WO2019007572A1 - Stator einer elektrischen maschine - Google Patents

Stator einer elektrischen maschine Download PDF

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WO2019007572A1
WO2019007572A1 PCT/EP2018/062379 EP2018062379W WO2019007572A1 WO 2019007572 A1 WO2019007572 A1 WO 2019007572A1 EP 2018062379 W EP2018062379 W EP 2018062379W WO 2019007572 A1 WO2019007572 A1 WO 2019007572A1
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grooves
tooth
electrical conductors
teeth
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Stefan Ossenkopp
Patrick Fruehauf
Kilian Ertl
Alexander Kudlek
Patrick Heuser
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02K1/165—Shape, form or location of the slots
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
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    • H02K15/065—Windings consisting of complete sections, e.g. coils, waves
    • H02K15/067—Windings consisting of complete sections, e.g. coils, waves inserted in parallel to the axis of the slots or inter-polar channels
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    • H02K3/00—Details of windings
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a stator of an electric machine according to the preamble of the main claim.
  • stator of an electric machine from US 2015/0280507 AI, with a stator core having grooves for receiving electrical conductors of a multi-phase winding and formed between the grooves and opposite a stator yoke of the stator in the radial direction with respect to a stator axis protruding stator teeth .
  • the multi-phase winding is first produced ready. Subsequently, the multi-phase winding is introduced into the grooves of the stator by the stator is divided into stator segments, which in the radial direction with respect to the stator axis in the
  • Stator teeth tooth heads are provided and still a radial insertion of the electrical conductor is possible in the grooves of the stator. This is inventively achieved by the tooth tips of the stator teeth are deformed so that they protrude to the adjacent grooves.
  • the radial introduction of the electrical conductors into the slots of the stator or the radial introduction of the stator teeth between the electrical conductors of the multi-phase winding facilitates the manufacture or assembly of the stator.
  • tooth tips can be used to hold a slot insulation, for example in the form of a slot insulation paper.
  • the tooth heads are each connected via a connecting web with their stator tooth, wherein the connecting web has a smaller width than the stator tooth. It is very advantageous if the connecting web in each case has a recess on its sides facing the adjacent grooves. In this way, a slight deformability of the tooth tips of the stator is achieved.
  • the Umformschenkel are formed in this way arcuate, but may alternatively be designed in a straight line.
  • stator is formed integrally with respect to a stator axis in the circumferential direction or is composed of a plurality of stator segments.
  • the design with the stator segments allows a radial Feeding the stator segments in the multi-phase winding or between the electrical conductors of the multi-phase winding.
  • FIG.l shows a partial view of the stator according to the invention with undeformed
  • FIG. 2 shows a partial view of the stator according to the invention according to Fig.l with deformed tooth heads and
  • FIG. 3 shows a mounting device for mounting the stator according to the invention.
  • Fig.l shows a partial view of the stator according to the invention with undeformed
  • Fig. 2 shows a partial view of the stator according to the invention according to Fig.l with deformed tooth heads.
  • the stator 1 comprises a stator stack 2 of stacked lamellae, which has grooves 3 for receiving electrical conductors 4 of a polyphase winding 5 and stator teeth 8 formed between the slots 3 and projecting relative to a stator yoke 6 of the stator packet 2 in the radial direction relative to a stator axis 7.
  • the stator teeth 8 have, at their ends remote from the stator yoke 6, in each case one tooth head 9 widened with respect to the respective stator tooth 8.
  • the tooth heads 9 of the stator teeth 8 are deformed in such a way that they protrude toward the adjacent grooves 3 (FIG. 2).
  • two Umformschenkel 10 (Fig.l) are provided on the tooth heads 9, of which the one Umformschenkel 10.1 to the one adjacent groove 3 out and the other Umformschenkel 10.2 to the other adjacent groove 3 formed out, in particular bent , is (Fig.2).
  • Fig.2 To this Way form the two forming legs 10 of the stator teeth 8 each with the remaining part of its stator tooth 8 a T-shape.
