WO2024088469A1

WO2024088469A1 - Stator und verfahren zur herstellung eines stators

Info

Publication number: WO2024088469A1
Application number: PCT/DE2023/100744
Authority: WO
Inventors: Florian SELL-LE BLANC; Richard Bernauer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2023-10-06
Publication date: 2024-05-02
Also published as: DE102022128179A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) einer elektrische Maschine (2), insbesondere für einen Antriebsstrang (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend einen aus einer Mehrzahl von paketierten Statorblechen (5) gebildeten hohlzylindrischen Statorkörper (6) mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper (6) erstreckenden Statornuten (7), die im Querschnitt eine U-förmige Kontur mit zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Seitenwänden (8) sowie einem Nutgrund (9) und einer dem Nutgrund (9) radial gegenüberliegenden Nutöffnung (10) aufweisen, wobei in den Statornuten (7) jeweils eine Mehrzahl von elektrischen Leitern (11) mit einem im Wesentlichen rechteckförmigen Leiterquerschnitt zur Ausbildung einer Statorwicklung (12) radial übereinanderliegend angeordnet ist, wobei die Nutöffnung (10) eine umfängliche Breite (13) aufweist, die kleiner ist als eine umfängliche Breite (14) des der Nutöffnung (10) radial am nächstliegenden elektrischen Leiters (11), so dass die elektrischen Leiter (11) in radialer Richtung verliersicher in der jeweiligen Statornut (7) angeordnet sind, wobei der der Nutöffnung (10) radial am nächstliegende elektrische Leiter (11) mittels Verstemmung in radialer Richtung hin zum Nutgrund (9) in Umfangsrichtung plastisch verformt ist.

Description

Stator und Verfahren zur Herstellung eines Stators

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator einer elektrische Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen aus einer Mehrzahl von paketierten Statorblechen gebildeten hohlzylindrischen Statorkörper mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper erstreckenden Statornuten, die im Querschnitt eine U-förmige Kontur mit zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Seitenwänden sowie einem Nutgrund und einer dem Nutgrund radial gegenüberliegenden Nutöffnung aufweisen, wobei in den Statornuten jeweils eine Mehrzahl von elektrischen Leitern mit einem im Wesentlichen rechteckförmigen Leiterquerschnitt zur Ausbildung einer Statorwicklung radial übereinanderliegend angeordnet ist, wobei die Nutöffnung eine umfängliche Breite aufweist, die kleiner ist als eine umfängliche Breite des der Nutöffnung radial am nächstliegenden elektrischen Leiters, so dass die elektrischen Leiter in radialer Richtung verliersicher in der jeweiligen Statornut angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Stators.

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

Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 63. Jahrgang, 05/206, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen bezeichnet.

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

Neben der Anwendung in der Elektromobilität, werden elektrische Maschinen beispielsweise auch als Elektromotoren für die Automation bzw. als Industriemotoren eingesetzt. Insbesondere bei Industriemotoren herrscht eine große Typenvielfalt mit unterschiedlichen Stückzahlen und Anforderungen. Ein Ansatz dieser Vielfalt Herr zu werden, ist es gemeinsame Geometrien, bspw. Blechschnitte zu verwenden, um dann über die Verschaltung der einzelnen Spulen eine Differenzierung des Produktes in die Typen mit ihren Eigenschaften vorzunehmen.

Für die Entwicklung von elektrischen Maschinen, insbesondere von elektrischen Maschinen für die oben erwähnten hybrid oder vollelektrisch betreibbaren Kraftfahrzeuge oder auch für Radnabenantriebe, sind grundsätzlich verschiedene Wicklungstechnologien für einen Stator einer elektrischen Maschine bekannt.

Bei elektrischen Maschinen, die einen Stator mit einem hohlzylindrischen Stator aufweisen, also als Innenläufermaschine ausgebildet sind, und die für eine Anwendung als Traktionsantrieb eines Kraftfahrzeugs konfiguriert sind, weisen oftmals eine Statorwicklung mit einem rechteckigen Querschnitt auf, um den eine hohe Leistungsdichte zu erreichen. Bei elektrischen Maschinen, welche für den Antrieb von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, werden die Statorwicklungen daher typischerweise als Wellenwicklungen ausgebildet.

