WO2019141722A1

WO2019141722A1 - Stator für eine elektrische maschine und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: WO2019141722A1
Application number: PCT/EP2019/051038
Authority: WO
Inventors: Daniel Oeschger
Original assignee: Brusa Elektronik Ag
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2019-07-25
Also published as: US20210083540A1; EP3741028A1; DE102018101231A1; CN111886780A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor und/oder einen Generator, wobei der Stator ein Statorjoch (100) aufweist, das entlang seines innenliegenden Umfangsrandes sich parallel entlang einer Längsachse LA des Statorjochs (100) erstreckende Längsnuten (101) aufweist, die jeweils von Statorzähnen (102) separiert sind, in die Längsnuten (101) jeweils eine oder mehrere Formlitzen (106) eingebracht sind, die jeweils aus mehreren jeweils elektrisch isolierten Einzeldrähten bestehen, jeweilige Enden (112a,b) der Formlitzen (106) die Längsnuten (101) des Statorjochs (100) an einem jeweiligen Statorjoch köpf (110a,b) verlassen und das Statorjoch (100) entlang parallel zur Längsachse LA verlaufend jeweils um eine vorgegebene Länge L überragen, die Einzeldrähte jeder Formlitze (106) an deren Enden (112a,b) elektrisch leitend verbunden sind, und zumindest ein erstes Ende (112a) einer einen der Statorjochköpfe (110a,b) überragenden ersten Formlitze (106) mit einem zweiten Ende (112b) einer anderen denselben Statorjochkopf (110a,b) überragenden, aus einer anderen Längsnut (104) kommenden zweiten Formlitze (106) zur Ausbildung einer elektrischen Windung über ein separates elektrisch leitendes Verbindungselement (114) miteinander elektrisch leitend gefügt sind, wobei sich das erste Ende (112c) und das zweite Ende (112d) mechanisch nicht berühren.

Description

Stator für eine elektrische Maschine und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Drehfeldmaschine wie einen Elektromotor und/oder einen Generator, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur

Herstellung eines ebensolchen Stators, einen Elektromotor oder einen Generator mit einem ebensolchen Stator, und ein Fahrzeug, d.h. ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Unterwasserfahrzeug, ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug mit einem

ebensolchen Elektromotor und/oder Generator.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stator für eine elektrische Maschine anzugeben, der eine kompaktere Bauweise aufweist und durch einen geringeren Materialeinsatz ein geringeres Gewicht ermöglicht, und so ein gleiches oder höheres Leistungspotential der elektrischen Maschine als bisher im Stand der Technik bekannte Statoren ermöglicht.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor und/oder einen Generator, wobei der Stator ein Statorjoch aufweist, das entlang seines innenliegenden Umfangsrandes sich parallel entlang einer Längsachse LA des Statorjochs erstreckende Längsnuten aufweist, die jeweils von Statorzähnen separiert sind. Das Statorjoch weist vorteilhaft eine

grundsätzlich zylinderförmige Form auf. Die Längsnuten und die Statorzähne sind an der Innenseite dieser Zylinderform angeordnet. In die Längsnuten (zwischen den

Statorzähnen) sind jeweils eine oder mehrere Formlitzen eingebracht, die jeweils aus mehreren, jeweils elektrisch isolierten Einzeldrähten bestehen. Jeweilige Enden der Formlitzen verlassen die Längsnuten des Statorjochs an einem jeweiligen Statorjochkopf und überragen das Statorjoch entlang der Längsachse LA jeweils um eine vorgegebene Länge L.

Vorteilhaft bestehen die Einzeldrähte der Formlitzen aus Kupfer oder einer

Kupferlegierung oder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Vorteilhaft sind alle in die Längsnuten des Statorjochs eingebrachten Formlitzen identisch ausgeführt.

Weiterhin überragen die Enden der Formlitzen das Statorjoch in einer Ausrichtung parallel zur Längsachse LA des Statorjochs bzw. auf dem Statorjoch köpf senkrecht stehend. Die Formlitzen werden dementsprechend nach dem Verlassen der Längsnuten nicht umgebogen. Sie weisen damit eine Gesamtlänge auf, die sich aus der Länge LS des Statorjochs und der jeweiligen Überstände L an den beiden Statorjoch köpfen ermittelt.

Unter dem Begriff„Statorjochkopf“ werden vorliegend die Stirnseiten des Statorjochs verstanden. Diese stehen im Allgemeinen senkrecht zur Längsachse LA des Statorjochs.

