WO2021047721A1 - Elektrische maschine mit schultern zwischen mehreren leitern und laschen eines wicklungsaufnahmebereiches eines stators oder eines rotors - Google Patents

Elektrische maschine mit schultern zwischen mehreren leitern und laschen eines wicklungsaufnahmebereiches eines stators oder eines rotors Download PDF

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WO2021047721A1
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tabs
stator
electrical machine
shoulder
conductors
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PCT/DE2020/100743
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Michael Marsetz
Fabian Oehler
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to an electrical machine for driving a (hybrid or purely electrically driven) motor vehicle, such as a car, truck, bus or other utility vehicle, with a stator and a rotor mounted rotatably relative to the stator, the stator or the rotor with a winding receiving area having a plurality of radially extending longitudinal slots distributed in a circumferential direction, and each longitudinal slot being provided on a radial side with an opening, which opening is limited in its width by two ends of two tabs directed towards one another in the circumferential direction.
  • a motor vehicle such as a car, truck, bus or other utility vehicle
  • a stator and a rotor mounted rotatably relative to the stator the stator or the rotor with a winding receiving area having a plurality of radially extending longitudinal slots distributed in a circumferential direction, and each longitudinal slot being provided on a radial side with an opening, which opening is limited in its width by two ends of two tabs directed towards one
  • FIG. 8 A generic electrical machine known from the prior art can be seen in FIG. 8 in the area of its stator 2.
  • a plurality of conductors 10 are accommodated within a longitudinal slot 4 of the stator 2.
  • the area of the longitudinal slot 4 receiving the conductor 10 is limited by a wedge K ei.
  • the wedge K is inserted into a receiving contour, whereby inside half of the wedge K remaining tabs are formed, which limit an opening to the environment.
  • each longitudinal slot is provided radially between a chamber area accommodating several conductors and the two tabs with at least one shoulder reducing a width (dimension in the circumferential direction) of the chamber area, the ladder in a radial direction on the at least one shoulder Shoulder are supported.
  • a radial area is created within the conductor through which the magnetic field lines are deflected significantly less abruptly towards the tabs. This increases the efficiency of the electrical machine.
  • the conductors are also supported directly by this shoulder, which means that additional elements such as support wedges are avoided.
  • the at least one shoulder is spaced apart radially from the two tabs, a radial area is made available within which the magnetic flux lines are diverted even more gently. In this context, it is therefore further advantageous if a width of the longitudinal slot remains the same or is further reduced radially from the at least one shoulder in the direction of the tabs.
  • a sensor preferably in the form of a temperature sensor, is arranged in a cavity formed between the at least one shoulder and the tabs.
  • the one located between the at least one shoulder and the tabs is part of a coolant duct and consequently forms the coolant duct. This directly cools the electrical machine and makes it even more powerful.
  • each tab has a conical side flank facing the conductors, the result is an even gentler deflection of the magnetic field lines.
  • each side flank is set in such a way that it runs away from the conductors in the direction of the end.
  • the contour of the longitudinal slot can be produced as simply as possible.
  • the winding receiving area is advantageously formed by a plurality of individual metal sheets arranged as a stack.
  • the at least one shoulder and preferably also the entire longitudinal slot (including the tabs), is produced by punching.
  • an electrical machine with a groove shoulder in front of the tooth tip is implemented in a stator or a rotor.
  • Invention according to a beveled or grooved shoulder is provided in order to place the corre sponding conductor (and an insulation paper) exactly in a groove. This also influences the magnetic field lines.
  • the geometry of the groove shoulder can easily be adapted according to the winding or the insulation paper.
  • the groove shoulder prevents the turns from falling out or slipping out of the groove in the radial direction.
  • Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of an electrical machine according to the invention according to a first exemplary embodiment with a stator shown in detail, the section plane being selected so that several longitudinal slots forming a winding receiving area, distributed in the circumferential direction, can be clearly seen,
  • FIG. 2 shows a detailed view of the stator used in FIG. 1 in the area of a longitudinal slot
  • Fig. 3 is a detailed view of the stator, similar to Fig. 2, now several magnetic flux lines built up in operation are shown schematically,
  • Fig. 5 is a detailed view of a longitudinal slot of an electrical machine according to the invention's rule according to a second embodiment, wherein in comparison to the first embodiment in a cavity of the longitudinal slot between several conductors and two tabs of the Wicklungsier receiving area, a temperature sensor is used,
  • FIG. 6 shows a front view of a stator of an electrical machine according to the invention implemented according to a third exemplary embodiment, the stator now having four fastening means receiving holes,
  • FIG. 7 shows a detailed view of the stator according to FIG. 6 in the area of three longitudinal slots, as well as
  • FIG. 8 shows a detailed view of a stator of the prior art in the area of a longitudinal slot.
  • the figures are only of a schematic nature and are used exclusively for understanding the invention.
  • the same elements are provided with the same reference numerals.
  • the different features of the various exemplary embodiments can also be freely combined with one another.