Der Aufbau eines Stators mit einer Wellenwicklung ist eine Statorbauform, bei der zur Bildung der phasenspezifischen Wicklungen Wicklungsmatten zum Einsatz kommen. Zur Bildung der verteilten Wicklungen werden die einzelnen Wicklungsdrähte oder Teilmatten bspw. durch einen Wickel- oder Schichtprozess ineinandergeflochten und in die Statornuten eingefügt. Dabei weist die Wellenwicklung mehrere, zumeist drei Phasen auf, wobei für jede Phase üblicherweise wenigstens zwei separate Drähte bzw. Wicklungen vorgesehen sind. Jeweils eine Wicklung wird von einer ersten und einer zweiten Wicklungsmatte gebildet, wobei in einer präferierten Ausführung die eine Wicklungsmatte den Strom im Uhrzeigersinn und die andere Wicklungsmatte den Strom entgegen dem Uhrzeigersinn führt. Die erste Wicklungsmatte verläuft von einem sich axial erstreckenden Phaseneingangspin, beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn, zu einem sich axial erstreckenden Verschaltungspin respektive weist diese Pins auf. Über den Verschaltungspin ist sie mittels eines Verschaltungselements mit einem sich ebenfalls axial erstreckenden Verschaltungspin der zweiten Wicklungsmatte verschaltet, die dann im Uhrzeigersinn zu einem sich axial erstreckenden Phasenausgangspin läuft. Das heißt, dass jede phasenspezifische Wicklung über zwei in Serie oder in Reihe geschaltete Wicklungsmatten und damit eigene Wicklungen gebildet ist, die über ein Verschaltungselement verschaltet sind. Bei drei Phasen und zwei bzw. einer separaten Wicklung/en pro Phase sind demzufolge sechs bzw. drei Wicklungen vorgesehen. Die Phasenausgangspins wiederum sind über ein gemeinsames Sternschaltelement miteinander verbunden. Die Anzahl der Wicklungen bzw. Drähte bildet entspricht mindestens der Anzahl der Phasen oder ein Vielfaches davon.

Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Stator bereitzustellen der hinsichtlich seines Fertigungs- und Montageaufwands optimiert ist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines Stators zu realisieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator einer elektrische Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen aus einer Mehrzahl von paketierten Statorblechen gebildeten hohlzylindrischen Statorkörper mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper erstreckenden Statornuten, die im Querschnitt eine U-förmige Kontur mit zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Seitenwänden sowie einem Nutgrund und einer dem Nutgrund radial gegenüberliegenden Nutöffnung aufweisen, wobei in den Statornuten jeweils eine Mehrzahl von elektrischen Leitern mit einem im Wesentlichen rechteckförmigen Leiterquerschnitt zur Ausbildung einer Statorwicklung radial übereinanderliegend angeordnet ist, wobei die Nutöffnung eine umfängliche Breite aufweist, die kleiner ist als eine umfängliche Breite des der Nutöffnung radial am nächstliegenden elektrischen Leiters, so dass die elektrischen Leiter in radialer Richtung verliersicher in der jeweiligen Statornut angeordnet sind, wobei der der Nutöffnung radial am nächstliegende elektrische Leiter mittels Verstemmung in radialer Richtung hin zum Nutgrund in Umfangsrichtung plastisch verformt ist.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass auf ein zusätzliches Nutverschlussmittel, wie einen Nutverschlusskeil, verzichtet werden kann, um die elektrischen Leiter in den Statornuten verliersicher anzuordnen. Hierzu wird eine spanlose Umformung der rechteckförmigen Drahtgeometrien der elektrischen Leiter in den Statornuten durch ein Verstemmen durchgeführt, um eine größere Breite als die der Nutöffnung zu erzeugen.

