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DE102024107474A1 - Stator für eine elektrische Maschine mit Nutisolationsring und Kompensationsring - Google Patents

Stator für eine elektrische Maschine mit Nutisolationsring und Kompensationsring

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Publication number
DE102024107474A1
DE102024107474A1 DE102024107474.4A DE102024107474A DE102024107474A1 DE 102024107474 A1 DE102024107474 A1 DE 102024107474A1 DE 102024107474 A DE102024107474 A DE 102024107474A DE 102024107474 A1 DE102024107474 A1 DE 102024107474A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
stator
slot
slots
tooth
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024107474.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Juergen Huettinger
Matthias Bluemel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102024107474.4A priority Critical patent/DE102024107474A1/de
Priority to PCT/DE2025/100171 priority patent/WO2025190444A1/de
Publication of DE102024107474A1 publication Critical patent/DE102024107474A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/32Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H02K3/345Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation between conductor and core, e.g. slot insulation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16Stator cores with slots for windings
    • HELECTRICITY
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    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/10Applying solid insulation to windings, stators or rotors, e.g. applying insulating tapes
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    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16Stator cores with slots for windings
    • H02K1/165Shape, form or location of the slots

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  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine elektrische Maschine, aufweisend:- einen Statorkörper (2) zum Halten und Leiten eines magnetischen Flusses von Statorwicklungen (9), welcher eine Vielzahl von durch jeweils einen Statorzahn (6) separierten und zwischen Stirnflächen (7) des Statorkörpers (2) verlaufenden Statornuten (5) zum Aufnehmen von Wicklungsleitern (8) der Statorwicklungen (9) aufweist und welcher in an die Stirnflächen (7) angrenzenden Endabschnitten (11) Materialabtragungen in Form von querschnittsreduzierten Zahnenden (13) der Statorzähne (6) und querschnittserhöhten Nutenden (12) der Statornuten (5) aufweist,- zumindest ein Nutisolationsring (14) zum elektrischen Isolieren der Wicklungsleiter (8) gegenüber den Nutenden (12), mit zumindest einem ringförmigen, an eine der Stirnflächen (7) angelegten Träger (15) und mit einer Vielzahl von an dem Träger (15) angeordneten, durch jeweils ein Aufsteckelement (18) separierten Nutauskleideelementen(17), wobei die Aufsteckelemente (18) auf die Zahnenden (13) aufgesteckt sind und wobei hierdurch die Nutauskleideelemente (18) axial in die Nutenden (12) eingetaucht und bündig zu Nutflächen (19) der Statornuten (5) in einem Mittelabschnitt des Statorkörpers (2) angeordnet sind, und- zumindest ein magnetisierbarer Kompensationsring (21) zur magnetischen Flussführung, welcher zum Kompensieren der Materialabtragung des Statorkörpers (2) zumindest im Bereich des Endabschnittes (11) radial überlappend mit dem Statorkörper (2) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs. Der Stator weist einen Statorkörper zum Halten und Leiten eines magnetischen Flusses von Statorwicklungen auf. Der Statorkörper umfasst eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, durch jeweils einen Statorzahn separierten und zwischen axial gegenüberliegenden Stirnflächen des Statorkörpers verlaufenden Statornuten zum Aufnehmen von Wicklungsleitern der Statorwicklungen. Außerdem umfasst der Statorkörper in an die Stirnflächen angrenzenden Endabschnitten Materialabtragungen in Form von querschnittsreduzierten Zahnenden der Statorzähne und querschnittserhöhten Nutenden der Statornuten. Der Stator weist außerdem zumindest einen Nutisolationsring zum elektrischen Isolieren der Wicklungsleiter gegenüber den Nutenden auf. Der zumindest eine Nutisolationsring umfasst einen ringförmigen, an eine der Stirnflächen angelegten Träger und eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilt an dem Träger angeordneten, durch jeweils ein Aufsteckelement separierten Nutauskleideelementen, wobei die Aufsteckelemente auf die Zahnenden aufgesteckt sind und wobei hierdurch die Nutauskleideelemente axial in die Nutenden eingetaucht sind und unter Ausbildung eines axial konstanten Nutquerschnitts bündig zu Nutflächen in einem Mittelabschnitt des Statorkörpers angeordnet sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug.
  • Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Maschinen für elektrifizierte Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Solche elektrischen Maschinen weisen einen ortsfesten Stator mit bestrombaren Statorwicklungen sowie einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor mit einer magnetfelderregenden Komponente, beispielsweise bestrombaren Rotorwicklungen oder Permanentmagneten, auf. Der Stator weist einen Statorkörper, beispielsweise ein Blechpaket auf. In Statornuten des Statorkörpers sind Wicklungsleiter, beispielsweise in Form von Formstäben bzw. Hairpins in U-Geometrie, eingeschoben, welche an axial gegenüberliegenden Stirnflächen des Statorkörpers Wickelköpfe ausbilden. Zur elektrischen Isolation des Statorkörpers gegenüber den Wicklungsleitern sind die Statornuten üblicherweise mit Nutisolationspapieren ausgekleidet, welche zum Bereitstellen vorbestimmter Luft- und Kriechstrecken zwischen den spannungsführenden Wicklungsleitern und dem geerdeten Statorkörper axial an den Stirnflächen des Statorkörpers überstehen. Um die überstehenden Nutisolationspapiere nicht zu beschädigen, müssen die Wicklungsleiter im Bereich des Überstands der Nutisolationspapiere axial orientiert sein. Hierdurch werden eine Höhe des Wickelkopfes und damit ein axialer Bauraum des Stators in unerwünschter Weise erhöht. Zudem wird ein erhöhter Materialeinsatz bei den Wicklungsleitern benötigt, wodurch Kostennachteile entstehen.
  • Hierzu schlägt die DE 10 2022 102 838 A1 vor, den Statorkörper stirnseitig mit Nutisolationsringen zu versehen. Diese sind in jeweils einem Endabschnitt innerhalb des Statorkörpers, welcher Nutenden der Statornuten sowie Zahnenden der Statorzähne aufweist, angeordnet. Die Nutisolationsringe weisen Aufsteckelemente, welche auf die Zahnenden aufgesteckt werden, und Nutauskleideelemente, welche in die Nutenden eingeführt werden, auf. Hierdurch wird die elektrische Isolation bereichsweise in das Statorinnere verlagert, sodass ein Überstand der Nutisolationspapiere an den Stirnflächen und damit ein axiales Austreten der Wicklungsleiter aus den Statornuten nicht mehr notwendig sind. Hierdurch kann die Höhe der Wickelköpfe reduziert werden. Der Stator gemäß der DE 10 2022 102 838 A1 weist jedoch den Nachteil auf, dass der Statorkörper in den Endabschnitten Materialabtragungen aufweist, sodass die Statornuten im bestückten Zustand des Statorkörpers mit den Nutisolationsringen einen in axialer Richtung konstanten Nutquerschnitt aufweisen. Durch die Reduzierung von magnetischem Material des Statorkörpers in den Endabschnitten werden die magnetische Flussdichte im Luftspalt der elektrischen Maschine und damit ein Drehmoment sowie eine Dauerleistung der elektrischen Maschine in unerwünschter Weise reduziert.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Stator für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stator sowie eine elektrische Maschine mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
  • Ein erfindungsgemäßer Stator für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs weist einen Statorkörper zum Halten und Leiten eines magnetischen Flusses von Statorwicklungen auf. Der Statorkörper umfasst eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, durch jeweils einen Statorzahn separierten und zwischen axial gegenüberliegenden Stirnflächen des Statorkörpers verlaufenden Statornuten zum Aufnehmen von Wicklungsleitern der Statorwicklungen. Außerdem umfasst der Statorkörper in an die Stirnflächen angrenzenden Endabschnitten Materialabtragungen in Form von querschnittsreduzierten Zahnenden der Statorzähne und querschnittserhöhten Nutenden der Statornuten. Der Stator weist außerdem zumindest einen Nutisolationsring zum elektrischen Isolieren der Wicklungsleiter gegenüber den Nutenden auf. Der zumindest eine Nutisolationsring umfasst einen ringförmigen, an eine der Stirnflächen angelegten Träger und eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilt an dem Träger angeordneten, durch jeweils ein Aufsteckelement separierten Nutauskleideelementen, wobei die Aufsteckelemente auf die Zahnenden aufgesteckt sind und wobei hierdurch die Nutauskleideelemente axial in die Nutenden eingetaucht sind und unter Ausbildung eines axial konstanten Nutquerschnitts bündig zu Nutflächen in einem Mittelabschnitt des Statorkörpers angeordnet sind. Darüber hinaus weist der Stator zumindest einen magnetisierbaren Kompensationsring zur magnetischen Flussführung auf, welcher zum Kompensieren der Materialabtragung des Statorkörpers zumindest im Bereich des Endabschnittes radial überlappend mit dem Statorkörper angeordnet ist.
  • Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen erfindungsgemäßen Stator sowie einen Rotor, welcher unter Ausbildung eines Luftspaltes beabstandet zu und drehbar gegenüber dem Stator gelagert ist. Die elektrische Maschine wird insbesondere als Antriebsmaschine für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug verwendet. Die elektrische Maschine kann beispielsweise eine Außenläufermaschine sein, bei welcher der Rotor den Stator radial umgibt und somit außerhalb des Stators angeordnet ist. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine Innenläufer Maschine, bei welcher der Rotor in einem axial durchgängigen Aufnahmeraum innerhalb des hohlzylindrischen Statorkörpers angeordnet ist und der Stator den Rotor somit radial umgibt. Der Statorkörper bzw. Statorkern ist insbesondere als ein Blechpaket aus axial gestapelten Elektroblechlamellen ausgebildet. Eine dem Luftspalt zugewandte Seite des Statorkörpers weist die axialen Statornuten auf, welche in Umfangsrichtung äquidistant zueinander angeordnet sind. Im Falle der Außenläufermaschine ist der Stator außengenutet, sodass eine Außenseite des Statorkörpers die Statornuten aufweist. Im Falle der Innenläufermaschine ist der Stator innengenutet, sodass eine Innenseite des Statorkörpers die Statornuten aufweist. Zwischen zwei benachbarte Statornuten ist jeweils ein axial durchgängiger Statorzahn angeordnet. Die Nuten weisen Nutflächen in Form von einem sich axial und tangential erstreckenden Nutgrund sowie zwei sich axial und radial erstreckenden Nutflanken auf. Die Nutflanken sind identisch zu Zahnflanken der benachbarten Statorzähne. Anders ausgedrückt bilden die Nutflanken einer Statornut jeweils eine Zahnflanke der benachbarten Statorzähne aus. Zahnfronten der Statorzähne erstrecken sich in axialer und tangentialer Richtung und bilden die dem Luftspalt zugewandte Seite des Stators aus.
  • Der Statorkörper weist zwei sich axial gegenüberliegende Endabschnitte auf, welche sich ausgehend von der zugehörigen Stirnfläche über eine vorbestimmte Ausdehnung axial in den Statorkörper hinein erstrecken. Zwischen den Endabschnitten ist ein Mittelabschnitt des Statorkörpers angeordnet, wobei eine axiale Ausdehnung des Mittelabschnittes größer ist als eine axiale Ausdehnung der Endabschnitte. In den Endabschnitten des Statorkörpers befinden sich die Nutenden der Statornuten sowie die Zahnenden bzw. Zahnköpfe der Statorzähne. Die Zahnköpfe weisen dabei eine Querschnittsreduzierung gegenüber den Statorzähnen im Mittelabschnitt auf. Insbesondere sind die Zahnköpfe als sich radial und axial erstreckende Zapfen ausgebildet und weisen gegenüber dem Mittelabschnitt eine reduzierte tangentiale Breite sowie eine reduzierte radiale Tiefe auf. Hierdurch sind die Zahnflanken im Bereich der Zahnköpfe tangential gegenüber den Zahnflanken im Mittelabschnitt zurückversetzt. Ebenso sind die Zahnfronten radial gegenüber den Zahnfronten im Mittelabschnitt zurückversetzt. Durch die Querschnittsreduzierung weisen die Nutenden eine Querschnittserhöhung auf. Aufgrund der verringerten tangentialen Breite der benachbarten Zahnenden sind die Nutflanken tangential nach außen versetzt, sodass die tangentiale Breite der Nutenden gegenüber dem Mittelabschnitt erhöht ist. Außerdem ist der Nutgrund der Nutenden radial bezüglich des Mittelabschnittes zurückversetzt, sodass auch eine radiale Nuttiefe im Bereich der Nutenden größer ist als im Mittelbereich. Die Querschnittsveränderungen der Zahnenden und der Nutenden sind insbesondere in beiden Endabschnitten des Statorkörpers ausgebildet. Die Querschnittsveränderungen sind dabei durch Abtragungen bzw. Freischnitte des Statorkörpermaterials in den Endabschnitten ausgebildet.
