WO2024222995A1

WO2024222995A1 - Stator, rotor, elektrische maschine und verfahren zur herstellung eines stators und verfahren zur herstellung eines rotors

Info

Publication number: WO2024222995A1
Application number: PCT/DE2024/100278
Authority: WO
Inventors: Thomas Windhab
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2023-04-24
Filing date: 2024-04-05
Publication date: 2024-10-31
Anticipated expiration: 2025-10-24
Also published as: DE102023110325A1; DE102023110325B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1 ) für eine elektrische Maschine (2), insbesondere für eine elektrische Maschine (2) innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend einen Statorkörper (5) mit einer Vielzahl von umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne (6) und zwischen den Statorzähnen (6) gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper (5) erstreckender Statornuten (7), wobei der Statorkörper (5) aus einem paketierten Blechstapel (8) mit einer Mehrzahl von Elektroblechen (9) gebildet ist, und der Statorkörper (5) in oder an einer Aufnahmestruktur (10) fixiert ist, wobei eine Mehrzahl der Elektrobleche (9) jeweils einstückig mit diesen ausgeformte Fixierungsmittel (11 ) aufweist, welche unter Einfluss einer auf den Statorkörper (5) während der Montage bei Raumtemperatur in oder an der Aufnahmestruktur (10) einwirkenden Axialkraft (12) eine Querpressverbindung zwischen der Mehrzahl der Fixierungsmittel (11 ) aufweisenden Elektrobleche (9) und der Aufnahmestruktur (10) bewirken, so dass der Statorkörper (5) in seinem in oder an der Aufnahmestruktur (10) montierten Zustand in oder an dieser fixiert ist.

Description

Stator, Rotor, elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung eines Stators und Verfahren zur Herstellung eines Rotors

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine elektrische Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen hohlzylindrischen Statorkörper mit einer Vielzahl von umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckender Statornuten, wobei der Statorkörper aus einem paketierten Blechstapel mit einer Mehrzahl von Elektroblechen gebildet ist, und der Statorkörper in oder an einer Aufnahmestruktur fixiert ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Rotor, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Stators sowie Ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors.

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 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2- Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang 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.

Bei der Entwicklung der für E-Achsen oder Hybridmodule vorgesehenen elektrischen Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten zu steigern. Ein sehr wichtiges Performance-Kriterium für eine elektrische Maschine in diesem Zusammenhang ist ihr Wirkungsgrad. Hier werden zumeist ein Mindestwert für das Maximum im Kennfeld, ein Mindest- Zykluswirkungsgrad oder Mindestwirkungsgrade für konkrete Betriebspunkte gefordert. Des Weiteren muss sämtliche Verlustwärme auch durch ein Kühlsystem abgeführt werden, wieso auch thermische Anforderungen von den bei konkreten Betriebspunkten entstehenden Wärmemengen (und Verortungen) beeinflusst werden.

Der Hauptteil dieser Verluste wird durch die Kupferverluste und die Eisenverluste gebildet, wobei die Zusammensetzung hier stark vom jeweiligen Betriebspunkt abhängt.

Aus diesem Grund wird mit vielen verschiedenen Mitteln versucht, die jeweiligen Verluste zu minimieren. Bei den Eisenverlusten hat dies oft die Auswahl eines dünneren, verlustärmeren Elektroblechs zur Folge. Eine weitere Möglichkeit die Eisenverluste in einem Stator zu reduzieren, besteht darin, die Einzelbleche oder das gesamte Blechpaket im Anschluss an das Stanzen und Paketieren zu Glühen, was aber aus energetischen und kostentechnischen Aspekten regelmäßig nachteilig ist. Üblicherweise werden derartige aus Elektroblechpaketen aufgebaute Statoren drehtest mit einer Aufnahmestruktur verbunden, beispielsweise einem Statorträger oder einer Gehäusestruktur.