Die Statorwicklung kann dabei beispielsweise zunächst durch Selbsthemmung in den Statornuten des Statorkörpers fixiert werden. Der notwendige Umformgrad des elektrischen Leiters ist minimal im Vergleich zur vollständigen Wicklungskompression, so dass nur ein sehr geringeres Risiko einer Isolationsbeschädigung besteht. Ferner ist es möglich, den Füllfaktor der Statorwicklung in den Statornuten zu steigern. Dadurch, dass die gesamte Statorwicklung gleichzeitig in den Statornuten des Stators umgeformt werden können, können sich die aufgebrachten Presskräfte im Stator besser verteilen bzw. gegenseitig aufheben, so dass die Gefahr von lokalen Verformungen ebenfalls gering ist.

Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Der erfindungsgemäße Stator ist zur Verwendung in einer elektrischen Maschine vorgesehen. Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel den als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 10 kW, insbesondere größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/rnin, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/rnin, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/rnin bereitstellt. Im Fall von Außenläufern wie bei Radnabenantrieben kann die entsprechende elektrische Maschine Drehzahlen bis 1.500 U/rnin bereitstellen.

Der Stator kann insbesondere durch eine Leistungselektronik bestrombar sein. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an Stator steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf.

Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 Wzu steuern oder regeln. Die Leistungselektronik ist bevorzugt über einen HV-Terminal (HV=Hochvolt) mit der Statorwicklung des Stators verbunden.

Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen. Der erfindungsgemäße Stator kann bevorzugt für eine Radialflussmaschine konfiguriert sein. Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch bzw. zylinderringförmig aufgebaut und besteht in der Regel aus einem Statorkörper, der durch gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen gebildet ist. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Statornuten eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin, können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.

Der Statorkörper ist bevorzugt einteilig ausgebildet. Ein einteiliger Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass der gesamte Statorkörper umfänglich gesehen einteilig ausgebildet ist. Der Statorkörper ist dabei in der Regel aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet, wobei jedes der Elektrobleche zu einem Kreisring geschlossen ausgebildet ist. Die Einzelbleche können in dem Statorkörper beispielsweise durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten werden.

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

In den Statornuten des erfindungsgemäßen Stators ist eine Statorwicklung eingelassen. Eine Statorwicklung umfasst elektrisch leitfähige Leiter, deren Längenerstreckung wesentlich größer ist als ihr Durchmesser. Die Statorwicklung kann grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind rechteckige Querschnittsformen, da sich mit diesen hohe Packungs- und folglich Leistungsdichten erzielen lassen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Statorwicklung aus Kupfer gebildet. Erfindungsgemäß ist die Statorwicklung als eine kontinuierlichen Wellenwicklung ausgebildet. Ferner weisen die elektrischen Leiter vor dem Einsetzen in die Statornuten bevorzugt einen im Wesentlichen identischen Querschnitt auf. Auch kann es bevorzugt sein, dass die elektrischen Leiter eine elektrische Isolationsschicht aufweisen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Statornuten jeweils eine umfängliche Nutbreite aufweisen, wobei die umfängliche Breite des der Nutöffnung radial am nächstliegenden elektrischen Leiters kleiner ist als die umfängliche Nutbreite. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass zwischen den Nutwänden und dem elektrischen Leiter an der Nutöffnung noch ein Spiel verbleibt, was ein Anströmen des elektrischen Leiters in der Statornut und hierdurch eine hinreichende Kühlung in diesem Bereich sicherstellt.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der der Nutöffnung radial am nächstliegende elektrische Leiter an seiner der Nutöffnung zugewandten Längsseite im Querschnitt einen in Richtung des Nutgrundes weisenden nutartigen Abschnitt aufweist, welcher durch ein Verstemmen mit einem konvexen Stempel geformt wurde. Hierdurch kann eine bevorzugte Verstemmung von Material in beidseitiger Umfangsrichtung bei vergleichsweise geringen radialen Druckkräften erzielt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein definierter Abstand zwischen der Polschuhgeometrie bzw. dem Luftspalt und dem ersten elektrischen Leiter definiert wird, indem eine konische Nutgeometrie vorgesehen und der erste Leiter für den Verstemm prozess an der definierten Position fixiert wird. Dieser definierte Abstand kann entweder die Funktion einer notwendigen Luft- und Kriechstrecke erfüllen oder aber so gewählt werden, dass Verluste, die durch Induktion des Rotorfeldes in dem ersten Leiter nahe dem Luftspalt entstehen, minimiert werden