  • the tooth heads 9 are each connected via a connecting web 11 with its stator tooth 8, the connecting web 11 each having a smaller width than the associated stator tooth 8
  • Connecting web 11 has at its adjacent grooves 3 sides facing each indentation 12, which may be formed in cross section, for example, U-shaped, V-shaped, arcuate or oval-shaped.
  • the bent ones may be formed in cross section, for example, U-shaped, V-shaped, arcuate or oval-shaped.
  • Forming leg 10 of the stator teeth 8 may be arcuately shaped and thereby form an inner circumferential surface of the stator with a certain radius.
  • the bent Umformschenkel 10 of the stator teeth 8 can also be designed in each case in a straight line.
  • stator 1 and the stator 2 in
  • Stator segments 15 assembled, which together form the annular stator 1 and the stator 2.
  • the stator segments 15 may, for example, be welded together or held together by shrinking a housing ring.
  • the stator 1 or the stator 2 may be formed in one piece in the circumferential direction with respect to the stator axis 7 seen.
  • FIG. 3 shows a mounting device for mounting the stator according to the invention.
  • the electrical conductors 4 of the polyphase winding 5 are arranged in the slots 3 of the stator 2 of the stator 1 and then the forming legs 10 of the tooth heads 9 in a first
  • the electrical conductors 4 of the multi-phase winding 5 are temporally before arranging in the grooves 3, for example, to loop-shaped or
  • the arrangement of the electrical conductors 4 in the grooves 3 of the stator 2 is carried out by radially moving the electrical conductors 4 of the polyphase winding 5 in the
  • the Statorjoch 6 facing away surfaces of the Umformschenkel 10 of the stator 9 can in the first forming step or in a subsequent second
  • Forming step are deformed such that an inner circumferential surface 18 of the stator 1 is achieved with a constant radius R.

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Es ist schon ein Stator einer elektrischen Maschine bekannt, mit einem Statorpaket, das Nuten zur Aufnahme von elektrischen Leitern einer Mehrphasenwicklung und zwischen den Nuten gebildete und gegenüber einem Statorjoch des Statorpakets in radialer Richtung bezüglich einer Statorachse vorstehende Statorzähne aufweist. Bei der Herstellung dieses Stators wird zunächst die Mehrphasenwicklung fertig hergestellt. Anschließend wird die Mehrphasenwicklung in die Nuten des Statorpakets eingebracht, indem das Statorpaket in Statorsegmente geteilt ist, die in radialer Richtung bezüglich der Statorachse in die Mehrphasenwicklung geschoben werden. Um dabei das radiale Einfädeln der elektrischen Leiter der Mehrphasenwicklung in die Nuten zu ermöglichen, sind an den Statorzähnen keine Zahnköpfe ausgebildet, was elektromagnetische Nachteile mit sich bringt. Bei dem erfindungsgemäßen Statorwird die Herstellung vereinfacht und werden Eisenverluste verringert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zahnköpfe (9) der Statorzähne (8) derart verformt sind, dass sie zu den benachbarten Nuten (3) hin auskragen.