  • FIG. 1 initially shows a basic structure of an electrical machine 1 according to the invention based on a first exemplary embodiment.
  • the electric machine 1 is used as a drive machine in a drive train of a hybrid or purely electric motor vehicle.
  • the electrical machine 1 has, in the usual way, a stator 2 which is fixed to the housing and a rotor 3 which is rotatably mounted relative to this stator 2.
  • the electrical machine 1 is implemented as an internal rotor and the Ro tor 3 is consequently received radially inside the annular stator 2.
  • a winding receiving area 5 designed according to the invention and described in more detail below is implemented in the stator 2.
  • the rotor 3 is consequently equipped with a plurality of magnets which interact with the winding receiving area 5 during operation.
  • a reverse arrangement is selected so that the rotor 3 is equipped directly with the winding receiving area 5.
  • the objectively used th directional information axially, radially and in the circumferential direction / tangentially to an axis of rotation 19 of the rotor 3 are related. Consequently, the axial / axial direction is a direction along / parallel to the axis of rotation 19, the radial / radial direction is a direction perpendicular to the axis of rotation 19 and the circumferential direction is a direction along a circular line running coaxially around the axis of rotation 19.
  • the stator 2 has a plurality of individual metal sheets 17, which are stacked in the axial direction and are implemented as identical parts. One of these individual sheets 17 can be seen in FIG. 1. Each individual sheet 17 and consequently also the entire stacking package / Laminated core on individual laminations 17 is provided with a plurality of longitudinal slots 4 that run in the axial direction and are open inward in the radial direction. These longitudinal slots 4 together form the winding receiving area 5.
  • the longitudinal slots 4 are all implemented the same and are evenly distributed in the circumferential direction.
  • a multiplicity of rod-shaped conductors 10 here six conductors 10
  • which serve to form a corresponding coil winding / coil is arranged within the respective longitudinal slot 4.
  • the longitudinal slot 4 shown as representative for all other longitudinal slots 4 has a chamber region 11 running (exclusively) in the radial direction and having a constant width / constant dimension in the circumferential direction.
  • the cross-sectional view of FIGS. 2 and 4 have a rectangular shape.
  • the conductors 10 are accommodated in the chamber area 11, forming a conductor package / winding package.
  • the conductors 10 are entirely wrapped with an insulating paper 20.
  • the conductor package, i.e. the conductors 10 with the insulation paper 20, are jointly secured in position in the chamber area 11 in the radial direction.
  • two shoulders 12a, 12b projecting in the circumferential direction serve to radially secure the conductors 10, of which only one shoulder 12a or 12b is provided in further embodiments according to the invention.
  • two tabs 9a, 9b directed towards one another in the circumferential direction are implemented as a single material with the respective single sheet 17 / the section of the stator 2 forming the chamber area 11.
  • a first tab 9a consequently has a (first) free end 8a which is directed in the circumferential direction in the opposite direction / facing towards a (second) free end 8b of the second tab 9b.
  • the two tabs 9a, 9b are essentially dimensioned the same.
  • the two ends 8a, 8b of the tabs 9a, 9b are spaced apart in the circumferential direction, so that a radial opening 7 is formed between them.
  • the radial opening 7 is in this embodiment is arranged on a first radial side 6a in the form of a radial inner side of the conductor 10.
  • a continuously encircling ring area 21 of the respective individual sheet 17 extends, as can be seen in FIG. 1.
  • the tabs 9a, 9b consequently form together a tooth head 24 of the stator 2.
  • the two shoulders 12a, 12b like the tabs 9a, 9b, are arranged on opposite peripheral sides. While a first shoulder 12a is arranged on the same circumferential side as the first tab 9a, a second shoulder 12b is arranged on the same circumferential side as the second tab 9b.
  • the two shoulders 12a, 12b have the same dimensions.
  • the shoulders 12a, 12b are arranged radially outside of the tabs 9a, 9b.
  • the shoulders 12a, 12b are spaced apart in a radial direction from the tabs 9a, 9b, so that a corresponding cavity 13 is formed between the inside of the conductor 10 and the tabs 9a, 9b.
  • the shoulders 12a, 12b which also serve as a radial stop / as a radial securing device for the conductors 10, the step-like transition of the magnetic field lines to be seen in FIG. 3 results during operation.
  • the shoulders 12a, 12b are designed so that they reduce the width of the chamber area 11 / are set from the peripheral side edges of the chamber area 11 in the circumferential direction.
  • the longitudinal slot 4 again extends over a transition area 23 to the tabs 9a, 9b.
  • the transition area 23 here has a constant width (dimension in the circumferential direction Rich) and delimits the cavity 13 with.
  • the tabs 9a, 9b in turn extend away to a radial inside of the transition region 23.
  • the tabs 9a, 9b are furthermore provided with side flanks 16a, 16b that run conically in the circumferential direction on a radial side facing the conductors 10.
  • a first side flank 16a (of the first tab 9a) thus increases its distance from the conductors 10 to the along its course free end 8a out.