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die elektrischen Leiter eine Beschichtung aus einem elektrisch isolierenden Material aufweisen. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass eine hohe Spannungsfestigkeit bereitgestellt und minimale Luft- und Kriechstrecken benötigt werden. Vorzugsweise ist die Beschichtung als PEEK Beschichtung ausgeführt.

Eine vorteilhafte Verfahrensvariante sieht bei besonderen Anforderungen der Luft- und Kriechstrecke vor, dass ein auf der Wicklung liegendes als Flächenisolationselement ausgebildetes Isolationsmittel, wie zum Beispiel ein Nomex-Isolationspapier, gemeinsam mit dem elektrischen Leiter so verstemmt wird, dass aufgrund des Formschlusses eine fixierte Montage des Flächenisolationselementes gewährleistet wird. Der Formschluss kann dabei über eine Klemmung an den Flächen der Nutflanken oder über die ausgestaltete Nutform des Stempels bzw. der resultierenden Nutform des Leiters realisiert werden. Die Verwendung von dünneren Flächenisolationselementen stellt dabei einen Vorteil in den Produktkosten und Bauraum gegenüber den sonst üblichen kunststoffbasierten Volumenkörpern als Nutverschlusskeil dar.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass in den Statornuten jeweils ein Isolationsmittel an den Seitenwänden und dem Nutgrund anliegt. Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das Isolationsmittel ein Isolationspapier ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Isolation der elektrischen Leiter gegenüber dem Statorkörper weiter verbessert werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrische Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte:

• Bereitstellung eines aus einer Mehrzahl von paketierten Statorblechen gebildeten hohlzylindrischen Statorkörpers mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper erstreckenden Statornuten, die im Querschnitt eine iförmige Kontur mit zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Seitenwänden sowie einem Nutgrund und einer dem Nutgrund radial gegenüberliegenden Nutöffnung aufweisen,

• Bereitstellung einer Mehrzahl von elektrischen Leitern mit einem im Wesentlichen rechteckförmigen Leiterquerschnitt zur Ausbildung einer Statorwicklung

• Einlegen der elektrischen Leiter in die Statornuten aus radialer Richtung durch jeweils eine der Nutöffnungen hindurch in Richtung des Nutgrunds, so dass jeweils eine Mehrzahl von elektrischen Leitern radial übereinanderliegend in einer Statornut angeordnet ist, wobei die Nutöffnung eine umfängliche Breite aufweist, die größer ist als eine umfängliche Breite der elektrischen Leiter,

