antriebsstrang (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend einen Statorkörper (5) mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper (5) erstreckenden Statornuten (6) in welchen eine aus einer Mehrzahl an elektrischen Leitern (7) bestehende Statorwicklung (8) aufgenommen ist, welche unter Bildung von jeweils einem Wickelkopf (9a, 9b) an den beiden Stirnseiten (10a, 10b) des Statorkörpers (5) austritt, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Statorkörper (5) wenigstens ein Kunststoffspritzgusselement (11 ) in oder an dem Statorkörper (5) angespritzt ist.
2. Stator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Statornuten (6) jeweils sich im Querschnitt in radialer Richtung erstreckende Nutseitenwände (12) und einen Nutgrund (13) aufweisen, wobei das Kunststoffspritzgusselement (11 ) die Nutseitenwände (12) und den Nutgrund (13) vollständig überdeckt.
3. Stator (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Statornuten (6) jeweils eine sich im Querschnitt in radialer Richtung erstreckende Nutöffnung (14) aufweisen, wobei das Kunststoffspritzgusselement (11 ) die Nutöffnung (14) verschließt.
4. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffspritzgusselement (11 ) einen ersten sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper (5) herauserstreckenden Zylinderringabschnitt (15) aufweist, welcher radial unterhalb des ersten Wickelkopfes (9a) verläuft und/oder das Kunststoffspritzgusselement (11 ) einen zweiten sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper (5) herauserstreckenden Zylinderringabschnitt (16) aufweist, welcher radial oberhalb des ersten Wickelkopfes (9a) verläuft, und/oder das Kunststoffspritzgusselement (11 ) einen dritten sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper (5) herauserstreckenden Zylinderringabschnitt (17) aufweist, welcher radial unterhalb des zweiten Wickelkopfes (9b) verläuft und/oder das Kunststoffspritzgusselement (11 ) einen vierten sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper (5) herauserstreckenden Zylinderringabschnitt (18) aufweist, welcher radial oberhalb des zweiten Wickelkopfes (9b) verläuft.
5. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffspritzgusselement (11 ) einen ersten Anbindungsabschnitt (19) aufweist, der eine äußere Mantelfläche (20) des Statorkörpers (5) zumindest abschnittsweise überdeckt.
6. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei benachbarten Statornuten (6) jeweils ein sich in axialer Richtung durch den Statorkörper (5) erstreckender Statorzahn (21 ) ausgebildet ist, und das Kunststoffspritzgusselement (11 ) jeweils eine Stirnfläche (22) eines oder mehrerer Statorzähne (21 ) überdeckt.
7. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffspritzgusselement (11 ) eine axial aus der Stirnfläche (22) herausragende Kontur (23) aufweist, welche als Formwerkzeug während des Twistens des entsprechenden Wickelkopfs (9a, 9b) dient.
8. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper (5) herauserstreckende Zylinderringabschnitt (16) radial oberhalb des ersten Wickelkopfes (9a) und radial unterhalb des Außendurchmessers (24) des Statorkörpers (5) verläuft, und/oder der vierte sich in axialer Richtung aus dem Statorkörper (5) herauserstreckende Zylinderringabschnitt (18) radial oberhalb des zweiten Wickelkopfes (9b) und radial unterhalb des Außendurchmessers (24) des Statorkörpers (5) verläuft,
9. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Zylinderringabschnitt (15) und/oder dem zweiten Zylinderringabschnitt (16) und/oder dem dritten Zylinderringabschnitt (17) und/oder dem vierten Zylinderringabschnitt (18) jeweils wenigstens ein Formschlussmittel zur Anbindung von wenigstens einem Bauteil an den jeweiligen Zylinderringabschnitt (15,16,17,18) aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) einer elektrischen Maschine (2), insbesondere für einen Antriebsstrang (3) eines Kraftfahrzeugs (4), insbesondere eines Stators (1) nach einem der Ansprüche 1-9, umfassend die folgenden Schritte:
• Bereitstellung eines Stators (1) mit einem Statorkörper (5) mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper (5) erstreckenden Statornuten (6) in welchen eine aus einer Mehrzahl an elektrischen Leitern (7) bestehende Statorwicklung (8) positionierbar ist,
• Einlegen des Stators (1) in ein Spritzgusswerkzeug einer Spritzgussmaschine, • Anspritzen wenigstens eines Kunststoffspritzgusselements (11) in oder an dem Statorkörper (5).
Entnahme des Stators (1 ) aus dem Spritzgusswerkzeug.
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