  • a second side flank 16b (of the second tab 9b) increases its distance from the conductors 10 to the free end 8b along its course.
  • a further component can in principle be attached in the cavity 13.
  • a sensor 14 in the form of a temperature sensor is integrated in the cavity 13.
  • this cavity 13 is designed as part of a coolant duct 15 of a cooling device.
  • a coolant flows axially through this cavity 13 / the stator 2.
  • the opening 7 between the two tabs 9a, 9b is also closed by a cover.
  • tabs 9a, 9b have a non-conical extension and are consequently provided with straight side flanks 16a, 16b that run parallel to the inner sides of the conductors 10 / exclusively axially.
  • a slot geometry (geometry of the longitudinal slot 4) is implemented through which both the winding 10 can be placed in the slot 4 in a more defined manner and the electromagnetic lines take a more targeted guidance and thereby reduce iron losses. Additional components such as slot wedges should be dispensed with. This keeps the number of components, the process steps and therefore the costs low.
  • the solution can, if necessary, create space in the stator 2 (or rotor 3) in order to place the necessary components, such as sensors or tools, in the best possible locations to be able to.
  • Figs. 1 and 2 show a stator 2 in which the inventive solution can be seen.
  • This is a taper (by shoulders 12a, 12b) in front of the tooth head 24.
  • This groove shoulder 12a, 12b replaces, among other things, the previously used groove Key wedges and is used specifically to place the conductors 10 and the insulation paper 20 exactly in the groove 4.
  • the magnetic flux lines are also influenced by this. Since only a small shoulder 12a, 12b is necessary here, the geometry can easily be adapted to match the winding 10 or the insulation paper 20.
  • the groove shoulder 12a, 12b prevents the winding 10 from falling out or shifting in the radial direction.
  • the shoulder 12a, 12b is already introduced in the sheet metal cut, that is, when punching the stator sheet 17, and does not require an additional process step.
  • the inventive design of the slot shoulders 12a, 12b results in a more uniform or only slightly deflected course of those field lines 22 generated (Fig. 3).
  • the groove 4 can be used up to the shoulder 12a, 12b from already tested stators 2 for further stators 2, so that only the area of the tooth tip 24 needs to be changed for optimization.
  • Figures 6 and 7 show this advantage.
  • two different stators 2 of different electrical machines 1 are shown. Their geometrical dimensions and thus also performance classes are different.
  • the geometry of the groove 4 in the area of the winding 10 and the insulation paper 20 of one stator 2 can be transferred to the other.
  • the design is optimized here in the tooth tip 24.
  • the groove geometry in the area of the conductor 10, conductor material and insulation paper 20 are, however, identical in both stators 2 of FIG. 1 and FIG. 6.
  • Another advantage is the possibility of using the area (cavity 13) between the conductor material and the air gap for further components.
  • a temperature sensor 14 in order to be able to determine the temperature of the winding 10, the laminated core or the medium located therein (FIG. 5).
  • the space created between the conductor material and the air gap can also be used for (eg insertion) tools which would not fit through the gap 7 in the tooth tip 24.
  • the groove shoulder 12a, 12b implemented as a taper in front of the tooth tip 24: Control of the placement of the winding 10 in the groove 4 without additional components; - Targeted control of the electro magnetic flux; Use of identical geometries of the groove 4 in the area of the winding 10 for different stators 2 / rotors 3 (which results in a shortened development time); Use of identical wires 10 and insulation paper 20 for different stators 2 / rotors 3 (which leads to financial savings, a lower number of parts and a shortened development time); - Use of space 13 between conductor material and air gap for tools or components (eg sensors 14).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einem Stator (2) und einem relativ zu dem Stator (2) verdrehbar gelagerten Rotor (3), wobei der Stator (2) oder der Rotor (3) mit einem, mehrere in einer Umfangsrichtung verteilte, radial verlaufende Längsschlitze (4) aufweisenden Wicklungsaufnahmebereich (5) ausgestattet ist, und wobei jeder Längsschlitz (4) zu einer radialen Seite (6a) hin mit einer Öffnung (7) versehen ist, welche Öffnung (7) in ihrer Breite durch zwei in Umfangsrichtung aufeinander zu gerichtete Enden (8a, 8b) zweier Laschen (9a, 9b) begrenzt ist, wobei jeder Längsschlitz (4) radial zwischen einem mehrere Leiter (10) aufnehmenden Kammerbereich (11) und den beiden Laschen (9a, 9b) mit zumindest einer eine Breite des Kammerbereiches (11) reduzierenden Schulter (12a, 12b) versehen ist, wobei die Leiter (10) in einer radialen Richtung an der zumindest einen Schulter (12a, 12b) abgestützt sind.