Die Gesamtlänge GL einer Formlitze ergibt sich in einer vorteilhaften Variante zu GL = 2 ^* L + LS, wobei LS die Abmessung des Stratorjochs entlang der Längsachse LA angibt. In dieser Variante überragen die jeweiligen Enden der Formlitzen das Statorjoch an beiden Statorjoch köpfen um eine einheitliche Länge L. In einer anderen vorteilhaften Variante überragen die Enden der Formlitzen das Statorjoch bei dem ersten Statorjochkopf um eine einheitliche Länge L1 und bei dem zweiten Statorjochkopf um eine einheitliche Länge L2. In diesem Fall ergibt sich die Gesamtlänge GL einer Formlitze zu: GL = L1 + L2 + LS. Vorteilhaft überragen die Enden der Formlitzen das Statorjoch an dem jeweiligen

Statorjochkopf somit einheitlich um eine konstante Länge L/L1/L2. Die Länge L/L1/L2 ist dabei vorteilhaft derart bemessen, dass das jeweilige Ende einer in das Statorjoch eingefügten Formlitze mechanisch mit einem Ende eines jeweiligen elektrischen

Verbindungselements gefügt und damit auch elektrisch verbunden werden kann. Dabei ist es von Vorteil, die hierfür erforderliche Überstandslänge L so klein wie möglich, aber hinreichend groß zu wählen, so dass der Fügevorgang der Enden der Formlitzen mit dem jeweiligen Verbindungselement hinreichend gut ausgeführt werden kann.

Vorteilhaft ist die Länge L / L1 / L2 aus dem Bereich 2 mm bis 50 mm gewählt, oder die Länge L / L1 / L2 beträgt 15 mm, 7 mm, 19 mm, 13 mm, 15 mm, 20 mm, 23 mm, 2 5mm, 27 mm, 30 mm, 33 mm, 35 mm, 37 mm, 40 mm, 43 mm, 45 mm oder 47 mm. Diese Werte gelten insbesondere für elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, Verwendung finden.

Die Einzeldrähte jeder in die Längsnuten eingebrachten Formlitze sind erfindungsgemäß an deren Enden elektrisch leitend verbunden. Das heißt, in dem Abschnitt, in dem die Einzeldrähte innerhalb des Statorjochs in der jeweiligen Längsnut verlaufen, weisen die Einzeldrähte jeweils eine Isolierung auf, die sie jeweils gegenüber anderen Einzeldrähten der Formlitze, weiteren in die Längsnut eingebrachten Formlitzen und dem Statorjoch elektrisch isolieren. Die elektrische Verbindung der Einzeldrähte ist somit vorteilhaft außerhalb des Statorjochs angeordnet.

Schließlich sind erfindungsgemäß zumindest ein erstes Ende einer einen der

Statorjoch köpfe überragenden ersten Form litze mit einem zweiten Ende einer anderen denselben Statorjoch köpf überragenden, aus einer anderen Längsnut kommenden zweiten Formlitze zur Ausbildung einer elektrischen Windung über ein separates elektrisch leitendes Verbindungselement mechanisch und elektrisch miteinander verbunden, wobei sich das erste Ende und das zweite Ende mechanisch nicht berühren.

Ein solches Verbindungselement verbindet somit zumindest zwei Enden zweier aus verschiedenen Längsnuten des Statorjochs kommende Formlitzen an einem

Statorjochkopf. Je nach Ausgestaltung der Windungen des Stators werden weiterhin erfindungsgemäße Verbindungselemente verwendet, die drei oder mehr Enden von drei oder mehr aus einem der mehreren verschiedenen Längsnuten kommenden Formlitzen an einem Statorjochkopf elektrisch verbinden. Vorteilhaft weisen eines oder mehrere der Verbindungselemente Anschlussschnittstellen zur elektrischen Ansteuerung der aus den Formlitzen und den Verbindungselementen jeweils ausgebildeten elektrischen Windungen auf.

Vorteilhaft ist das leitende Verbindungselement ein Metallbügel, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Vorteilhaft ist das leitende Verbindungselement in seiner Längsrichtung gebogen ausgeführt.

Vorteilhaft weist das Verbindungselement ein stegartiges, heftklammerartiges,

balkenartiges oder U-förmiges Längsprofil auf. Vorteilhaft weist das Verbindungselement entlang seiner Längsrichtung einen Querschnitt auf, der gleich oder kleiner als eine Summe der Querschnitte aller Einzeldrähte einer mit dem Verbindungselement direkt verbundenen Formlitze ist. In einer alternativen Ausführungsform weist das

Verbindungselement entlang seiner Längsrichtung (in Stromflussrichtung) einen

Querschnitt auf, der größer als eine Summe der Querschnitte aller Einzeldrähte einer mit dem Verbindungselement direkt verbundenen Formlitze ist. In einer alternativen