Um einen derartigen Stator mit einer beispielsweise zylindrischen Außenkontur in einen Statorträger mit zylindrischer Innenkontur zu fügen, wird dieser in der Regel auf eine Temperatur von 150 bis 200 °C erwärmt, dann gefügt und anschließend auf einer Kühlstrecke wieder auf eine Temperatur heruntergekühlt, die das weitere Handling des Stators bzw. der gefügten Baugruppe ermöglicht.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren und einen Stator bereitzustellen, der energetisch besonders günstig und sicher an oder in einer Aufnahmestruktur fixierbar ist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Rotor, ein optimiertes Verfahren zur Herstellung eines Stators bzw. eines Rotors sowie eine verbesserte elektrische Maschine zu realisieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine elektrische Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen hohlzylindrischen Statorkörper mit einer Vielzahl von umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckender Statornuten, wobei der Statorkörper aus einem paketierten Blechstapel mit einer Mehrzahl von Elektroblechen gebildet ist, und der Statorkörper in oder an einer Aufnahmestruktur fixiert ist, wobei eine Mehrzahl der Elektrobleche jeweils einstückig mit diesen ausgeformte Fixierungsmittel aufweist, welche unter Einfluss einer auf den Statorkörper während der Montage bei Raumtemperatur in oder an der Aufnahmestruktur einwirkenden Axialkraft eine Querpressverbindung zwischen der Mehrzahl der Fixierungsmittel aufweisenden Elektrobleche und der Aufnahmestruktur bewirken, so dass der Statorkörper in seinem in oder an der Aufnahmestruktur montierten Zustand in oder an dieser fixiert ist.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass ein Stator mit einem mechanisch bei Raumtemperatur aktivierbaren Querpressverband bereitgestellt werden kann, wodurch auf ein thermisches Fügen des Stators an eine Aufnahmestruktur verzichtet werden kann. Durch das mechanische Ausbilden des Querpressverbandes bei Raumtemperatur können ebenfalls durch ein thermisches Fügen bedingte Schäden an dem Stator, z.B. an den Isolierstoffen, vermieden werden, die durch ein Erhitzen des Stators auf z.B. 200 °C entstehen können.

Außerdem ist je nach Ausgestaltung eine Verringerung der Sensitivität der Welle- Nabe-Verbindung bzgl. der Statorträger- Durchmessertoleranz möglich. Auch kann das Trennen von Stator und Aufnahmestruktur zum Zwecke des Recyclings durch den mechanischen Prozess vereinfacht werden.

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 bevorzugt zur Verwendung in einer Radialflussmaschine ausgebildet. Ein Stator für eine Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht in der Regel aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech im Wesentlichen parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. Die Statornuten besitzen bevorzugt eine im Wesentlichen U-förmige Querschnittskontur. Höchst bevorzugt weisen eine Mehrzahl der Statornuten gerade, sich in radialer Richtung erstreckende Nutwände auf. Insbesondere ist eine einem Positionierungsabschnitt in einer Statornut gegenüberliegende Nutwand gerade ausgebildet.

In die Statornuten des erfindungsgemäßen Stators ist eine oder mehrere Statorwicklung(en) eingelassen. Eine Statorwicklung umfasst einen elektrisch leitfähigen Leiter, dessen Längenerstreckung wesentlich größer ist als sein Durchmesser. Der elektrische Leiter kann grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind rechteckige Querschnittsformen, da sich mit diesen hohe Packungs- und folglich Leistungsdichten erzielen lassen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Statorwicklung aus Kupfer gebildet. Bevorzugt weist eine Statorwicklung eine Isolierung auf. Zur Isolierung der Statorwicklung kann beispielsweise Glimmerpapier, welches aus mechanischen Gründen durch einen Glasgewebeträger verstärkt sein kann, in Bandform um eine oder mehrere Statorwicklungen gewickelt sein, welche mittels eines aushärtenden Harzes imprägniert sind. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine aushärtbare Lackschicht ohne ein Glimmerpapier zu verwenden, um eine Statorwicklung zu isolieren.

Die Statorwicklung kann beispielsweise als Wellenwicklung oder Hairpinwicklung ausgebildet sein.

Der erfindungsgemäße Stator besitzt ferner einen Statorkörper. Der Statorkörper kann einteilig oder mehrteilig, insbesondere segmentiert ausgebildet sein. 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. Ein segmentiert aufgebauter Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass er aus einzelnen Statorsegmentteilen aufgebaut ist. Der Statorkörper kann dabei aus einzelnen Statorzähnen oder Statorzahngruppen aufgebaut sein, wobei jeder einzelne Statorzahn oder jede einzelne Statorzahngruppe aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet sein kann, wobei jedes der Elektrobleche als Statorsegmentblechteil ausgebildet ist.

Der Statorkörper ist bevorzugt aus einem oder mehreren Statorblechpaketen gebildet. Als Statorblechpaket werden eine Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen bzw. Statorblechen verstanden, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Statorblechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können dann in dem Blechpaket durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten bleiben.

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

Der Stator ist insbesondere für die Verwendung in einer elektrischen Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. 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 die elektrische Maschine eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.