  • Diese Materialabtragungen werden wieder aufgefüllt, indem insbesondere jeweils ein Nutisolationsring an jedem der Endabschnitte angeordnet wird. Die Nutisolationsringe sind aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, ausgebildet. Die Nutisolationsringe können beispielsweise durch Spritzgießen hergestellt werden. Die Nutisolationsringe weisen jeweils einen ringförmigen Träger auf, welcher anliegend an der jeweiligen Stirnfläche platziert wird und an welchem ein axial abstehender Kragen angeordnet ist. Eine Ringbreite des ringförmigen Trägers ist insbesondere deutlich kleiner als eine Ringbreite der zugehörigen Stirnfläche, sodass der Träger die Stirnfläche nicht vollständig überdeckt. Der Kragen umfasst für jede Statornut ein Nutauskleideelement und für jeden Statorzahn ein Aufsteckelement. Die Nutauskleideelemente und die Aufsteckelemente sind bei einem innengenuteten Stator an einer Innenseite des Trägers angeordnet und bei einem außengenuteten Stator an einer Außenseite des Trägers angeordnet.
  • Die Nutauskleideelemente weisen jeweils zwei Seitenwandteile zum Anlegen an die Nutflanken im Nutende sowie ein Rückwandteil zum Anlegen an den Nutgrund im Nutende auf. Zwei zueinander benachbarte Seitenwandteile, welche zu benachbarten Nutauskleideelementen gehören, sind außerdem über ein Oberseitenteil zum Anlegen an die Stirnfläche verbunden. Die Seitenwandteile und das Oberseitenteil bilden jeweils ein Aufsteckelement, welches einen schlitzförmigen Aufnahmebereich zum Aufnehmen des zapfenförmigen Zahnkopfes aufweist. Durch die Querschnittsverbreiterung der Nutenden wird das Rückwandteil bündig zum Nutgrund im Mittelabschnitt angeordnet und die Seitenwandteile werden bündig zu den Nutflanken im Mittelabschnitt angeordnet. Somit weist jede Statornut in axialer Richtung über eine gesamte Länge des Statorkörpers einen konstanten Nutquerschnitt auf. Mittels der Nutisolationsringe wird eine endseitige Isolierung des Statorkörpers, welche zum Einhalten vorbestimmter Luft- und Kriechstrecken gefordert ist, in die Statornuten und somit ins Statorinnere verlagert.
  • Vorzugsweise ist in jeder Statornut ein Isolationspapier angeordnet, welches sich höchstens über eine axiale Länge der jeweiligen Statornut erstreckt und in den Endabschnitten überlappend mit dem jeweiligen Nutauskleideelement angeordnet ist, sodass die Statornuten in den Endabschnitten sowohl durch die Nutauskleideelemente als auch durch das Nutisolationspapier isoliert sind. Im Endabschnitt ist der Statorkörper somit doppelt isoliert. Die Nutisolationspapiere sind dabei vollständig innerhalb der Statornuten angeordneten und stehen nicht an den Stirnflächen des Statorkörpers über.
  • Die Wicklungsleiter, welche von dem Statorkörper gehalten sind, sind insbesondere als Formstäbe, insbesondere U-Pins bzw. Hairpins in U-Geometrie, ausgebildet, welche sich axial innerhalb der Statornuten erstrecken und unter Ausbildung einer Krümmung an der Stirnfläche aus den Statornuten tauchen und dort dem Wickelkopf ausbilden. Durch die Verlagerung der, insbesondere doppelten, elektrischen Isolation in die Nutenden können die Wickelköpfe deutlich kürzer ausgebildet werden, da ein axiales Austreten der Wicklungsleiter aus den Statornuten und ein axiales Überstehen der Wicklungsleiter an den Stirnflächen nun nicht mehr notwendig sind. Hierdurch können ein axialer Bauraum des Stators und damit der elektrischen Maschine sowie Wicklungsleitermaterial am Stator und damit Kosten der elektrischen Maschine in vorteilhafter Weise reduziert werden.