Ausführungsform weist das Verbindungselement entlang seiner Längsrichtung (in

Stromflussrichtung) einen sich verändernden Querschnitt auf, der entlang der

Längsrichtung teils größer, gleich und kleiner als eine Summe der Querschnitte aller Einzeldrähte einer mit dem Verbindungselement direkt verbundenen Formlitze ist. Damit lässt sich der elektrische Widerstand und die damit verbundene lokale Wärmeentwicklung am Verbindungselement entsprechend einstellen. An Stellen hoher lokaler Wärmeentwicklung wird, wie später beschrieben, vorteilhaft ein thermischer Kontakt zu einer Wärmesenke hergestellt, um entstehende Wärme abzuführen. Insbesondere Querschnitte, die Größe sind, als eine Summe der Querschnitte aller Einzeldrähte einer mit dem Verbindungselement direkt verbundenen Formlitze dienen zur Reduktion des elektrischen Widerstandes. Das Verbindungselement weist entlang seiner

Längserstreckung eine dazu senkrecht stehende Breite B und eine zur Längserstreckung und zur Breite B senkrechte stehende Dicke D auf. Vorteilhaft gilt: D < B/2. Vorteilhaft weist das Verbindungselement entlang seiner Längserstreckung zumindest zwei

Abschnitte auf, deren Querschnitte (senkrecht zur Längsachse LA) sich unterscheiden.

Vorteilhaft ist das Verbindungselement aus einem zumindest einfach gefalzten

Metallblech, insbesondere aus Kupferblech hergestellt.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Stators zeichnet sich dadurch aus, dass das Verbindungselement und die damit mechanisch und elektrisch verbundenen Enden der Formlitzen das Statorjoch an jedem Statorkopf insgesamt um eine Länge L / L1 / L2 überragen, die kleiner ist als ein Grenzwert G1 , wobei der Grenzwert G1 kleiner ist, als ein zehnfacher größter Durchmesser D eines Querschnitts der Formlitzen: L/ L1 / L2 <

G1 , wobei gilt: G1 < 10 ^* D.

Insbesondere durch einen minimalen Überstand der Enden der Formlitzen am jeweiligen Statorjoch köpf und die vorgeschlagene Art der elektrischen Verbindung der Enden zweier oder mehrerer Formlitzen an dem jeweiligen Statorjoch köpf über ein elektrisch leitendes separates Verbindungselement ermöglicht eine Reduzierung der Baulänge des Stators mit Windungen. Damit einher gehen entsprechende Materialeinsparungen und somit eine Gewichtsreduktion des vorgeschlagenen Stators.

Vorzugsweise sind die Einzeldrähte jeder der in den Längsnuten des Stators

angeordneten Formlitzen an den beiden Enden der Formlitzen mittels

Ultraschallschweißen mechanisch kompaktiert und elektrisch leitend verbunden. Natürlich sind auch andere bekannte Verfahren zum elektrischen Verbinden der Enden der jeweiligen Einzeldrähte von dem vorliegenden Erfindungsgedanken mit umfasst. So eignen sich beispielsweise auch Widerstandsschweißverfahren oder Lötverfahren zur einfachen Herstellung einer stabilen und elektrisch leitenden Verbindung der Einzeldrähte an den Enden der Formlitze.

Vorteilhaft ist das erste Ende einer den Statorjochkopf überragenden ersten Formlitze mit einem ersten Ende des Verbindungselements und das zweite Ende einer den

Statorjoch köpf überragenden aus einer anderen Längsnut kommenden zweiten Formlitze mit einem zweiten Ende des Elements gefügt. Unter Fügen bzw. dem Fügevorgang wird vorliegend: Schweißen, Löten, Kleben, Klemmen, Schrauben etc. verstanden. Die Enden der Formlitzen sind vorteilhaft fest mit dem Verbindungselement gefügt. Insbesondere vorteilhaft ist das Fügen des ersten Endes der ersten Formlitze mit dem ersten Ende des Verbindungselements und des zweiten Endes der zweiten Formlitze mit dem zweiten Ende des Verbindungselements mittels Laserschweißen erfolgt.

Vorteilhaft weist jede der in die Längsnuten eingebrachten Formlitzen zumindest in dem Bereich der jeweiligen Formlitze, der in der Längsnut verläuft, eine elektrisch isolierende Ummantelung auf, die die jeweilige Formlitze gegenüber gegebenenfalls weiteren in der jeweiligen Längsnut eingebrachten Formlitzen sowie gegenüber dem Statorjoch elektrisch isoliert.