• Verstemmen des der Nutöffnung radial am nächstliegenden elektrischen Leiters mittels eines Stempels, der die Nutöffnung in radialer Richtung zum Nutgrund hin durchgreift und den der Nutöffnung in radialer Richtung am nächstliegenden elektrischen Leiter in Umfangsrichtung plastisch verformt, so dass die umfängliche Breite des der Nutöffnung radial am nächstliegenden elektrischen Leiters größer ist als die umfängliche Breite der Nutöffnung und die elektrischen Leiter in radialer Richtung verliersicher in der jeweiligen Statornut angeordnet sind. Der Ausgangsdraht der elektrischen Leiter kann hierbei ein klassischer Rechteckdraht sein, vorzugsweise mit einer PEEK Beschichtung um bereits eine hohe Spannungsfestigkeit zu erzeugen und minimale Luft- und Kriechstrecken zu benötigen. Im klassischen Expansionsprozess für die in den Statornuten angeordnete Flachdraht-Wellenwickung wird der radiale Fügevorgang nicht bei Erreichen der finalen Position der elektrischen Leiter in den Statornuten beendet, sondern es wird nach dem Einlegevorgang ein Umformvorgang der elektrischen Leiter eingeleitet. Der Drahtquerschnitt des der Nutöffnung radial am nächstliegenden elektrischen Leiters wird hierdurch in der Statornut so verändert, dass dessen Drahtbreite größer als die Öffnung der Statornut wird, aber bevorzugt noch nicht die komplette Nutbreite erreicht. Nach der Umformung wird der Montagestempel radial aus der Statornut zurückgezogen.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Stempel im Querschnitt eine auf den elektrischen Leiter zugewandte konvexe Kontur aufweist. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist, dass hierdurch ein bevorzugter Materialversatz in beidseitiger Umfangsrichtung an dem elektrischen Leiter bewirkt werden kann, was die zur Verstemmung benötigten radialen Druckkräfte reduziert.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Statornuten jeweils eine umfängliche Nutbreite aufweisen, wobei die Verstemmung so eingestellt ist, dass die umfängliche Breite des der Nutöffnung radial am nächstliegenden elektrischen Leiters nach der plastischen Verformung kleiner ist als die umfängliche Nutbreite. Hierdurch kann erreicht werden, dass zum einen beidseits des elektrischen Leiters zu den Nutwänden hin Spalte erhalten bleiben, die beispielsweise von einem Kühlfluid durchströmt werden können, was zu einer besonders effizienten Wärmeabfuhr aus diesen Bereichen beitragen kann. Ferner kann hierdurch die Gefahr einer mechanischen Beschädigung eines Isolationsmittels reduziert werden.

Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass vor dem Einlegen der elektrischen Leiter jeweils ein Isolationsmittel an den Seitenwänden und dem Nutgrund der Statornuten angeordnet wird, was die elektrische Isolierung der elektrischen Leiter gegenüber dem Statorkörper weiter verbessert.

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

Es zeigt:

Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung,

Figur 2 eine elektrische Maschine in einer schematischen

Querschnittsansicht,

Figur 3 eine Detaildarstellung einer Statornut in einer Querschnittsansicht,

Figur 4 vier aufeinander folgende Montagezustände beim Einsetzen der elektrischen Leiter in eine Statornut in jeweils einer Querschnittsdarstellung,

Figur 5 vier aufeinander folgende Montagezustände beim Verstemmen der elektrischen Leiter in einer Statornut in jeweils einer Querschnittsdarstellung,

Figur 6 drei aufeinander folgende Montagezustände beim Verstemmen der elektrischen Leiter mit einer zweiten Ausführungsform eines Stempels in jeweils einer Querschnittsdarstellung.

Die Erfindung wird anhand eines Stators 1 einer elektrische Maschine 2 für einen Antriebsstrang 3 eines Kraftfahrzeugs 4 näher erläutert, wie es auch in der Figur 1 skizziert ist.

Der Stator 1 ist aus einer Mehrzahl von paketierten Statorblechen 5 gebildet, die einen hohlzylindrischen Statorkörper 6 formen. Innerhalb des Statorkörpers 6 ist der Rotor 16 koaxial zu diesem drehbar gelagert. In der gezeigten Ausführungsvariante ist die elektrische Maschine 2 als Innenläufer ausgeführt.

Der Statorkörper 6 ist mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper 6 erstreckenden und umfänglich äquidistant angeordneten Statornuten 7 versehen, die im Querschnitt eine U-förmige Kontur mit zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Seitenwänden 8 sowie einem Nutgrund 9 und einer dem Nutgrund 9 radial gegenüberliegenden Nutöffnung 10 aufweisen, was sich gut anhand der Figur 2 nachvollziehen lässt. Aus dem kreisringförmigen Statorjoch erstrecken sich die Statorzähne 18 radial nach innen, so dass zwischen den Statorzähnen 18 die Statornuten 7 definiert sind.