Description

Beschreibung Titel
Stator einer elektrischen Maschine Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Stator einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Stator einer elektrischen Maschine aus der US 2015/0280507 AI bekannt, mit einem Statorpaket, das Nuten zur Aufnahme von elektrischen Leitern einer Mehrphasenwicklung und zwischen den Nuten gebildete und gegenüber einem Statorjoch des Statorpakets in radialer Richtung bezüglich einer Statorachse vorstehende Statorzähne aufweist. Bei der Herstellung dieses Stators wird zunächst die Mehrphasenwicklung fertig hergestellt. Anschließend wird die Mehrphasenwicklung in die Nuten des Statorpakets eingebracht, indem das Statorpaket in Statorsegmente geteilt ist, die in radialer Richtung bezüglich der Statorachse in die
Mehrphasenwicklung geschoben werden. Um dabei das radiale Einfädeln der elektrischen Leiter der Mehrphasenwicklung in die Nuten zu ermöglichen, sind an den Statorzähnen keine Zahnköpfe ausgebildet, was elektromagnetische Nachteile mit sich bringt. Aus der WO 2002/069472 AI ist ein Stator mit einem Statorpaket bekannt, das Nuten zur Aufnahme von elektrischen Leitern einer Mehrphasenwicklung und zwischen den Nuten gebildete und gegenüber einem Statorjoch des Statorpakets in radialer Richtung bezüglich einer Statorachse vorstehende Statorzähne aufweist, die an ihren dem Statorjoch abgewandten Enden jeweils einen gegenüber dem jeweiligen Statorzahn verbreiterten Zahnkopf aufweisen.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Stator einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass an den
Statorzähnen Zahnköpfe vorgesehen sind und trotzdem eine radiale Einführung der elektrischen Leiter in die Nuten des Stators möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Zahnköpfe der Statorzähne derart verformt sind, dass sie zu den benachbarten Nuten hin auskragen. Die radiale Einführung der elektrischen Leiter in die Nuten des Stators bzw. die radiale Einführung der Statorzähne zwischen die elektrischen Leiter der Mehrphasenwicklung erleichtert die Herstellung bzw. Montage des Stators. Durch das Vorsehen der Zahnköpfe wird elektromagnetisch ein
sinusförmigeres Luftspaltfeld und eine Verringerung der Drehmomentwelligkeit und der Eisenverluste erreicht. Außerdem können die Zahnköpfe zum Halten einer Nutisolation, beispielsweise in Form eines Nutisolationspapiers, verwendet werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Stators möglich. Besonders vorteilhaft ist, wenn an den Zahnköpfen jeweils zwei Umformschenkel vorgesehen sind, von denen der eine Umformschenkel zu der einen benachbarten Nut hin und der andere Umformschenkel zur anderen benachbarten Nut hin umgeformt, insbesondere umgebogen, ist. Auf diese Weise wird eine leichte Verformbarkeit der Zahnköpfe des Stators erreicht.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Zahnköpfe jeweils über einen Verbindungssteg mit ihrem Statorzahn verbunden sind, wobei der Verbindungssteg eine kleinere Breite aufweist als der Statorzahn. Sehr vorteilhaft ist es, wenn dass der Verbindungssteg an seinen den benachbarten Nuten zugewandten Seiten jeweils eine Einbuchtung aufweist. Auf diese Weise wird eine leichte Verformbarkeit der Zahnköpfe des Stators erreicht.
Auch vorteilhaft ist, wenn die Umformschenkel der Statorzähne eine innere
Mantelfläche des Stators mit einem bestimmten Radius bilden. Die Umformschenkel sind auf diese Weise bogenförmig ausgebildet, können alternativ aber auch geradlinig ausgeführt sein.
Des Weiteren vorteilhaft ist, wenn der Stator in Umfangsrichtung bezüglich einer Statorachse gesehen einstückig ausgebildet oder aus mehreren Statorsegmenten zusammengesetzt ist. Die Ausführung mit den Statorsegmenten ermöglicht eine radiale Zuführung der Statorsegmente in die Mehrphasenwicklung bzw. zwischen die elektrischen Leiter der Mehrphasenwicklung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig.l zeigt eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Stators mit unverformten
Zahnköpfen,
Fig.2 eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Stators nach Fig.l mit verformten Zahnköpfen und
Fig.3 eine Montagevorrichtung zur Montage des erfindungsgemäßen Stators.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig.l zeigt eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Stators mit unverformten
Zahnköpfen. Fig. 2 zeigt eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Stators nach Fig.l mit verformten Zahnköpfen.
Der erfindungsgemäße Stator 1 umfasst ein Statorpaket 2 aus gestapelten Lamellen, das Nuten 3 zur Aufnahme von elektrischen Leitern 4 einer Mehrphasenwicklung 5 und zwischen den Nuten 3 gebildete und gegenüber einem Statorjoch 6 des Statorpakets 2 in radialer Richtung bezüglich einer Statorachse 7 vorstehende Statorzähne 8 aufweist. Die Statorzähne 8 haben an ihren dem Statorjoch 6 abgewandten Enden jeweils einen gegenüber dem jeweiligen Statorzahn 8 verbreiterten Zahnkopf 9.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zahnköpfe 9 der Statorzähne 8 derart verformt sind, dass sie zu den benachbarten Nuten 3 hin auskragen (Fig.2).