Vorteilhaft sind die Einzeldrähte zumindest einer der Formlitzen verdrillt. Vorteilhaft sind die Einzeldrähte aller Formlitzen verdrillt. Die Einzeldrähte sind vorteilhaft derart verdrillt, dass die Schlaglängen der Verdrillung der Einzeldrähte einer Länge LS des Statorjochs entsprechen oder kleiner sind. Dabei bezeichnet der Begriff„Schlaglänge“ die Länge entlang bspw. einer Verdrillungsachse der betreffenden verdrillten Einzeldrähte, die einer 360° Verdrillung entspricht. Vorteilhaft entsprechen die Schlaglängen der Verdrillungen der Einzeldrähte einem ganzzahligen Teiler der Länge LS des Statorjochs. Vorteilhaft ist die Anzahl der Schläge der Verdrillung entlang der Länge LS, d.h. die Anzahl der 360° Verdrillungen entlang der Länge LS, jeweils ganzzahlig. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können einem Einzeldraht durch Unterverdrillung mehrere Schlaglängen zugeordnet werden.

Vorteilhaft sind ein oder mehrere Enden der Formlitzen elektrisch mit einem

Motorklemmbrett verbunden. Das Motorklemmbrett dient zum elektrischen Anschluss der aus den Formlitzen und den Verbindungselementen bestehenden Windungen des Stators. Vorteilhaft weisen eines oder mehrere der Verbindungselemente eine elektrische Verbindung zu dem Motorklemmbrett auf.

Vorteilhaft sind die Stirnflächen vorzugsweise zumindest eines Drittels aller

Verbindungselemente (vorteilhaft aller Verbindungselemente) eines Statorjochkopfes in einer zur Längsachse LA senkrecht stehenden Ebene angeordnet. Die Stirnflächen der Verbindungselemente sind hierbei die Flächen der Verbindungselemente, die entlang der Längsachse LA am erhabensten gegenüber dem jeweiligen Statorjochkopf sind.

Vorteilhaft weisen die Verbindungselemente eine elektrische Isolierung auf, die

Kurzschlüsse zwischen Verbindungselementen verhindert, d.h. dass jedes der

Verbindungselemente gegenüber anderen, am jeweiligen Statorjochkopf benachbart angeordneten Verbindungselementen elektrisch isoliert ist. Hierzu weisen die

Verbindungselemente bevorzugt selbst eine elektrisch isolierende Oberfläche auf.

Alternativ oder zusätzlich ist zwischen benachbart angeordneten Verbindungselementen ein Isoliermaterial eingebracht.

Vorteilhaft sind ein oder mehrere der Verbindungselemente thermisch mit einer

Wärmesenke verbunden. Durch diese thermische Koppelung können die

Verbindungselemente gekühlt werden, so dass ein beträchtlicher Teil der beim Betrieb der den Stator aufweisenden elektrischen Maschine entstehenden Wärmeenergie abgeführt werden kann.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Elektromotor und/oder einen Generator mit einem Stator, wie vorstehend beschrieben.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Unterwasserfahrzeug, ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug mit einem Elektromotor und/oder einem Generator, wie vorstehend beschrieben.

Ein letzter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stators mit einem Statorjoch für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor und/oder einen Generator. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst folgende Schritte.

In einem Schritt erfolgt ein Bereitstellen eines Statorjochs, das entlang seines

innenliegenden Umfangsrandes sich parallel entlang einer Längsachse LA des

Statorjochs erstreckende Längsnuten aufweist, die jeweils von Statorzähnen separiert sind.

In einem weiteren Schritt erfolgt ein Bereitstellen von Formlitzen, die jeweils aus mehreren jeweils elektrisch isolierten Einzeldrähten bestehen.

In einem weiteren Schritt erfolgt ein Einbringen von einer oder mehrerer der Formlitzen in die jeweiligen Längsnuten, wobei jeweilige Enden der Formlitzen die Längsnuten des Statorjochs an einem jeweiligen Statorjochkopf verlassen und das Statorjoch entlang der Längsachse jeweils um eine vorgegebene Länge L überragen.

In einem weiteren Schritt erfolgt ein mechanisches und elektrisches Verbinden zumindest eines ersten Endes einer einen der Statorjoch köpfe überragenden ersten Formlitze mit einem zweiten Ende einer anderen denselben Statorjoch köpf überragenden, aus einer anderen Längsnut kommenden zweiten Formlitze zur Ausbildung einer elektrischen Windung über ein separates elektrisch leitendes Verbindungselement, wobei sich das erste Ende und das zweite Ende mechanisch nicht berühren.

Vorteilhaft sind die Einzeldrähte jeder der bereitgestellten Formlitzen an deren Enden bereits vor dem Einbringen der Formlitzen in die Längsnuten elektrisch leitend verbunden. Vorteilhaft werden hierzu die Einzeldrähte an den Enden der Formlitzen mittels

Ultraschallschweißen mechanisch kompaktiert und anschließend mit einem

Fügeverfahren, bevorzugt mittels Laserschweißen, elektrisch leitend verbunden.