Description

Elektrische Maschine mit Schultern zwischen mehreren Leitern und Laschen eines Wicklunqsaufnahmebereiches eines Stators oder eines Rotors
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine zum Antrieb eines (hybridisch oder rein elektrisch angetriebenen) Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder sonstigen Nutzfahrzeuges, mit einem Stator und einem relativ zu dem Stator verdreh bar gelagerten Rotor, wobei der Stator oder der Rotor mit einem, mehrere in einer Umfangsrichtung verteilte, radial verlaufende Längsschlitze aufweisenden Wicklungs aufnahmebereich ausgestattet ist, und wobei jeder Längsschlitz zu einer radialen Seite hin mit einer Öffnung versehen ist, welche Öffnung in ihrer Breite durch zwei in Umfangsrichtung aufeinanderzu gerichtete Enden zweier Laschen begrenzt ist.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte gattungsgemäße elektrische Maschine ist mit Fig. 8 im Bereich ihres Stators 2 zu erkennen. Dabei sind mehrere Leiter 10 in nerhalb eines Längsschlitzes 4 des Stators 2 aufgenommen. In dieser bekannten Ausführung ist der die Leiter 10 aufnehmende Bereich des Längsschlitzes 4 durch ei nen Keil K begrenzt. Der Keil K ist in einer Aufnahmekontur eingesetzt, wodurch inner halb des Keils K verbleibende Laschen gebildet sind, die eine Öffnung zu der Umge bung hin begrenzen.
Bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten Ausführung besteht jedoch der Nachteil, dass die separat vorzusehenden Keile den Aufbau des Stators relativ auf wändig werden lassen. Zudem sind die Keile separat zu fertigen und der Stator ist mit entsprechenden Aufnahmen für diese Keile zu versehen. Dadurch besteht ein relativ hoher Montageaufwand. Des Weiteren besteht der Nachteil, dass die im Betrieb er zeugten magnetischen Feldlinien, wie sie in Fig. 8 mit dem Bezugszeichen 22 ge kennzeichnet sind, durch die vorhandene Aufnahmekontur und die Keile relativ stark umgelenkt werden, was wiederum einen negativen Einfluss mit sich bringt. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik be kannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine elektrische Maschine zur Verfü gung zu stellen, die sowohl einen möglichst einfachen Aufbau, als auch einen mög lichst hohen Wirkungsgrad aufweist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jeder Längsschlitz radial zwischen einem mehrere Leiter aufnehmenden Kammerbereich und den beiden Laschen mit zumindest einer eine Breite (Abmaß in Umfangsrichtung) des Kammerbereiches redu zierenden Schulter versehen ist, wobei die Leiter in einer radialen Richtung an der zu mindest einen Schulter abgestützt sind.
Durch das Vorsehen der zumindest einen Schulter wird ein radialer Bereich innerhalb der Leiter geschaffen, durch den die magnetischen Feldlinien hin zu den Laschen deutlich weniger abrupt umgelenkt werden. Dadurch wird die Wirkungsgrad der elektrischen Maschine gesteigert. Auch werden die Leiter unmittelbar durch diese Schulter abgestützt, wodurch zusätzliche Elemente, wie Stützkeile vermieden werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
Ist die zumindest eine Schulter radial zu den beiden Laschen beabstandet, wird ein ra dialer Bereich zur Verfügung gestellt, innerhalb dessen die magnetischen Flusslinien noch sanfter umgeleitet werden. In diesem Zusammenhang ist es daher weiter von Vorteil, wenn eine Breite des Längsschlitzes radial von der zumindest einen Schulter in Richtung der Laschen gleich bleibt oder sich weiter reduziert.
Eine noch effektivere Raumausnutzung wird erzielt, wenn in einem zwischen der zu mindest einen Schulter und den Laschen ausgebildeten Hohlraum ein Sensor, vor zugsweise in Form eines Temperatursensors, angeordnet ist.
Diesbezüglich ist es alternativ oder zusätzlich zu dem Anbringen des Sensors auch von Vorteil, wenn der zwischen der zumindest einen Schulter und den Laschen aus- gebildete Hohlraum Teil eines Kühlmittelleitkanals ist und folglich den Kühlmittelleitka nal mit ausbildet. Dadurch wird die elektrische Maschine direkt gekühlt und noch leis tungsfähiger.
Weist jede Lasche eine den Leitern zugewandte, konisch verlaufende Seitenflanke auf, ergibt sich eine noch sanftere Umlenkung der magnetischen Feldlinien.
In diesem Zusammenhang ist es auch zweckmäßig, wenn jede Seitenflanke derart an gestellt ist, dass sie in Richtung des Endes von den Leitern wegverläuft.
Ist der Kammerbereich als ein Bereich konstanter Breite umgesetzt, ist die Kontur des Längsschlitzes möglichst einfach herstellbar.
Der Wicklungsaufnahmebereich ist vorteilhafterweise durch mehrere als Stapelpaket angeordnete Einzelbleche ausgebildet.
Dabei ist es des Weiteren von Vorteil, wenn die zumindest eine Schulter, wie vorzugs weise auch der gesamte Längsschlitz (samt der Laschen), stanztechnisch hergestellt ist.