In den Statornuten 7 ist jeweils eine Mehrzahl von elektrischen Leitern 11 mit einem im Wesentlichen rechteckförmigen Leiterquerschnitt zur Ausbildung einer Statorwicklung 12 radial übereinanderliegend angeordnet. Die Nutöffnung 10 besitzt hierbei eine umfängliche Breite 13, die kleiner ist als eine umfängliche Breite 14 des der Nutöffnung 10 radial am nächstliegenden elektrischen Leiters 11 , so dass die elektrischen Leiter 11 in radialer Richtung verliersicher in der jeweiligen Statornut 7 angeordnet sind, so wie es auch in der Figur 3 gezeigt ist.

Der der Nutöffnung 10 radial am nächstliegende elektrische Leiter 11 wurde hierzu mittels Verstemmung in radialer Richtung hin zum Nutgrund 9 in Umfangsrichtung plastisch verformt. Aus der Figur 3 ist ferner ersichtlich, dass die Statornuten 7 jeweils eine umfängliche Nutbreite 19 aufweisen, wobei die umfängliche Breite 14 des der Nutöffnung 10 radial am nächstliegenden elektrischen Leiters 11 kleiner ist als die umfängliche Nutbreite 19. Die elektrischen Leiter 11 besitzen in der gezeigten Ausführungsform eine Beschichtung aus einem elektrisch isolierenden Material. Die Figur 3 zeigt des Weiteren, dass in den Statornuten 7 jeweils ein Isolationsmittel 17 an den Seitenwänden 8 und dem Nutgrund 9 anliegt. Das Isolationsmittel 17 ist in der abgebildeten Ausführungsvariante ein Isolationspapier.

Ein mögliches Verfahren zur Herstellung des aus den Figuren 2-3 bekannten Stators wird anhand der Figuren 4-6 nun näher erläutert. Zunächst erfolgt die Bereitstellung eines aus einer Mehrzahl von paketierten Statorblechen 5 gebildeten hohlzylindrischen Statorkörpers 6 mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper 6 erstreckenden Statornuten 7, die im Querschnitt eine U-förmige Kontur mit zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Seitenwänden 8 sowie einem Nutgrund 9 und einer dem Nutgrund 9 radial gegenüberliegenden Nutöffnung 10 aufweisen. Ferner erfolgt eine Bereitstellung einer Mehrzahl von elektrischen Leitern 11 mit einem im Wesentlichen rechteckförmigen Leiterquerschnitt zur Ausbildung einer Statorwicklung 12

Vor dem Einlegen der elektrischen Leiter 11 wird jeweils ein Isolationsmittel 17 an den Seitenwänden 8 und dem Nutgrund 9 der Statornuten 7 angeordnet. Dann wird das Einlegen der elektrischen Leiter 11 in die Statornuten 7 aus radialer Richtung durch jeweils eine der Nutöffnungen 10 hindurch in Richtung des Nutgrunds 9 durchgeführt, so dass jeweils eine Mehrzahl von elektrischen Leitern 11 radial übereinanderliegend in einer Statornut 7 angeordnet ist, wobei die Nutöffnung 10 eine umfängliche Breite 13 aufweist, die größer ist als eine umfängliche Breite 14 der elektrischen Leiter 11 . Diese Fertigungszustände sind in den Abbildungen a-d der Figur 3 zu sehen. Beim Einlegen der Leiter 11 werden diese und der Stempel 15 in radialer Richtung außerhalb der Statornut 7 durch das Werkzeug 21 geführt. Der Stempel 15 drückt dann die elektrischen Leiter 11 in radialer Richtung von innen nach außen in die Statornut 7.