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 Mehrzahl der Fixierungsmittel aufweisenden Elektrobleche im Wesentlichen identisch ausgeformt sind, wodurch die Fertigungskomplexität und die Herstellkosten gering gehalten werden können. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Fixierungsmittel als eine kreisringförmige, in axialer Richtung aus der Ebene eines Elektroblechs herausragende Umformung ausgebildet ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Fixierungsmittel auf eine fertigungstechnisch besonders einfache Weise ausgebildet werden können. Diese Ausführung hat des Weiteren den Vorteil, dass ein derartiges Statorblechpaket spielbehaftet in eine Aufnahmestruktur eingesetzt werden kann und der Querpressverband erst bei Erreichen einer vordefinierten Position mechanisch aktiviert wird, was den Montageprozess vereinfachen kann.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Fixierungsmittel radial aus dem Rotorkörper herausragen und beim Einsetzen in die Aufnahmestruktur gegenüber dieser ein Übermaß aufweisen. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass der Stator bereits mit dem Einsetzen in die Aufnahmestruktur eine Querpressverbindung ausbildet, so dass auf einen zusätzlichen mechanischen Aktivierungsschritt eventuell verzichtet werden kann.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Fixierungsmittel als Kreisringabschnitte ausgebildet sind, was eine gute mechanische Aktivierung sowie eine hinreichend starke Querpressverbindung begünstigen kann.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Blechstapel eine erste Gruppe von Elektroblechen, eine zweite Gruppe von Elektroblechen sowie eine dritte Gruppe von Elektroblechen aufweist, wobei die erste Gruppe von Elektroblechen spielbehaftet gegenüber der Aufnahmestruktur in oder an dieser positioniert ist, die zweite Gruppe von Elektroblechen spielbehaftet gegenüber der Aufnahmestruktur in oder an dieser positioniert ist, wobei das Spiel der zweiten Gruppe von Elektroblechen gegenüber der Aufnahmestruktur kleiner ist als das Spiel der ersten Gruppe von Elektroblechen gegenüber der Aufnahmestruktur, die dritte Gruppe von Elektroblechen die Fixierungsmittel aufweist, wobei jeweils ein Elektroblech der dritten Gruppe von Elektroblechen beidseits jeweils an einem Elektroblech der ersten Gruppe von Elektroblechen anliegt, und jeweils ein Elektroblech der zweiten Gruppe von Elektroblechen beidseits jeweils an einem Elektroblech der ersten Gruppe von Elektroblechen anliegt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass ein besonders sicher montierbares und aktivierbares Statorblechpaket realisiert werden kann.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die erste Gruppe von Elektroblechen, die zweite Gruppe von Elektroblechen und die dritte Gruppe von Elektroblechen aus im Wesentlichen identisch ausgeformten Elektroblechen bestehen, die gegeneinander verdreht in dem Blechstapel angeordnet sind. Hierdurch kann eine Komplexitätsreduktion der Fertigungsprozesse erreicht werden, was auch positive Auswirkungen auf die Herstellkosten haben kann.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Aufnahmestruktur ein Gehäuse, ein Statorträger oder eine Welle ist. Der Stator kann für eine als Innenläufer oder Außenläufer konfigurierte elektrische Maschine ausgeführt sein.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine, umfassend die folgenden Schritte:

• Bereitstellung einer Aufnahmestruktur in oder an der ein Statorkörper fixierbar ist,

• Bereitstellung eines Statorkörpers mit einer Vielzahl von umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckender Statornuten, wobei der Statorkörper aus einem paketierten Blechstapel mit einer Mehrzahl von Elektroblechen gebildet ist, wobei eine Mehrzahl der Elektrobleche jeweils einstückig mit diesen ausgeformte Fixierungsmittel aufweist, welche unter Einfluss einer auf den Statorkörper während der Montage in oder an der Aufnahmestruktur einwirkenden Axialkraft eine Querpressverbindung zwischen der Mehrzahl der Fixierungsmittel aufweisenden Elektrobleche und der Aufnahmestruktur bewirken, so dass der Statorkörper in seinem in oder an der Aufnahmestruktur montierten Zustand in oder an dieser fixierbar ist,

• Montage des Statorkörpers in oder an der Aufnahmestruktur bei Raumtemperatur.

Ferner kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst werden mittels eines Rotors für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine elektrische Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Rotorkörper, der aus einem paketierten Blechstapel mit einer Mehrzahl von Elektroblechen gebildet ist, und der Rotorkörper in oder an einer Rotorwelle fixiert ist, wobei eine Mehrzahl der Elektrobleche jeweils einstückig mit diesen ausgeformte Fixierungsmittel aufweist, welche unter Einfluss einer auf den Rotorkörper während der Montage bei Raumtemperatur auf der Rotorwelle einwirkenden Axialkraft eine Querpressverbindung zwischen der Mehrzahl der Fixierungsmittel aufweisenden Elektrobleche und der Rotorwelle bewirken, so dass der Rotorkörper in seinem auf der Rotorwelle montierten Zustand auf dieser fixiert ist.

Es versteht sich, dass alle vorab beschriebenen vorteilhaften Ausführungsführungsformen des erfindungsgemäßen Stators in analoger Weise auf den erfindungsgemäßen Rotor übertragbar sind.

Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend die folgenden Schritte:

• Bereitstellung einer Rotorwelle in oder an der ein Rotorkörper fixierbar ist,

• Bereitstellung eines Rotorkörpers, der aus einem paketierten Blechstapel mit einer Mehrzahl von Elektroblechen gebildet ist, wobei eine Mehrzahl der Elektrobleche jeweils einstückig mit diesen ausgeformte Fixierungsmittel aufweist, welche unter Einfluss einer auf den Rotorkörper während der Montage auf der Rotorwelle einwirkenden Axialkraft eine Querpressverbindung zwischen der Mehrzahl der Fixierungsmittel aufweisenden Elektrobleche und der Rotorwelle bewirken, so dass der Rotorkörper in seinem auf der Rotorwelle montierten Zustand in oder an dieser fixierbar ist,

• Montage des Rotorkörpers Auf der Rotorwelle bei Raumtemperatur.

Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst ein durch eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Stator nach einem der Ansprüche 1-8 und/oder einen Rotor nach Anspruch 10.

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

Es zeigt:

Figur 1 eine elektrische Maschine in einer Querschnittsansicht,

Figur 2 eine elektrische Maschine in einer Axialschnittansicht,

Figur 3 eine erste Ausführungsform von Fixierungsmitteln in einem paketierten Blechstapel eines Stators in einer ersten Montageposition in einer Axialschnittdarstellung,

Figur 4 eine erste Ausführungsform von Fixierungsmitteln in einem paketierten Blechstapel eines Stators in einer zweiten Montageposition in einer Axialschnittdarstellung,

Figur 5 eine erste Ausführungsform von Fixierungsmitteln in einem paketierten Blechstapel eines Stators in einer dritten Montageposition in einer Axialschnittdarstellung, Figur 6 eine Ausführungsform eines Elektroblechs in einer Querschnittsansicht,

Figur 7 eine zweite Ausführungsform von Fixierungsmitteln in einem paketierten Blechstapel eines Stators in einer ersten Montageposition in einer Axialschnittdarstellung,

Figur 8 eine zweite Ausführungsform von Fixierungsmitteln in einem paketierten Blechstapel eines Stators in einer zweiten Montageposition in einer Axialschnittdarstellung,

Figur 9 eine Ausführungsform eines Elektroblechs in einer perspektivischen Detaildarstellung,

Figur 10 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrisch betreibbaren Antriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung.

Die Figuren 1-2 zeigen eine elektrische Maschine 2 für einen Antriebsstrang 3 eines Kraftfahrzeugs 4, wie es auch in der Figur 10 skizziert ist.

Der Stator 1 umfasst einen hohlzylindrischen Statorkörper 5 mit einer Vielzahl von umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne 6 und zwischen den Statorzähnen 6 gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper 5 erstreckender Statornuten 7, in welchen die Statorwicklung 24 aufgenommen ist. Die gezeigte elektrische Maschine 2 ist als Radialflussmaschine in einer Innenläuferkonfiguration gezeigt, bei der der Rotor 23 in dem hohlzylindrischen Statorkörper 5 dreht.

Der Statorkörper 5 ist aus einem paketierten Blechstapel 8 mit einer Mehrzahl von Elektroblechen 9 gebildet und in einer Aufnahmestruktur 10 fixiert, die beispielsweise ein Statorträger oder eine Gehäusestruktur, beispielsweise ein Motorgehäuse ist. Eine Mehrzahl der Elektrobleche 9 weisen jeweils wenigstens ein einstückig mit diesen ausgeformtes Fixierungsmittel 11 auf, welches unter Einfluss einer auf den Statorkörper 5 während der Montage bei Raumtemperatur in oder an der Aufnahmestruktur 10 einwirkenden Axialkraft 12 eine Querpressverbindung zwischen der Mehrzahl der Fixierungsmittel 11 aufweisenden Elektrobleche 9 und der Aufnahmestruktur 10 bewirken, so dass der Statorkörper 5 in seinem in oder an der Aufnahmestruktur 10 montierten Zustand in oder an dieser fixiert ist.

Dies wird anhand von zwei Ausführungsformen näher erläutert.

In einer ersten Ausführungsform, die in den Figuren 3-5 gezeigt ist, ragen die Fixierungsmittel 11 radial aus dem Statorkörper 5 heraus und weisen beim Einsetzen in die Aufnahmestruktur 10 gegenüber dieser ein Übermaß auf.

Der Blechstapel 8 weist eine erste Gruppe 16 von Elektroblechen 9, eine zweite Gruppe 17 von Elektroblechen 9 sowie eine dritte Gruppe 18 von Elektroblechen 9 aufweist, wobei die erste Gruppe 16 von Elektroblechen 9 spielbehaftet gegenüber der Aufnahmestruktur 10 in dieser positioniert ist. Die zweite Gruppe 17 von Elektroblechen 9 ist spielbehaftet gegenüber der Aufnahmestruktur 10 in dieser positioniert ist, wobei das Spiel 19 der zweiten Gruppe 17 von Elektroblechen 9 gegenüber der Aufnahmestruktur 10 kleiner ist als das Spiel 20 der ersten Gruppe 16 von Elektroblechen 9 gegenüber der Aufnahmestruktur 10.