Zur leichten Verformung der Zahnköpfe 9 sind an den Zahnköpfen 9 jeweils zwei Umformschenkel 10 (Fig.l) vorgesehen, von denen der eine Umformschenkel 10.1 zu der einen benachbarten Nut 3 hin und der andere Umformschenkel 10.2 zur anderen benachbarten Nut 3 hin umgeformt, insbesondere umgebogen, ist (Fig.2). Auf diese Weise bilden die beiden Umformschenkel 10 eines der Statorzähne 8 jeweils mit dem übrigen Teil ihres Statorzahns 8 eine T-Form. Die Zahnköpfe 9 sind jeweils über einen Verbindungssteg 11 mit ihrem Statorzahn 8 verbunden, wobei der Verbindungssteg 11 jeweils eine kleinere Breite aufweist als der zugehörige Statorzahn 8. Der
Verbindungssteg 11 weist an seinen den benachbarten Nuten 3 zugewandten Seiten jeweils eine Einbuchtung 12 auf, die im Querschnitt beispielsweise U-förmig, V-förmig, bogenförmig oder ovalförmig ausgebildet sein kann. Die umgebogenen
Umformschenkel 10 der Statorzähne 8 können bogenförmig geformt sein und dadurch eine innere Mantelfläche des Stators mit einem bestimmten Radius bilden. Alternativ können die umgebogenen Umformschenkel 10 der Statorzähne 8 auch jeweils geradlinig ausgeführt sein.
Nach dem Ausführungsbeispiel ist der Stator 1 bzw. das Statorpaket 2 in
Umfangsrichtung bezüglich der Statorachse 7 gesehen aus mehreren
Statorsegmenten 15 zusammengesetzt, die gemeinsam den ringförmigen Stator 1 bzw. das Statorpaket 2 bilden. Die Statorsegmente 15 können beispielsweise miteinander verschweißt oder durch Aufschrumpfen eines Gehäuserings zusammengehalten sein. Alternativ kann der Stator 1 bzw. das Statorpaket 2 auch in Umfangsrichtung bezüglich der Statorachse 7 gesehen einstückig ausgebildet sein.
Fig.3 zeigt eine Montagevorrichtung zur Montage des erfindungsgemäßen Stators.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stators 1 werden die elektrischen Leiter 4 der Mehrphasenwicklung 5 in den Nuten 3 des Statorpakets 2 des Stators 1 angeordnet und anschließend die Umformschenkel 10 der Zahnköpfe 9 in einem ersten
Umformschritt derart verformt, dass die Umformschenkel 10 zu den Nuten 3 hin auskragen. Die elektrischen Leiter 4 der Mehrphasenwicklung 5 werden zeitlich vor dem Anordnen in den Nuten 3 beispielsweise zu schleifenförmigen oder
wellenförmigen Wicklungselementen 16 geformt und anschließend in einer
gemeinsamen Haltevorrichtung 17 zur Bildung der Mehrphasenwicklung 5 angeordnet.
Das Anordnen der elektrischen Leiter 4 in den Nuten 3 des Statorpakets 2 erfolgt durch radiales Bewegen der elektrischen Leiter 4 der Mehrphasenwicklung 5 in der
Haltevorrichtung 17, beispielsweise mittels von Schienen 19, bis in die Nuten 3 des Stators 1 oder alternativ in umgekehrter Weise durch Bereitstellen von einzelnen
Statorsegmenten 15 in der Haltevorrichtung 17 und radiales Bewegen der einzelnen Statorsegmente 15 in der Haltevorrichtung 17 zur Mehrphasenwicklung 5 hin, so dass die Statorsegmente 15 in der Endposition zu einem ringförmigen Stator
zusammengesetzt und die elektrischen Leiter 4 der Mehrphasenwicklung 5 in bestimmten Nuten 3 des Stators 1 zu liegen kommen.