Sind zwei auf einer gleichen radialen Höhe angeordnete Schultern vorgesehen, wird die Umleitung der Feldlinien noch effektiver realisiert.
In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß eine elektrische Maschine mit einer Nutschulter vor dem Zahnkopf in einem Stator oder einem Rotor realisiert. Erfin dungsgemäß ist eine abgeschrägte oder genutete Schulter vorgesehen, um entspre chende Leiter (sowie ein Isolationspapier) exakt in einer Nut zu platzieren. Dadurch werden auch die magnetischen Feldlinien beeinflusst. Die Geometrie der Nutschulter kann einfach entsprechend der Windung oder des Isolationspapiers angepasst wer den. Die Nutschulter verhindert ein Herausfallen oder ein Verrutschen der Windungen aus der Nut in radialer Richtung. Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem
Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen elektri schen Maschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem detail liert dargestellten Stator, wobei die Schnittebene so gewählt ist, dass meh rere einen Wicklungsaufnahmebereich bildende, in Umfangsrichtung ver teilte Längsschlitze übersichtlich zu erkennen sind,
Fig. 2 eine Detailansicht des in Fig. 1 eingesetzten Stators im Bereich eines Längsschlitzes,
Fig. 3 eine Detailansicht des Stators, ähnlich zu Fig. 2, wobei nun mehrere im Be trieb aufgebaute magnetische Flusslinien schematisch dargestellt sind,
Fig. 4 eine Detailansicht des Stators im Bereich dreier zueinander benachbarter Längsschlitze,
Fig. 5 eine Detailansicht eines Längsschlitzes einer erfindungsgemäßen elektri schen Maschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei im Ver gleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Hohlraum des Längs schlitzes zwischen mehreren Leitern und zwei Laschen des Wicklungsauf nahmebereiches ein Temperatursensor eingesetzt ist,
Fig. 6 eine Vorderansicht eines Stators einer erfindungsgemäßen, nach einem dritten Ausführungsbeispiel umgesetzten, elektrischen Maschine, wobei der Stator nun vier Befestigungsmittelaufnahmelöcher aufweist,
Fig. 7 eine Detailansicht des Stators nach Fig. 6 im Bereich dreier Längsschlitze, sowie
Fig. 8 eine Detailansicht eines Stators des Standes der Technik im Bereich eines Längsschlitzes. Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen ver sehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungs beispiele prinzipiell frei miteinander kombiniert werden.
Mit Fig. 1 ist zunächst ein prinzipieller Aufbau einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 anhand eines ersten Ausführungsbeispiels zu erkennen. Die elektrische Maschine 1 ist als eine Antriebsmaschine in einem Antriebsstrang eines hybriden oder rein elektrischen Kraftfahrzeugs eingesetzt.
Die elektrische Maschine 1 weist auf übliche Weise einen gehäusefest angeordneten Stator 2 sowie einen relativ zu diesem Stator 2 verdrehbar gelagerten Rotor 3 auf. In dieser Ausführung ist die elektrische Maschine 1 als Innenläufer realisiert und der Ro tor 3 folglich radial innerhalb des ringförmigen Stators 2 aufgenommen.
Des Weiteren ist prinzipiell zu erkennen, dass ein erfindungsgemäß ausgebildeter, nachfolgend näher beschriebener Wicklungsaufnahmebereich 5 in dem Stator 2 um gesetzt ist. Der Rotor 3 ist folglich mit mehreren mit dem Wicklungsaufnahmebereich 5 im Betrieb zusammenwirkenden Magneten ausgestattet. In weiteren erfindungsge mäßen Ausführungen ist jedoch eine umgekehrte Anordnung gewählt, sodass der Ro tor 3 unmittelbar mit dem Wicklungsaufnahmebereich 5 ausgestattet ist.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die gegenständlich verwende ten Richtungsangaben axial, radial und in Umfangsrichtung / tangential auf eine Dreh achse 19 des Rotors 3 bezogen sind. Folglich ist unter axial / axialer Richtung eine Richtung entlang / parallel zu der Drehachse 19, unter radial / radialer Richtung eine Richtung senkrecht zu der Drehachse 19 und unter Umfangsrichtung eine Richtung entlang einer koaxial um die Drehachse 19 herum verlaufenden Kreislinie zu verste hen.
Der Stator 2 weist mehrere in der axialen Richtung gestapelt angeordnete, untereinan der als Gleichteile realisierte Einzelbleche 17 auf. Eines dieser Einzelbleche 17 ist in Fig. 1 zu erkennen. Jedes Einzelblech 17 und folglich auch das gesamte Stapelpaket / Blechpaket an Einzelblechen 17 ist mit mehreren in axialer Richtung verlaufenden so wie in radialer Richtung nach innen geöffneten Längsschlitzen 4 versehen. Diese Längsschlitze 4 bilden gemeinsam den Wicklungsaufnahmebereich 5 aus. Die Längs schlitze 4 sind allesamt gleich umgesetzt und in der Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Innerhalb des jeweiligen Längsschlitzes 4 ist eine Vielzahl von stabförmigen Leitern 10 (hier sechs Leiter 10) angeordnet, die zur Ausbildung einer entsprechenden Spulenwicklung / Spule dienen.