Die dritte Gruppe 18 von Elektroblechen 9 verfügt über die Fixierungsmittel 11 , wobei jeweils ein Elektroblech 9 der dritten Gruppe 18 von Elektroblechen 9 beidseits jeweils an einem Elektroblech 9 der ersten Gruppe 16 von Elektroblechen 9 anliegt, und jeweils ein Elektroblech 9 der zweiten Gruppe 17 von Elektroblechen 9 beidseits jeweils an einem Elektroblech 9 der ersten Gruppe 16 von Elektroblechen 9 anliegt.

Das Blechstapel 8 des Statorkörpers 5 ist also so ausgeführt, dass die Außenkontur des Blechstapels 8 drei verschiedene Außendurchmesser aufweist. Diese können entweder radial verteilt in einem einzelnen Blechschnitt, oder aber durch drei verschiedene Blechschnitte, die sich lediglich im Außendurchmesser unterscheiden, realisiert werden.

Die dritte Gruppe 18 der Elektrobleche 9 weist ein Übermaß zur Aufnahmestruktur 10, beispielsweise einem Statorträger-Innendurchmesser, auf und bildet dadurch ein Fixierungsmittel 11 aus.

Die erste Gruppe 16 und die zweite Gruppe 17 von Elektroblechen 9 bilden dann unterschiedlich starke Spielpassungen mit der Aufnahmestruktur 10.

Die Gruppen 16,17,18 der Elektrobleche 9 sind derart angeordnet, dass die erwünschte Abfolge der drei verschiedenen Außendurchmesser in axialer Richtung abgebildet wird. Bei Realisierung in einem einzigen Blechschnitt kann dies über eine Verdrehung der einzelnen Elektrobleche 9 zueinander erfolgen. Ein derartiges Elektroblech ist in der Figur 6 gezeigt. Hierbei sind die Fixierungsmittel 11 als Kreisringabschnitte 15 an dem Elektroblech 9 ausgebildet. Hierbei bestehen dann der erste Gruppe 16 von Elektroblechen 9, die zweite Gruppe 17 von Elektroblechen 9 und die dritte Gruppe 18 von Elektroblechen 9 aus im Wesentlichen identisch ausgeformten Elektroblechen 9, die gegeneinander verdreht in dem Blechstapel 8 angeordnet sind.

Bei drei verschiedenen Blechschnitten müssen die entsprechenden Blechschnitte der Gruppen 16,17,18 der Elektrobleche 9 in der korrekten Reihenfolge gestapelt werden. Hierbei sind die drei verschiedenen Durchmesser derart gewählt, dass das axiale Verschieben der Blechstapel 8 in der Aufnahmestruktur 10 in einer axialen Richtung 12 bei Raumtemperatur so stattfinden kann, dass Aufnahmestrukturen 10 keinen mechanischen Schaden dadurch erleiden. Dies wird dadurch erreicht, dass durch die kleineren Durchmesser ein Verbiegen des Übermaß-Durchmessers bzw. des Fixierungsmittels 11 in axialer Richtung (hin zur Tellerform) einseitig ermöglicht wird.

Mit einem solchen Blechstapel 8 kann dann das Fügen des Statorkörpers 5 in die Aufnahmestruktur 10 wie folgt erfolgen: Wenn notwendig, wird der Statorkörper 5 zunächst axial vorgespannt. Wie man anhand der Figur 4 gut nachverfolgen kann, wird der Statorkörper 5 bei Raumtemperatur axial in die Aufnahmestruktur 10 eingepresst. Durch dieses Design wird die notwendige Einpresskraft im Verhältnis zur Mantelfläche wesentlich kleiner als bei einem rein zylindrischen Querpressverband. Der Statorkörper 5 wird hierbei zunächst weiter eingepresst als die beabsichtigte Endposition.

Der Statorkörper 5 wird dann in die entgegengesetzte Richtung gegenüber der Aufnahmestruktur 10 verfahren, was in der Figur 5 gezeigt ist. Hierbei rasten die einzelnen Elektrobleche 9 der dritten Gruppe 18 am größten Durchmesser im Statorkörper 5 ein, stellen sich auf und verformen sich axial wieder so weit zu einer Tellerform, dass sie am nächsten Elektroblech 9 der zweiten Gruppe 17 mit dem mittleren Durchmesser axial anstehen. Dadurch ist eine spätere axiale Verschiebung ohne große, wirkende Axialkraft effektiv verhindert.

In den Figuren 7-8 ist eine zweite Ausführungsform eines Blechstapels 8 gezeigt und wird nachfolgend erläutert. In dieser Ausführungsform sind die Fixierungsmittel 11 als eine kreisringförmige, in axialer Richtung aus der Ebene 13 eines Elektroblechs 9 herausragende Umformung 14 ausgebildet.