Die dem Statorjoch 6 abgewandten Flächen der Umformschenkel 10 der Statorköpfe 9 können in dem ersten Umformschritt oder in einem nachträglichen zweiten
Umformschritt derart verformt werden, dass eine innere Mantelfläche 18 des Stators 1 mit einem konstanten Radius R erreicht ist.

Claims

Ansprüche
1. Stator (1) einer elektrischen Maschine, mit einem Statorpaket (2), das Nuten (3) zur Aufnahme von elektrischen Leitern (4) einer Mehrphasenwicklung (5) und zwischen den Nuten (3) gebildete und gegenüber einem Statorjoch (6) des Statorpakets (2) in radialer Richtung bezüglich einer Statorachse (7) vorstehende Statorzähne (8) aufweist, die an ihren dem Statorjoch (6) abgewandten Enden jeweils einen gegenüber dem jeweiligen Statorzahn (8) verbreiterten Zahnkopf (9) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnköpfe (9) der Statorzähne (8) derart verformt sind, dass sie zu den benachbarten Nuten (3) hin auskragen. 2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Zahnköpfen (9) jeweils zwei Umformschenkel (10,10.1,10.2) vorgesehen sind, von denen der eine Umformschenkel (10.1) zu der einen benachbarten Nut (3) hin und der andere Umformschenkel (10.
2) zur anderen benachbarten Nut (3) hin umgeformt, insbesondere umgebogen, ist.
3. Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnköpfe (9) jeweils über einen Verbindungssteg (11) mit ihrem Statorzahn (8) verbunden sind, wobei der Verbindungssteg (11) eine kleinere Breite aufweist als der Statorzahn (8).
4. Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (11) an seinen den benachbarten Nuten (3) zugewandten Seiten jeweils eine
Einbuchtung (12)aufweist.
5. Stator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Umformschenkel (10) der Statorzähne (8) eine innere Mantelfläche des Stators (1) mit einem bestimmten Radius (R) bilden.
6. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) in Umfangsrichtung bezüglich einer Statorachse (7) gesehen einstückig ausgebildet oder aus mehreren Statorsegmenten (15)
zusammengesetzt ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet, durch die Schritte
a. Anordnen von elektrischen Leitern (4) der Mehrphasenwicklung (5) in Nuten (3) eines Statorpakets (2) des Stators (1),
b. Verformen der Umformschenkel (10) der Zahnköpfe (9) in einem ersten Umformschritt derart, dass die Umformschenkel (10) zu den Nuten (3) hin auskragen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (4) vor dem Anordnen in den Nuten (3) zu schleifenförmigen oder wellenförmigen Wicklungselementen (16) geformt und die Wicklungselemente (16) in einer gemeinsamen Haltevorrichtung (17) zur Bildung der Mehrphasenwicklung (5) angeordnet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen der elektrischen Leiter (4) in den Nuten (3) des Statorpakets (2) erfolgt durch radiales Einschieben der elektrischen Leiter (4) der Mehrphasenwicklung (5) in die Nuten (3) des Stators (1).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen der elektrischen Leiter (4) in den Nuten (3) des Statorpakets (2) erfolgt durch Bereitstellen von einzelnen Statorsegmenten (15) und radiales Bewegen der einzelnen Statorsegmente (15) zur Mehrphasenwicklung (5) hin, so dass die Statorsegmente (15) zu dem Stator (1) zusammengesetzt und die elektrischen
Leiter (4) der Mehrphasenwicklung (5) in bestimmten Nuten (3) des Stators (1) zu liegen kommen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Statorjoch (6) abgewandten Flächen der Umformschenkel (10) der
Statorköpfe (9) in dem ersten Umformschritt oder in einem nachträglichen zweiten Umformschritt derart verformt werden, dass eine innere Mantelfläche (18) des Stators (1) mit einem konstanten Radius (R) erreicht ist.
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