Mit den Fign. 2 und 4 ist die nähere Kontur eines der Längsschlitze 4 zu erkennen. Demnach weist der repräsentativ für alle anderen Längsschlitze 4 gezeigte Längs schlitz 4 einen (ausschließlich) in radialer Richtung verlaufenden, eine konstante Breite / ein kontantes Abmaß in Umfangsrichtung aufweisenden Kammerbereich 11 auf. Der Kammerbereich 11 hat in der Querschnittsbetrachtung der Fign. 2 und 4 eine Rechteckform.
In dem Kammerbereich 11 sind die Leiter 10, unter Ausbildung eines Leiterpaketes / Wicklungspaketes aufgenommen. Die Leiter 10 sind gesamtheitlich mit einem Isolati onspapier 20 umwickelt. Das Leiterpaket, d.h. die Leiter 10 mit dem Isolationspapier 20 sind gemeinsam in dem Kammerbereich 11 in radialer Richtung lagegesichert. Wie nachfolgend näher erläutert, dienen zur radialen Sicherung der Leiter 10 zwei in Um fangsrichtung vorspringende Schultern 12a, 12b, wovon in weiteren erfindungsgemä ßen Ausführungen nur eine Schulter 12a oder 12b vorgesehen ist.
Weiterhin geht aus Fig. 2 hervor, dass radial innerhalb der Leiter 10 / des Kammerbe reichs 11 zwei in Umfangsrichtung aufeinanderzu gerichtete Laschen 9a, 9b stoffein teilig mit dem jeweiligen Einzelblech 17 / dem den Kammerbereich 11 ausbildenden Abschnitt des Stators 2 umgesetzt sind. Eine erste Lasche 9a weist folglich ein (ers tes) freies Ende 8a auf, das in Umfangsrichtung einem (zweiten) freien Ende 8b der zweiten Lasche 9b entgegengerichtet / zugewandt ist. Die beiden Laschen 9a, 9b sind im Wesentlichen gleich dimensioniert.
Die beiden Enden 8a, 8b der Laschen 9a, 9b sind in Umfangsrichtung beabstandet, sodass zwischen ihnen eine radiale Öffnung 7 gebildet ist. Die radiale Öffnung 7 ist in dieser Ausführung zu einer ersten radialen Seite 6a in Form einer radialen Innenseite der Leiter 10 angeordnet. Zu einer, der ersten radialen Seite 6a abgewandten, zweiten radialen Seite 6b (radiale Außenseite) der Leiter 10 erstreckt sich, wie in Fig. 1 zu er kennen, ein durchgängig umlaufender Ringbereich 21 des jeweiligen Einzelblechs 17. Die Laschen 9a, 9b bilden folglich zusammen einen Zahnkopf 24 des Stators 2 aus.
Die beiden Schultern 12a, 12b sind wie die Laschen 9a, 9b zu einander entgegenge setzten Umfangsseiten angeordnet. Während eine erste Schulter 12a zur gleichen Umfangsseite wie die erste Lasche 9a angeordnet ist, ist eine zweite Schulter 12b zur gleichen Umfangsseite wie die zweite Lasche 9b angeordnet. Die beiden Schultern 12a, 12b sind gleich dimensioniert. Die Schultern 12a, 12b sind radial außerhalb der Laschen 9a, 9b angeordnet. Zudem sind die Schultern 12a, 12b ein radialer Richtung zu den Laschen 9a, 9b beabstandet, sodass ein entsprechender Hohlraum 13 zwi schen der Innenseite der Leiter 10 und den Laschen 9a, 9b gebildet ist.
Gemäß dieser Ausbildung der Schultern 12a, 12b, die zugleich als radialer Anschlag / als radiale Sicherung für die Leiter 10 dienen, ergibt sich der in Fig. 3 zu erkennende stufenartige Übergang der magnetischen Feldlinien im Betrieb. Die Schultern 12a, 12b sind so ausgebildet, dass sie die Breite des Kammerbereiches 11 reduzieren / von den umfangsseitigen Seitenkanten des Kammerbereiches 11 in Umfangsrichtung ab gesetzt sind.
Zu der radialen Innenseite der Schultern 12a, 12b erstreckt sich der Längsschlitz 4 wiederum über einen Übergangsbereich 23 zu den Laschen 9a, 9b hin. Der Über gangsbereich 23 weist hierbei eine gleichbleibende Breite (Abmaß in Umfangsrich tung) auf und begrenzt den Hohlraum 13 mit. Die Laschen 9a, 9b erstrecken sich wie derum zu einer radialen Innenseite des Übergangsbereichs 23 weg.