Der Blechschnitt der Elektrobleche 9 für den Blechstapel 8 ist also so ausgeführt, dass im Ausgangszustand, vor der mechanischen Aktivierung des Querpressverbandes, eine Spiel- oder leichte Übergangspassung zwischen Statorkörper 5 und der Aufnahmestruktur 10 besteht, sodass der Statorkörper 5 ohne großen Kraftaufwand axial in die hohlzylindrische Aufnahmestruktur 10, z.B. einen Statorträger, eingesetzt werden kann.

Die kreisringförmige, in axialer Richtung aus der Ebene 13 eines Elektroblechs 9 herausragende Umformung 14 ist von ovalen Öffnungen 25 durchbrochen, die äquidistant über den Umfang der Umformung 14 angeordnet sind. Diese Öffnungen 25 können beispielsweise auch als Kühlkanäle im Statorkörper 5 fungieren. Die Öffnungen 25 ermöglichen ferner das Prägen in verschiedenen Stufen im Stanzwerkzeug zur Verteilung der Kräfte über die Stanzlänge. In Umfangsrichtung sind durch die Öffnungen 25 sich in radialer Richtung erstreckende Verbindungsstege 27 ausgebildet, die aus der Ebene 13 des Elektroblechs 9 herausragen. In Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Öffnungen 25 ragt jeweils ein sich vom äußeren Umfang des Elektroblechs 8 radial nach innen erstreckende dreiecksförmige Einkerbung 26 in das Elektroblech 9 hinein. Die Einkerbungen 26 unterbrechen den Außendurchmesser um zu verhindern, dass ein durchgehender äußerer Jochteil bei der Aktivierung des Querpressverbandes durch um laufende Zugspannungen (bedingt durch Durchmesservergrößerung) die im Querpressverband nutzbare Normalkraft reduziert. Die Einkerbung 26 kann auch eine von der Dreiecksform abweichende Kontur aufweisen. So kann bei derEinkerbung 26 insbesondere auch der Kerbgrund abgerundet sein, um eine zu hohe Kerbwirkung und damit Beschädigung des Blechs bei der Aktivierung des Querpressverbands zu verhindern

Die Umformung 14 kann beispielsweise während eines Stanzprozesses in dem Elektroblech ausgeformt werden.

Während dieses Stanzprozesses zu Ausbildung der Umformung 14 kann der radial äußere bzw. radial innere Teil des Blechstapels 8 mit einem in der Ebene fixierten Niederhalter festgehalten werden, sodass der Außendurchmesser des Blechstapels während der Umformung unverändert bleibt. Der Niederhalter und sein Gegenstück in der Matrize können aber auch in radialer Richtung um eine gewisse Distanz beweglich ausgebildet sein, damit beim Umformvorgang dieser Teil etwas nach innen gezogen wird. Hier soll sichergestellt werden, dass im Bereich tangential zwischen den Verbindungsstegen 27 sich der radial äußere Teil aus der Blechebene heraus verformen kann. Somit hat dieser Teil die Möglichkeit, die Form einer Wellenfeder anzunehmen, wodurch sich der Außendurchmesser ohne plastische Verformung des Elektroblechs 9 in diesem Bereich reduziert. Durch die wellenförmige Gestaltung der Teile zwischen den beweglichen Niederhaltern kann die Wellenform (Position der Berge und Täler) vorgegeben werden.

Werden die Verbindungsstege 27 der Umformung 14 nun in axialer Richtung durch eine Axialkraft 12 verformt, so weist der Statorkörper 5 nach dieser Verformung einen radial größeren Durchmesser auf als im unverformten Zustand der Umformung 14 auf, was sich gut aus der Zusammenschau der Figuren 7-8 nachvollziehen lässt. Hierdurch wird eine Pressverbindung zwischen dem Statorkörper 5 und der Aufnahmestruktur 10 ausgebildet, was in der Figur 8 gezeigt ist.

In axialer Richtung stützt sich zur mechanischen Aktivierung des Querpressverbandes der Blechstapel 8 an dem Anschlag 21 ab. Der Anschlag 21 stellt hierbei Anschlagflächen zur Verfügung, die den Blechstapel 8 sowohl radial innerhalb als auch radial außerhalb der Verbindungsstege 27 bzw. der Umformung 14 anstehen lassen. Der Abschlag 21 weist Aussparungen 22 im Bereich der Umformung 14 auf, die so ausgebildet sind, dass die Bogenlänge in radialer Richtung kürzer ist als die Bogenlänge der Verbindungsstege 27 in dem Blechstapel 8.

Der Blechstapel 8 wird nun zunächst kraftarm oder sogar kraftlos bis zum Anschlag 21 in die Anbindungsstruktur 10 axial eingeschoben. Der Blechstapel 8 wird dann mit einem nicht gezeigten Niederhalter auf den Anschlag 21 gedrückt, wobei dieser Niederhalter axial durchgehende Aussparungen für die vorgeprägten Verbindungsstege 27 aufweist. Durch die Aussparungen im Niederhalter werden nachfolgend Stempel gepresst, welche die vorgeprägten Verbindungsstege 27 bis in die für sie vorgesehenen Aussparungen 22 im Anschlag 21 hineinpressen bzw. verstemmen, was in der Figur 8 gezeigt ist.