Alternativ werden die Einzeldrähte jeder der bereitgestellten Formlitzen an deren Enden erst nach dem Einbringen in die jeweiligen Längsnuten des Statorjochs elektrisch leitend verbunden. Dies erfolgt wie vorstehend dargelegt bevorzugt mittels Ultraschall- Kompaktieren und anschließendem Laserschweißen.

Vorteilhaft erfolgt das mechanische und elektrische Verbinden zumindest des ersten Endes der einen Statorjochkopf überragenden ersten Formlitze mit einem zweiten Ende einer anderen denselben Statorjochkopf überragenden, aus einer anderen Längsnut kommenden zweiten Formlitze zur Ausbildung einer elektrischen Windung über ein separates elektrisch leitendes Verbindungselementmittel mittels eines

Schweißverfahrens, insbesondere Laserschweißen, oder eines Lötverfahrens, nach dem die erste und zweite Formlitze in das Statorjoch eingebracht sind.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der zu dem Stator vorstehend gemachten Ausführungen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnungen - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder

funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Fig. 1 Stator mit elektrisch und mechanisch verbundenen Formlitzen (Stand der

Technik),

Fig. 2 schematisierte Darstellung eines Stators gemäß einem

Ausführungsbeispiel der Erfindung

Fig. 3 Aufsicht auf den Statorjochkopf 1 10a des Stators gemäß Fig. 1

Fig. 4 Aufsicht auf den Statorjochkopf 1 10b des Stators gemäß Fig. 1

Fig. 5a Schematisierte Aufsicht auf die Stirnseite eines Verbindungselements 1 14 Fig. 5b Schematisierte Seitenansicht auf ein Verbindungselement gemäß Fig. 5a in einer ersten Variante

Fig. 5c Schematisierte Seitenansicht auf ein Verbindungselement gemäß Fig. 5a in einer zweiten Variante

Fig. 6 schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur

Herstellung eines Stators

Fig. 1 zeigt einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor und/oder einen Generator mit elektrisch und mechanisch verbundenen Formlitzen gemäß dem Stand der Technik. Der dargestellte Stator weist ein grundsätzlich zylinderförmiges Statorjoch 100 auf, das entlang seines innenliegenden Umfangrandes sich parallel entlang einer Längsachse LA des Statorjochs 100 erstreckende Linksnuten (nicht dargestellt) aufweist, die jeweils von Statorzähnen (nicht dargestellt) separiert sind.

In die Längsnuten sind vorliegend jeweils zwei Formlitzen 106 eingebracht, die jeweils aus mehreren, jeweils elektrisch isolierten Einzeldrähten (nicht dargestellt) bestehen. Die jeweiligen Formlitzen 106 verlassen die Längsnuten des Statorjochs 100 an den jeweiligen Statorjoch köpfen 110a,b und verlaufen dann abgewinkelt derart, dass sie zur Ausbildung von Statorwindungen mit jeweils einer anderen Formlitze einer anderen Längsnut an den jeweiligen Enden 112a, 1 12b der Formlitzen mechanisch und elektrisch verbunden sind.

So ist beispielsweise das Ende 1 12b der Formlitze 106a zur Ausbildung einer Windung mit dem Ende 1 12b der Formlitze 106b (verläuft hinter den sichtbaren Formlitzen des Außenrings) elektrisch und mechanisch verbunden. Die Formlitze 106b ist weiterhin mit deren Ende 1 12a direkt mit dem Ende 112a der Formlitze 106c elektrisch und mechanisch verbunden usw. Durch diese Art der elektrischen Verbindungen der Enden 112a, 112b der Formlitzen 106, 106a-c überragt diese Verbindungskonstruktion die Statorjoch köpfe um eine Länge LL.

Fig. 2 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Stators für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor und/oder einen Generator gemäß einem

Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Stator wie in Fig. 1 ein Statorjoch 100 aufweist, das entlang seines innenliegenden Umfangsrandes sich parallel entlang einer Längsachse LA des Statorjochs 100 erstreckende Längsnuten 101 aufweist, die jeweils von Statorzähnen 102 separiert sind. Ebenfalls wie in Fig. 1 sind in die Längsnuten 101 jeweils eine oder mehrere Formlitzen 106 eingebracht, die jeweils aus mehreren jeweils elektrisch isolierten Einzeldrähten (nicht dargestellt) bestehen. Die Einzeldrähte der Formlitzen 106 sind an deren Enden 1 12a,b elektrisch leitend verbunden.