Nach der vollständigen Positionierung der elektrischen Leiter 11 in der Statornut 7 erfolgt dann das Verstemmen des der Nutöffnung 10 radial am nächstliegenden elektrischen Leiters 11 mittels eines Stempels 15, der die Nutöffnung 10 in radialer Richtung zum Nutgrund 9 hin durchgreift und den der Nutöffnung 10 in radialer Richtung am nächstliegenden elektrischen Leiter 11 in Umfangsrichtung plastisch verformt, so dass die umfängliche Breite 14 des der Nutöffnung 10 radial am nächstliegenden elektrischen Leiters 11 größer ist als die umfängliche Breite 13 der Nutöffnung 10 und die elektrischen Leiter 11 in radialer Richtung verliersicher in der jeweiligen Statornut 7 angeordnet sind. Dies ist in den Abbildungen e-f der Figur 5 zu sehen. Nach der Verstemmung wird der Stempel 15 radial aus der Statornut 7 gezogen und das Werkzeug 21 entfernt, so dass sich der in der Abbildung g der Figur 4 gezeigte Montagezustand ergibt. Nachfolgend kann das Isolationsmittel 17 an dem zur Nutöffnung 10 hin gerichteten Enden nach innen in die Statornut 7 hinein umgeschlagen werden, was in der Abbildung h der Figur 4 zu sehen ist.

In der Figur 6 ist eine Ausführung des Stempels 15 gezeigt, bei der der Stempel 15 im Querschnitt eine auf den elektrischen Leiter 11 zugewandte konvexe Kontur aufweist. Hierdurch kann dem der Nutöffnung 10 radial am nächstliegenden elektrische Leiter 11 an seiner der Nutöffnung 10 zugewandten Längsseite 22 im Querschnitt einen in Richtung des Nutgrundes 9 weisenden nutartigen Abschnitt 20 aufgeprägt werden.

Ersichtlich wird aus den Figuren 4-5 ferner, dass die Statornuten 7 jeweils eine umfängliche Nutbreite 19 aufweisen, wobei die Verstemmung so eingestellt ist, dass die umfängliche Breite 14 des der Nutöffnung 10 radial am nächstliegenden elektrischen Leiters 11 nach der plastischen Verformung kleiner ist als die umfängliche Nutbreite 19.

In den gezeigten Ausführungsformen der Figuren 2-6 sind jeweils eine ungearde Anzahl von elektrischen Leitern 11 in den Statornuten 7 angeordnet. Es versteht sich, dass die Anzahl der elektrischen Leiter 11 in den Statornuten 7 auch gerade sein kann, wenn die Statorwicklung 12 beispielsweise als Wellenwicklung ausgebildet wird.

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

1 Stator

2 elektrische Maschine

3 Antriebsstrang

4 Kraftfahrzeug

5 Statorbleche

6 Statorkörper

7 Statornuten

8 Seitenwänden

9 Nutgrund

10 Nutöffnung

11 elektrische Leiter

12 Statorwicklung

13 Breite

14 Breite

15 Stempel

16 Rotor

17 Isolationsmittel

18 Statorzahn

19 Nutbreite

20 nutartiger Abschnitt

21 Werkzeug

22 Längsseite

Claims

Ansprüche

1 . Stator (1 ) einer elektrische Maschine (2), insbesondere für einen Antriebsstrang (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend einen aus einer Mehrzahl von paketierten Statorblechen (5) gebildeten hohlzylindrischen Statorkörper (6) mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper (6) erstreckenden Statornuten (7), die im Querschnitt eine U-förmige Kontur mit zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Seitenwänden (8) sowie einem Nutgrund (9) und einer dem Nutgrund (9) radial gegenüberliegenden Nutöffnung (10) aufweisen, wobei in den Statornuten (7) jeweils eine Mehrzahl von elektrischen Leitern (11 ) mit einem im Wesentlichen rechteckförmigen Leiterquerschnitt zur Ausbildung einer Statorwicklung (12) radial übereinanderliegend angeordnet ist, wobei die Nutöffnung (10) eine umfängliche Breite (13) aufweist, die kleiner ist als eine umfängliche Breite (14) des der Nutöffnung (10) radial am nächstliegenden elektrischen Leiters (11 ), so dass die elektrischen Leiter (11 ) in radialer Richtung verliersicher in der jeweiligen Statornut (7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der der Nutöffnung (10) radial am nächstliegende elektrische Leiter (11 ) mittels Verstemmung in radialer Richtung hin zum Nutgrund (9) in Umfangsrichtung plastisch verformt ist.