Dadurch, dass die Verbindungsstege 27 im aktivierten Zustand kürzer sind als im vorgeprägten Zustand, bilden diese in sich Druckspannungen aus. Diese bewirken gleich große, sich entgegengesetzte Kräfte auf die beiden durch diese Stege verbundenen Teile der Elektrobleche 9, hier also auf die radial inneren und äußeren Bereiche des Blechstapels 8. Diese Kraft wird von den Bereichen, die am Querpressverband direkt teilnehmen, an den Partner des Querpressverbands weitergegeben und sorgen damit dafür, dass ein Drehmoment über diesen Verband übertragen werden kann. In den gezeigten Ausführungsbeispielen kann somit die Montage des Statorkörpers

5 in oder an der Aufnahmestruktur 10 durch die mechanische Aktivierung des Querpressverbands bei Raumtemperatur erfolgen.

Die Erfindung wurde in den Figuren im Wesentlichen für einen Stator 1 erläutert. Es versteht sich, dass die erfinderische Idee sich auch von einem Stator 1 auf einen Rotor 23 einer elektrischen Maschine 2 übertragen lässt. Hierbei kann dann der Rotor 23 einen Rotorkörper aufweisen, der aus einem paketierten Blechstapel 8 mit einer Mehrzahl von Elektroblechen 9 gebildet ist und der Rotorkörper in oder an einer Rotorwelle, wie sie in der Figur 2 angedeutet ist, fixiert ist. Hierbei weist dann eine Mehrzahl der Elektrobleche 9 jeweils einstückig mit diesen ausgeformte Fixierungsmittel 11 auf, welche unter Einfluss einer auf den Rotorkörper während der Montage bei Raumtemperatur auf der Rotorwelle einwirkenden Axialkraft 12 eine Querpressverbindung zwischen der Mehrzahl der Fixierungsmittel 11 aufweisenden Elektrobleche 9 und der Rotorwelle bewirken, so dass der Rotorkörper in seinem auf der Rotorwelle montierten Zustand auf dieser fixiert ist.

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

1 Stator

2 elektrische Maschine

3 Antriebsstrang

4 Kraftfahrzeug

5 Statorkörper

6 Statorzähne

7 Statornuten

8 Blechstapel

9 Elektrobleche

10 Aufnahmestruktur

11 Fixierungsmittel

12 Axialkraft

13 Ebene

14 Umformung

15 Kreisringabschnitte

16 Gruppe

17 Gruppe

18 Gruppe

19 Spiel

20 Spiel

21 Anschlag

22 Aussparung

23 Rotor

24 Statorwicklung

25 Öffnungen

26 Einkerbungen

27 Verbindungsstege

Claims

Ansprüche

1 . Stator (1 ) für eine elektrische Maschine (2), insbesondere für eine elektrische Maschine (2) innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend

• einen Statorkörper (5) mit einer Vielzahl von umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne (6) und zwischen den Statorzähnen (6) gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper (5) erstreckender Statornuten (7), wobei

• der Statorkörper (5) aus einem paketierten Blechstapel (8) mit einer Mehrzahl von Elektroblechen (9) gebildet ist,

• und der Statorkörper (5) in oder an einer Aufnahmestruktur (10) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Elektrobleche (9) jeweils einstückig mit diesen ausgeformte Fixierungsmittel (11 ) aufweist, welche unter Einfluss einer auf den Statorkörper (5) während der Montage bei Raumtemperatur in oder an der Aufnahmestruktur (10) einwirkenden Axialkraft (12) eine Querpressverbindung zwischen der Mehrzahl der Fixierungsmittel (11 ) aufweisenden Elektrobleche (9) und der Aufnahmestruktur (10) bewirken, so dass der Statorkörper (5) in seinem in oder an der Aufnahmestruktur (10) montierten Zustand in oder an dieser fixiert ist.

2. Stator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Fixierungsmittel (11 ) aufweisenden Elektrobleche (9) im Wesentlichen identisch ausgeformt sind.

3. Stator (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungsmittel (11 ) als eine kreisringförmige, in axialer Richtung aus der Ebene (13) eines Elektroblechs (9) herausragende Umformung (14) ausgebildet ist.

4. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungsmittel (11 ) radial aus dem Statorkörper (5) herausragen und beim Einsetzen in die Aufnahmestruktur (10) gegenüber dieser ein Übermaß aufweisen.

5. Stator (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungsmittel (11 ) als Kreisringabschnitte (15) ausgebildet sind.