Im Gegensatz zu Fig. 1 verlassen die jeweilige Enden 1 12a, b der Formlitzen 106 die Längsnuten 101 des Statorjochs 100 an dem jeweiligen Statorjochkopf 110a,b parallel zu der Längsachse LA und überragen somit den jeweiligen Statorjochkopf erfindungsgemäß in paralleler Ausrichtung zur Längsachse LA um eine vorgegebene Länge L. Die

Formlitzen 106 verlaufen somit von einem Ende 112a zum gegenüberliegenden Ende 112b im Wesentlichen gerade. Dabei beträgt die Länge L beim linken Statorjoch köpf 1 10a für alle Formlitzen 106 einheitlich L1 und beim rechten Statorjochkopf 11 Ob für alle Formlitzen 106 einheitlich L2. Vorliegend ist L1 + L2. Allerdings sind vorliegend alle Formlitzen 106 gleich lang. In anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen kann gelten: L1 = L2 = L. Für besondere Anwendungen kann die Länge L an einem

Statorjoch köpf 1 10a, b auch für zumindest zwei Formlitzen unterschiedlich sein.

Weiterhin im Gegensatz zu Fig. 1 sind zur Ausbildung von elektrischen Windungen zumindest ein erstes Ende 112a,b einer einen der Statorjochköpfe 1 10a, b überragenden ersten Formlitze 106 mit einem zweiten Ende 1 12a, b einer anderen denselben

Statorjoch köpf 1 10a, b überragenden, aus einer anderen Längsnut 104 kommenden zweiten Formlitze 106 über ein separates elektrisch leitendes Verbindungselement 114 miteinander elektrisch leitend gefügt, wobei sich das erste Ende 1 12a, b und das zweite Ende 1 12a, b mechanisch nicht berühren.

Der Fig. 2 ist weiterhin zu entnehmen, dass einige der Verbindungselemente 114 an ihrer Stirnseite 1 19 koaxial zur Längsachse LA sich über das Statorjoch 100 erhebende Anschlusszapfen 118 aufweisen, die zur elektrischen Kontaktierung der im Stator 100 realisierten Windungen dienen. Einige der Verbindungselemente 1 14 dienen zur elektrischen Verbindung zweier Formlitzen-Enden 1 12a, b. Wiederum einige

Verbindungselemente 1 14 dienen vorliegend zur elektrischen Verbindung dreier

Formlitzen-Enden 112a,b.

Die dargestellten Verbindungselemente 114 sind vorliegend in Längsrichtung gebogene Kupferbänder mit einer Bandbreite D1 bzw. D2 im Bereich von 5 - 40 mm und einer Banddicke von 0,2 - 5 mm. Die gesamte Baulänge BL des dargestellten Stators ergibt sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zu: BL = D1 +L1 + LS + L2 + D2. Im

Vergleich zum Stator der Fig. 1 ist der Stator von Fig. 2, was die Wicklungsführung außerhalb des Statorjochs 100 angeht, kompakter und damit material- und

gewichtssparender aufgebaut.

Der wesentliche Teil der beim Betrieb der elektrischen Maschine entstehenden

Wärmeentwicklung kann durch einen thermischen Kontakt der Verbindungselemente 1 14 mit einer Wärmesenke abgeführt werden. Von Vorteil für die angesprochene thermische Kopplung zur Wäremabfuhr ist hierbei, dass die Stirnseiten 119 der Verbindungselemente 114 am jeweiligen Statorjochkopf 110a, 1 10b im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Längsachse LA liegen. Damit lassen sich bautechnisch einfach verschiedene bekannte Wärmekopplungen realisieren. Wesentlich hier ist, dass die thermische

Kopplung aus einem nicht elektrisch leitenden Material hergestellt ist.

Die Verbindung der aus dem Statorjoch 100 überstehenden Formlitzen-Enden 112a,b mit dem jeweiligen Verbindungselement erfolgt vorteilhaft mittels Ultraschall-Kompaktieren und anschließendem Laserschweißen.

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf den Statorjoch köpf 110a des Statorjochs 100 gemäß Fig. 1. In dieser Aufsicht sind die Stirnseiten der in Längsrichtung jeweils gebogen verlaufenden Verbindungselemente 1 14 gut zu erkennen. Eine Vielzahl der Verbindungselemente 114^** / 1 14^*** verbinden die Enden von zwei das Statorjoch 1 10 am Statorjochkopf 110a überragenden Formlitzen. Einige der Verbindungselemente 1 14^* verbinden die Enden von drei das Statorjoch 1 10 am Statorjochkopf 1 10a überragenden Formlitzen. Weiterhin sind einige der Enden der Formlitzen mit einem Anschlusszapfen 1 18 elektrisch verbunden, der zum Anschluss der im Statorjoch 100 realisierten elektrischen Windungen dient.

Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf den Statorjoch köpf 110b des Statorjochs gemäß Fig. 1. Deutlich zu erkennen sind auch in dieser Aufsicht die Stirnseiten der in Längsrichtung jeweils gebogen verlaufenden Verbindungselemente 1 14. Fig. 5a zeigt eine schematisierte Aufsicht auf die Stirmseite eines Verbindungselements 114 vorzugsweise aus Kupfer.

Fig. 5b zeigt eine schematisierte Seitenansicht auf ein Verbindungselement 114 gemäß Fig. 5a in einer ersten Variante. Fig. 5c zeigt eine schematisierte Seitenansicht auf ein Verbindungselement gemäß Fig. 5a in einer zweiten Variante.

Fig. 6 zeigt eine schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Stators mit einem Statorjoch 100 für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor und/oder einen Generator. Das Verfahren umfasst folgende Schritte.

In einem Schritt 201 erfolgt ein Bereitstellen eines Statorjochs 100, das entlang seines innenliegenden Umfangsrandes sich parallel entlang einer Längsachse LA des

Statorjochs (100) erstreckende Längsnuten (101 ) aufweist, die jeweils von Statorzähnen (102) separiert sind. In einem Schritt 202 erfolgt ein Bereitstellen von Formlitzen 106, die jeweils aus mehreren jeweils elektrisch isolierten Einzeldrähten bestehen. In einem Schritt 203 erfolgt ein Einbringen von einer oder von mehreren Formlitzen 106 in die jeweiligen Längsnuten 101 , wobei jeweilige Enden 1 12a, b der Formlitzen 106 die Längsnuten 101 des Statorjochs 100 an einem jeweiligen Statorjoch köpf 1 10a, b verlassen und das Statorjoch 100 entlang der Längsachse LA jeweils um eine vorgegebene Länge L überragen. In einem Schritt 204 erfolgt ein elektrisch leitendes Fügen zumindest eines ersten Endes 1 12a, b einer einen der Statorjoch köpfe 1 10a, b überragenden ersten Formlitze 106 mit einem zweiten Ende 1 12a, b einer anderen, denselben Statorjochkopf 110a,b überragenden, aus einer anderen Längsnut kommenden zweiten Formlitze 106 zur Ausbildung einer elektrischen Windung über ein separates elektrisch leitendes Verbindungselement 114, wobei sich das erste Ende (1 12a, b) und das zweite Ende 112a,b mechanisch nicht berühren.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele

eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden

Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.

Bezugszeichenliste

100 Statorjoch

101 innenliegende Längsnuten im Statorjoch

102 Statorzähne

103 mechanische und elektrische Verbindung zweier Enden zweier Formlitzen

106 Formlitzen

106a, b,c Formlitzen

110a, b Statorjoch köpf

112a, b Enden der Formlitzen, mit vorzugsweise kompaktierten und elektrisch verbundenen Einzeldrähten

114 Verbindungselement

118 Anschlusszapfen

119 Stirnseite

201 - 204 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche

1. Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor und/oder einen Generator, wobei

- der Stator ein Statorjoch (100) aufweist, das entlang seines innenliegenden

Umfangsrandes sich parallel entlang einer Längsachse LA des Statorjochs (100) erstreckende Längsnuten (101 ) aufweist, die jeweils von Statorzähnen (102) separiert sind,

- in die Längsnuten (101 ) jeweils eine oder mehrere Formlitzen (106) eingebracht sind, die jeweils aus mehreren jeweils elektrisch isolierten Einzeldrähten bestehen,

- jeweilige Enden (1 12a, b) der Formlitzen (106) die Längsnuten (101 ) des

Statorjochs (100) an einem jeweiligen Statorjochkopf (1 10a, b) verlassen und das Statorjoch (100) parallel zur Längsachse LA verlaufend jeweils um eine vorgegebene Länge L überragen,

- die Einzeldrähte jeder Formlitze (106) an deren Enden (1 12a,b) elektrisch leitend verbunden sind, und

- zumindest ein erstes Ende (1 12a, b) einer einen der Statorjoch köpfe (1 10a, b) überragenden ersten Formlitze (106) mit einem zweiten Ende (1 12a, b) einer anderen denselben Statorjochkopf (110a, b) überragenden, aus einer anderen Längsnut (104) kommenden zweiten Formlitze (106) zur Ausbildung einer elektrischen Windung über ein separates elektrisch leitendes

Verbindungselement (1 14) miteinander elektrisch leitend gefügt sind, wobei sich das erste Ende (112a, b) und das zweite Ende (1 12a, b) mechanisch nicht berühren.

2. Stator nach Anspruch 1 ,

bei dem das Verbindungselement (114) als Metallbügel ausgeführt ist.