2. Stator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Statornuten (7) jeweils eine umfängliche Nutbreite (19) aufweisen, wobei die umfängliche Breite (14) des der Nutöffnung (10) radial am nächstliegenden elektrischen Leiters (11) kleiner ist als die umfängliche Nutbreite (19). Stator (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der der Nutöffnung (10) radial am nächstliegende elektrische Leiter (11) an seiner der Nutöffnung (10) zugewandten Längsseite (22) im Querschnitt einen in Richtung des Nutgrundes (9) weisenden nutartigen Abschnitt (20) aufweist. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (11 ) eine Beschichtung aus einem elektrisch isolierenden Material aufweisen. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in den Statornuten (7) jeweils ein Isolationsmittel (17) an den Seitenwänden (8) und dem Nutgrund (9) anliegt. Stator (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmittel (17) ein Isolationspapier ist. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) ) einer elektrische Maschine (2), insbesondere für einen Antriebsstrang

(3) eines Kraftfahrzeugs

(4), umfassend die folgenden Schritte:

Bereitstellung eines aus einer Mehrzahl von paketierten Statorblechen

(5) gebildeten hohlzylindrischen Statorkörpers (6) mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Statorkörper

(6) erstreckenden Statornuten

(7), die im Querschnitt eine U-förmige Kontur mit zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Seitenwänden

(8) sowie einem Nutgrund (9) und einer dem Nutgrund (9) radial gegenüberliegenden Nutöffnung (10) aufweisen, Bereitstellung einer Mehrzahl von elektrischen Leitern (11 ) mit einem im Wesentlichen rechteckförmigen Leiterquerschnitt zur Ausbildung einer Statorwicklung (12)

Einlegen der elektrischen Leiter (11 ) in die Statornuten (7) aus radialer Richtung durch jeweils eine der Nutöffnungen (10) hindurch in Richtung des Nutgrunds (9), so dass jeweils eine Mehrzahl von elektrischen Leitern (11 ) radial übereinanderliegend in einer Statornut (7) angeordnet ist, wobei die Nutöffnung (10) eine umfängliche Breite (13) aufweist, die größer ist als eine umfängliche Breite (14) der elektrischen Leiter (11 ),

Verstemmen des der Nutöffnung (10) radial am nächstliegenden elektrischen Leiters (11 ) mittels eines Stempels (15), der die Nutöffnung (10) in radialer Richtung zum Nutgrund

(9) hin durchgreift und den der

Nutöffnung

(10) in radialer Richtung am nächstliegenden elektrischen Leiter

(11 ) in Umfangsrichtung plastisch verformt, so dass die umfängliche Breite (14) des der Nutöffnung (10) radial am nächstliegenden elektrischen Leiters (11 ) größer ist als die umfängliche Breite (13) der Nutöffnung (10) und die elektrischen Leiter (11 ) in radialer Richtung verliersicher in der jeweiligen Statornut (7) angeordnet sind. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (15) im Querschnitt eine auf den elektrischen Leiter (11 ) zugewandte konvexe Kontur aufweist. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Statornuten (7) jeweils eine umfängliche Nutbreite (19) aufweisen, wobei die Verstemmung so eingestellt ist, dass die umfängliche Breite (14) des der Nutöffnung (10) radial am nächstliegenden elektrischen Leiters (11 ) nach der plastischen Verformung kleiner ist als die umfängliche Nutbreite (19). Verfahren nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einlegen der elektrischen Leiter (11 ) jeweils ein Isolationsmittel (17) an den Seitenwänden (8) und dem Nutgrund (9) der Statornuten (7) angeordnet wird.