6. Stator (1 ) nach einem der Ansprüche 4-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechstapel (8) eine erste Gruppe (16) von Elektroblechen (9), eine zweite Gruppe (17) von Elektroblechen (9) sowie eine dritte Gruppe (18) von Elektroblechen (9) aufweist, wobei die erste Gruppe (16) von Elektroblechen (9) spielbehaftet gegenüber der Aufnahmestruktur (10) in oder an dieser positioniert ist, die zweite Gruppe (17) von Elektroblechen (9) spielbehaftet gegenüber der Aufnahmestruktur (10) in oder an dieser positioniert ist, wobei das Spiel (19) der zweiten Gruppe (17) von Elektroblechen (9) gegenüber der Aufnahmestruktur (10) kleiner ist als das Spiel (20) der ersten Gruppe (16) von Elektroblechen (9) gegenüber der Aufnahmestruktur (10), die dritte Gruppe (18) von Elektroblechen (9) die Fixierungsmittel (11 ) aufweist, wobei jeweils ein Elektroblech (9) der dritten Gruppe (18) von Elektroblechen (9) beidseits jeweils an einem Elektroblech (9) der ersten Gruppe (16) von Elektroblechen (9) anliegt, und jeweils ein Elektroblech (9) der zweiten Gruppe (17) von Elektroblechen (9) beidseits jeweils an einem Elektroblech (9) der ersten Gruppe (16) von Elektroblechen (9) anliegt.

7. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe (16) von Elektroblechen (9), die zweite Gruppe (17) von Elektroblechen (9) und die dritte Gruppe (18) von Elektroblechen (9) aus im Wesentlichen identisch ausgeformten Elektroblechen (9) bestehen, die gegeneinander verdreht in dem Blechstapel (8) angeordnet sind.

8. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmestruktur (10) ein Gehäuse, ein Statorträger oder eine Welle ist

9. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1 ) einer elektrischen Maschine (2), umfassend die folgenden Schritte:

• Bereitstellung einer Aufnahmestruktur (10) in oder an der ein Statorkörper (5) fixierbar ist,

• Bereitstellung eines Statorkörpers (5) mit einer Vielzahl von umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne (6) und zwischen den Statorzähnen (6) gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper (5) erstreckender Statornuten (7), wobei der Statorkörper (5) aus einem paketierten Blechstapel (8) mit einer Mehrzahl von Elektroblechen (9) gebildet ist, wobei eine Mehrzahl der Elektrobleche (9) jeweils einstückig mit diesen ausgeformte Fixierungsmittel (11 ) aufweist, welche unter Einfluss einer auf den Statorkörper (5) während der Montage in oder an der Aufnahmestruktur (10) einwirkenden Axialkraft (12) eine Querpressverbindung zwischen der Mehrzahl der Fixierungsmittel (11 ) aufweisenden Elektrobleche (9) und der Aufnahmestruktur (10) bewirken, so dass der Statorkörper (5) in seinem in oder an der Aufnahmestruktur (10) montierten Zustand in oder an dieser fixierbar ist,

• Montage des Statorkörpers (5) in oder an der Aufnahmestruktur (10) bei Raumtemperatur.

10. Rotor (23) für eine elektrische Maschine (2), insbesondere für eine elektrische Maschine (2) innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend

• einen Rotorkörper, der aus einem paketierten Blechstapel (8) mit einer Mehrzahl von Elektroblechen (9) gebildet ist,

• und der Rotorkörper in oder an einer Rotorwelle fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Elektrobleche (9) jeweils einstückig mit diesen ausgeformte Fixierungsmittel (11 ) aufweist, welche unter Einfluss einer auf den Rotorkörper während der Montage bei Raumtemperatur auf der Rotorwelle einwirkenden Axialkraft (12) eine Querpressverbindung zwischen der Mehrzahl der Fixierungsmittel (11 ) aufweisenden Elektrobleche (9) und der Rotorwelle bewirken, so dass der Rotorkörper in seinem auf der Rotorwelle montierten Zustand auf dieser fixiert ist.

11 .Verfahren zur Herstellung eines Rotors (23) einer elektrischen Maschine (2), umfassend die folgenden Schritte:

• Bereitstellung eines Rotorkörpers, der aus einem paketierten Blechstapel (8) mit einer Mehrzahl von Elektroblechen (9) gebildet ist, wobei eine Mehrzahl der Elektrobleche (9) jeweils einstückig mit diesen ausgeformte Fixierungsmittel (11 ) aufweist, welche unter Einfluss einer auf den Rotorkörper während der Montage auf der Rotorwelle einwirkenden Axialkraft (12) eine Querpressverbindung zwischen der Mehrzahl der Fixierungsmittel (11 ) aufweisenden Elektrobleche (9) und der Rotorwelle bewirken, so dass der Rotorkörper in seinem auf der Rotorwelle montierten Zustand in oder an dieser fixierbar ist,

• Montage des Rotorkörpers Auf der Rotorwelle bei Raumtemperatur.

12. Elektrische Maschine (2), insbesondere für einen Antriebsstrang (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend einen Stator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -8 und/oder einen Rotor (23) nach Anspruch 10.