Die Laschen 9a, 9b sind des Weiteren in dem ersten Ausführungsbeispiel mit in Um fangsrichtung konisch verlaufenden Seitenflanken 16a, 16b an einer den Leitern 10 zugewandten radialen Seite versehen. Eine erste Seitenflanke 16a (der ersten Lasche 9a) vergrößert somit entlang ihres Verlaufs ihren Abstand zu den Leitern 10 zu dem freien Ende 8a hin. Eine zweite Seitenflanke 16b (der zweiten Lasche 9b) vergrößert entlang ihres Verlaufs ihren Abstand zu den Leitern 10 zu dem freien Ende 8b hin.
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungen, wie in Verbindung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zu erkennen, ist in dem Hohlraum 13 prinzipiell ein weiterer Bestandteil anbringbar. In dieser Ausführung ist ein Sensor 14 in Form eines Temperatursensors in dem Hohlraum 13 integriert.
Des Weiteren ist dieser Hohlraum 13 als Teil eines Kühlmittelleitkanals 15 einer Küh leinrichtung ausgebildet. Somit kommt es im Betrieb zu einem axialen Hindurchströ men eines Kühlmittels durch diesen Hohlraum 13 / den Stator 2. In weiteren Ausfüh rungen ist die Öffnung 7 zwischen den beiden Laschen 9a, 9b auch durch einen De ckel verschlossen.
Des Weiteren ist es gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Fign. 6 und 7 auch von Vorteil, wenn die Laschen 9a, 9b eine nicht konische Erstreckung aufweisen und folglich mit geraden, parallel zu den Innenseiten der Leiter 10 / ausschließlich axial verlaufenden Seitenflanken 16a, 16b versehen sind.
In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß eine Nutgeometrie (Geometrie des Längsschlitzes 4) umgesetzt, durch welche sowohl die Wicklung 10 in der Nut 4 definierter platziert werden kann, als auch die elektromagnetischen Linien eine geziel tere Führung einnehmen und dadurch die Eisenverluste verringert werden. Hierbei soll auf zusätzliche Bauteile, wie Nutverschlusskeile, verzichtet werden. Dadurch werden die Komponentenanzahl, die Prozessschritte und daher auch die Kosten gering gehal ten. Außerdem kann durch die Lösung bei Bedarf Platz im Stator 2 (oder Rotor 3) ge schaffen werden, um notwendige Bauteile, wie Sensoren oder Werkzeuge, an optima len Stellen platzieren zu können.
Fign. 1 und 2 zeigen einen Stator 2, in welchem die erfinderische Lösung zu sehen ist. Hierbei handelt es sich um eine Verjüngung (durch Schultern 12a, 12b) vor dem Zahn kopf 24. Diese Nutschulter 12a, 12b ersetzt u.a. die bisher verwendeten Nutver- schlusskeile und wird gezielt genutzt, um die Leiter 10 und das Isolationspapier 20 ge nau in der Nut 4 zu platzieren. Auch die magnetischen Flusslinien werden dadurch be einflusst. Da hier nur eine kleine Schulter 12a, 12b notwendig ist, kann die Geometrie einfach entsprechend der Wicklung 10 oder dem Isolationspapier 20 angepasst wer den.
Die Nutschulter 12a, 12b verhindert das Herausfallen oder Verschieben der Wicklung 10 in radialer Richtung. Die Schulter 12a, 12b wird bereits im Blechschnitt, also beim Stanzen des Statorbleches 17, eingebracht und bedarf keinem zusätzlichen Prozess schritt. Im Gegensatz zu den bekannten Nutverschlusskeilen, bei denen es durch die Kerben o.ä. zur Fixierung in der Nut zu kontraproduktiven Umlenkungen der Feldlinien kommt, wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Nutschultern 12a, 12b ein gleichmäßigerer bzw. nur schwach umgelenkter Verlauf jener Feldlinien 22 erzeugt (Fig. 3).
Durch das Prinzip der Nutschulter 12a, 12b kann die Nut 4 bis zur Schulter 12a, 12b hin aus bereits erprobten Statoren 2 für weitere Statoren 2 verwendet werden, sodass nur der Bereich des Zahnkopfes 24 für Optimierungen zu verändern ist. Diesen Vorteil zeigen die Figuren 6 und 7. Somit sind zwei unterschiedliche Statoren 2 verschiede ner elektrischer Maschinen 1 dargestellt. Ihre geometrischen Ausmaße und dadurch auch Leistungsklassen sind unterschiedlich. Allerdings kann die Geometrie der Nut 4 im Bereich der Wicklung 10 und des Isolationspapiers 20 des einen Stators 2 auf den anderen übertragen werden. Optimierungen hinsichtlich der Auslegung finden hier im Zahnkopf 24 statt. Die Nutgeometrie im Bereich des Leiters 10, Leitermaterial und Iso lationspapier 20 sind in beiden Statoren 2 der Fig. 1 und der Fig. 6 jedoch identisch.