3. Stator nach Anspruch 1 oder 2,

bei dem das Verbindungselement (114) entlang seiner Längsrichtung gebogen ist.

4. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

bei dem das Verbindungselement (114) als gebogenes Kupferband ausgeführt ist.

5. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

bei dem das Verbindungselement (114) ein stegartiges, heftklammerartiges, balkenartiges oder U-förmiges Längsprofil aufweist.

6. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

bei dem Stirnseiten der Verbindungselemente (114) im Wesentlichen in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Längsachse LA angeordnet ist.

7. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

bei dem die Verbindungselemente (1 14) zwei oder drei sich senkrecht zu einer Längsrichtung des Verbindungselements (1 14) erstreckende Kontaktfortsätze aufweisen.

8. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

bei dem das Verbindungselement (1 14) in Stromflussrichtung, einen sich verändernden Querschnitt aufweist, der teils größer, gleich und kleiner als eine Summe der Querschnitte aller Einzeldrähte einer mit dem Verbindungselement (1 14) direkt verbundenen Formlitze (106) ist.

9. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

bei dem die Enden (112a,b) einer Formlitze die Statorjoch köpfe (110a,b) jeweils um eine Länge L überragen, die kleiner ist als ein Grenzwert G1 , wobei der Grenzwert G1 kleiner ist, als ein zehnfacher größter Durchmesser D eines Querschnitts der Formlitzen: G1 < 10 ^* D.

10. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

bei dem die Einzeldrähte jeder Formlitze (106) an deren Enden (1 12a,b) mittels Ultraschall mechanisch kompaktiert und mittels Laserschweißen elektrisch leitend verbunden sind.

11. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

bei dem das erste Ende (112a,b) mit einem ersten Ende des Verbindungselements (1 14) und das zweite Ende (112a, b) mit einem zweiten Ende des

Verbindungselements (1 14) mittels Laserschweißen elektrisch leitend fest gefügt sind.

12. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,

bei dem jede der Formlitzen (106) zumindest in dem Bereich, in dem die Formlitzen (106) in den Längsnuten (101 ) verlaufen, eine elektrisch isolierende Ummantelung aufweist, die die jeweilige Formlitze (106) gegenüber gegebenenfalls weiteren in der jeweiligen Längsnut (101 ) eingebrachten Formlitzen (106) sowie gegenüber dem Statorjoch (100) elektrisch isoliert.

13. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

bei dem das leitende Verbindungselement (114) in seiner Längsrichtung gebogen ausgeführt ist.

14. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

bei dem Stirnflächen mindestens eines Drittels aller gefügten Verbindungselemente (1 14) eines Statorjochkopfes (1 10a, b) in einer zur Längsachse LA im Wesentlichen senkrecht stehenden Ebene liegen.

15. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

bei dem eines oder mehrere der Verbindungselemente (1 14) thermisch mit einer Wärmesenke verbunden sind.

16. Elektromotor oder Generator mit einem Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 15.

17. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, Schienenfahrzeug, Wasserfahrzeug,

Unterwasserfahrzeug, Raumfahrzeug, Golfkart, oder seilgeführtes Shuttle,

Flurförderzeug, Hebezeug, Fluggerät, Baumaschine, Werkzeugmaschine mit einem Elektromotor oder Generator nach Anspruch 16.

18. Verfahren zur Herstellung eines Stators mit einem Statorjoch (100) für eine

elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor und/oder einen

Generator, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen (201 ) eines Statorjochs (100), das entlang seines innenliegenden

- Bereitstellen (202) von Formlitzen (106), die jeweils aus mehreren jeweils

elektrisch isolierten Einzeldrähten bestehen,

- Einbringen (203) von einer oder von mehreren Formlitzen (106) in die jeweiligen Längsnuten (101 ), wobei jeweilige Enden (112a, b) der Formlitzen (106) die Längsnuten (101 ) des Statorjochs (100) an einem jeweiligen Statorjochkopf (1 10a, b) verlassen und das Statorjoch (100) parallel zur Längsachse LA verlaufend jeweils um eine vorgegebene Länge L überragen,

- zumindest ein erstes Ende (1 12a, b) einer einen der Statorjoch köpfe (1 10a, b) überragenden ersten Formlitze (106) mit einem zweiten Ende (1 12a, b) einer anderen, denselben Statorjochkopf (1 10a, b) überragenden, aus einer anderen Längsnut kommenden zweiten Formlitze (106) zur Ausbildung einer elektrischen Windung über ein separates elektrisch leitendes Verbindungselement (114) ) miteinander elektrisch leitend Fügen (204), wobei sich das erste Ende (1 12a, b) und das zweite Ende (112a,b) mechanisch nicht berühren.