Ein weiterer Vorteil bietet sich in der Möglichkeit, den Bereich (Hohlraum 13) zwischen Leitermaterial und Luftspalt für weitere Komponenten zu nutzen. Hier bietet sich bei spielsweise die Möglichkeit, einen Temperatursensor 14 zu montieren, um die Tempe ratur der Wicklung 10, des Blechpakets oder des sich darin befindlichen Mediums be stimmen zu können (Fig. 5). Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, den über die ge samte Aktivlänge verlaufenden Bauraum für eine aktive Kühlung zu nutzen. So kön nen hier Kühlkanäle 15 gezogen werden, durch welche Kühlmedien fließen und direkt auf die Wicklung 10 aufgebracht werden können. Ebenfalls kann der geschaffene Platz zwischen Leitermaterial und Luftspalt für (z.B. Einbring-) Werkzeuge genutzt werden, welche nicht durch die Lücke 7 im Zahnkopf 24 passen würden. Somit lassen sich folgender Vorteile durch die als Verjüngung vor dem Zahnkopf 24 umgesetzte Nutschulter 12a, 12b zusammenfassen: - Steuerung der Platzierung der Wicklung 10 in der Nut 4 ohne zusätzliche Bauteile; - Gezielte Steuerung des elektro magnetischen Flusses; - Nutzen identischer Geometrien der Nut 4 im Bereich der Wicklung 10 für unterschiedliche Statoren 2 / Rotoren 3 (was eine verkürzte Entwick- lungszeit zur Folge hat); - Nutzen identischer Drähte 10 und Isolationspapier 20 für unterschiedliche Statoren 2 / Rotoren 3 (was zu einer finanziellen Einsparung, einer geringeren Teilevielfalt sowie einer verkürzten Entwicklungszeit führt); - Nutzen von Raum 13 zwischen Leitermaterial und Luftspalt für Werkzeuge oder Komponenten (z.B. Sensoren 14).
Bezuqszeichenliste
1 elektrische Maschine
2 Stator
3 Rotor
4 Längsschlitz
5 Wicklungsaufnahmebereich
6a erste Seite
6b zweite Seite
7 Öffnung
8a Ende der ersten Lasche
8b Ende der zweiten Lasche
9a erste Lasche
9b zweite Lasche
10 Leiter
11 Kammerbereich
12a erste Schulter
12b zweite Schulter
13 Hohlraum
14 Sensor
15 Kühlmittelleitkanal
16a Seitenflanke der ersten Lasche 16b Seitenflanke der zweiten Lasche
17 Einzelblech
18 Befestigungsm ittelaufnahmeloch
19 Drehachse
20 Isolationspapier
21 Ringbereich

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine (1 ) zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einem Stator (2) und einem relativ zu dem Stator (2) verdrehbar gelagerten Rotor (3), wobei der Stator (2) oder der Rotor (3) mit einem, mehrere in einer Umfangsrichtung verteilte, radial verlaufende Längsschlitze (4) aufweisenden Wicklungsaufnah mebereich (5) ausgestattet ist, und wobei jeder Längsschlitz (4) zu einer radi alen Seite (6a) hin mit einer Öffnung (7) versehen ist, welche Öffnung (7) in ihrer Breite durch zwei in Umfangsrichtung aufeinander zu gerichtete Enden (8a, 8b) zweier Laschen (9a, 9b) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Längsschlitz (4) radial zwischen einem mehrere Leiter (10) auf nehmenden Kammerbereich (11 ) und den beiden Laschen (9a, 9b) mit zumin dest einer eine Breite des Kammerbereiches (11) reduzierenden Schulter (12a, 12b) versehen ist, wobei die Leiter (10) in einer radialen Richtung an der zumindest einen Schulter (12a, 12b) abgestützt sind.
2. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Schulter (12a, 12b) radial zu den beiden Laschen (9a, 9b) beabstandet ist.
3. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zwischen der zumindest einen Schulter (12a, 12b) und den Laschen (9a, 9b) ausgebildeten Hohlraum (13) ein Sensor (14) angeordnet ist.
4. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen der zumindest einen Schulter (12a, 12b) und den Laschen (9a, 9b) ausgebildeter Hohlraum (13) Teil eines Kühlmittel leitkanals (15) ist.
5. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lasche (9a, 9b) eine den Leitern (10) zugewandte, konisch verlaufende Seitenflanke (16a, 16b) aufweist.
6. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Seitenflanke (16a, 16b) derart angestellt ist, dass sie in Richtung des Endes (8a, 8b) von den Leitern (10) wegverläuft.
7. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerbereich (11) als ein Bereich konstanter Breite umgesetzt ist.
8. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsaufnahmebereich (5) durch mehrere als Stapelpaket angeordnete Einzelbleche (17) ausgebildet ist.
9. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass die zumindest eine Schulter (12a, 12b) stanztechnisch hergestellt ist.
10. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt zwei auf einer gleichen radialen Höhe ange- ordnete Schultern (12a, 12b) vorgesehen sind.
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