  • Durch die Materialfreischnitte im Statorkörper im Bereich der Endabschnitte wird jedoch das magnetische Material reduziert und damit der im Bereich der Endabschnitte geführte magnetische Fluss geschwächt. Hierdurch werden auch das Drehmoment sowie eine Dauerleistung der elektrischen Maschine reduziert. Um den Materialverlust zu kompensieren, insbesondere überkompensieren, ist insbesondere jeweils ein magnetisierbarer Kompensationsring radial überlappend mit dem Endabschnitt angeordnet. Insbesondere ist der Kompensationsring axial zumindest bereichsweise im Aufnahmeraum des innengenuteten Stators an der Innenseite des Statorkörpers angeordnet. Der jeweilige magnetisierbare Kompensationsring kann beispielsweise als ein rohrförmiger Hohlkörper in Form von einem Hohlzylinder ausgebildet sein, wobei sich eine zylindrische Wand parallel zu der dem Luftspalt zugewandten Seite des Stators erstreckt. Der Hohlkörper weist eine axiale Länge auf, welche größer als seine radiale Wandstärke ist. Der Kompensationsring weist ein magnetisierbares Material auf. Er besteht vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere aus einem elektrisch nichtleitenden Metallpulver, welches mit Gießharz verbacken ist.
  • Besonders bevorzugt ist der zumindest eine Kompensationsring anliegend an den Zahnfronten der Zahnenden angeordnet und ist hierdurch unter Ausbildung eines axial konstanten Statordurchmessers bündig zu den Zahnfronten im Mittelabschnitt des Statorkörpers angeordnet. Im Falle des innengenuteten Stators wird durch den Kompensationsring somit ein konstanter Innendurchmesser über eine gesamte axiale Länge des Statorkörpers gebildet. Im Falle eines außengenuteten Stators wird durch den Kompensationsring ein konstanter Außendurchmesser über die gesamte axiale Länge des Statorkörpers gebildet. Durch den axial konstanten Durchmesser an der dem Luftspalt zugewandten Seite des Stators kann somit über die Länge des Statorkörpers eine konstante Luftspaltbreite bereitgestellt werden.
  • Durch die Kompensationsringe kann somit verhindert werden, dass der magnetische Fluss im Bereich der Endabschnitte abgeschwächt wird und somit ein Drehmoment und eine Dauerleistung der elektrischen Maschine verringert werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung steht der zumindest eine Kompensationsring axial an der zugehörigen Stirnfläche über und überlappt radial mit Seitenbereichen des jeweiligen Wickelkopfes. Bei dem innengenuteten Stator ragt der Kompensationsring somit axial in den kranzförmigen Wickelkopf hinein. Hierdurch wird über eine Aktivlänge des Stators, welche einer axialen Ausdehnung des Stators zwischen Oberseiten der Wickelköpfe entspricht, hinweg ein Drehfeld erzeugt, welches dem Rotor aufgrund von metallischen Bauteilen an axialen Enden des Rotors, beispielsweise Abschlussdeckel, Stützscheiben, etc., zusätzlich Leistung und Drehmoment verschafft. Mittels der Kompensationsringe kann der materialabtragungsbedingte Drehmoment- und Leistungsverlust somit überkompensiert werden.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind der zumindest eine Nutisolationsring und der zumindest eine Kompensationsring konzentrisch zueinander angeordnet und mechanisch, insbesondere stoffschlüssig, verbunden. Beispielsweise können der Nutisolationsring und der zugehörige Kompensationsring, vor oder nach der Montage am Statorkörper, verklebt werden. Auch können der Nutisolationsring und der zugehörige Kompensationsring mechanisch verbunden werden, indem der vollmontierte Stator mit einer Vergussmasse vergossen wird. Auch kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Kompensationsring in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, radiale Durchgangsöffnungen aufweist, durch welche Spritzgussmasse beim Spritzgießen des Nutisolationsringes fließt und aushärtet. Der Kompensationsring kann beispielsweise in das Spritzgusswerkzeug zum Fertigen des Nutisolationsrings eingelegt werden. Beim Herstellen des Nutisolationsrings fließt die Spritzgussmasse, beispielsweise flüssiger Kunststoff, durch die Durchgangsöffnungen und schafft somit nach dem Aushärten eine mechanische Verbindung zwischen dem Nutisolationsring und dem Kompensationsring.
  • Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Stator vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße elektrische Maschine.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine Perspektivdarstellung einer Ausgestaltung eines Stators einer elektrischen Maschine; und
    • 2 eine Explosionsdarstellung des Stators gemäß 1 ohne Wicklungsleiter.
  • In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 und 2 zeigen einen Stator 1 für eine elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs. Der Stator 1 weist einen hohlzylinderförmigen Statorkörper 2 auf, in dessen Aufnahmeraum 3 ein hier nicht gezeigter Rotor der elektrischen Antriebsmaschine drehbar bezüglich des Stators 1 gelagert werden kann. An einer Innenseite 4 weist der Statorkörper 2 Statornuten 5 auf, welche in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnet und durch jeweils einen Statorzahn 6 separiert sind und sich axial zwischen zwei Stirnflächen 7 des Statorkörpers 2 erstrecken. In den Statornuten 5 sind, wie nur in 1 gezeigt ist, Wicklungsleiter 8 von Statorwicklungen 9 des Stators 1 angeordnet, welche beidseitig an den Stirnflächen 7 überstehen und dort Wickelköpfe 10 ausbilden.
  • Die Statornuten 5 und die Statorzähne 6 weisen in axial gegenüberliegenden Endabschnitten 11 des Statorkörpers 2, welche an die Stirnflächen 7 angrenzen, Querschnittsveränderungen auf. Nutenden 12 der Statornuten 5 sind querschnittsverbreitert, währenden Zahnenden 13 der Statorzähne 6 querschnittsreduziert sind. Hierdurch sind die Zahnenden 13 zapfenartig ausgebildet. An den Endabschnitten 11 wird jeweils ein Nutisolationsring 14 aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet. Jeder Nutisolationsring 14 weist einen ringförmigen Träger 15 sowie einen axial vom Träger 15 abstehenden ringartigen Kragen 16 auf. Der jeweilige Kragen 16 weist eine mit der Anzahl an Statornuten 5 korrespondierende Anzahl an Nutauskleideelementen 17 sowie eine mit der Anzahl an Statorzähnen 6 korrespondierende Anzahl an Aufsteckelementen 18 auf. Die Nutauskleideelemente 17 und die Austeckelemente 18 sind in Umfangsrichtung abwechselnd an dem Träger 15 angeordnet. Die Aufsteckelemente 18 werden auf die Zahnenden 13 gesteckt und dabei werden die Nutauskleideelemente 17 in den Nutenden 12 angeordnet. Die Nutauskleideelemente 17 sind dabei bündig mit Nutflächen 19 der Statornuten 5 im Mittelabschnitt 20 des Statorkörpers 2, welcher axial zwischen den Endabschnitten 11 angeordnet ist, angeordnet, sodass ein Nutquerschnitt der Statornuten 5 über eine axiale Länge L des Statorkörpers 2 gleichbleibend ist. Durch die Nutisolationsringe 14 sind die Endabschnitte 11 des Statorkörpers 2 elektrisch gegenüber den spannungsführenden Wicklungsleitern 8 isoliert. Auch sind in den Statornuten 5 zusätzlich Nutisolationspapiere angeordnet, welche über die Nutauskleideelemente 17 verlaufen, sodass die Statornuten 5 in den Endabschnitten 11 doppelt isoliert sind.
  • Durch die querschnittsveränderten Nutenden 12 und Zahnenden 13 ist ein magnetisches Material des Statorkörpers 2 in den Endabschnitten 11 gegenüber dem Mittelabschnitt 20 reduziert. Hierdurch wird auch die magnetische Luftspaltflussdichte, welche durch Überlagerung eines von den Statorwicklungen 9 erregten Statormagnetfelds und eines Rotormagnetfeldes entsteht, verringert. Um diese Verringerung zu verhindern, wird der Materialverlust des Statorkörpers 2 mittels magnetisierbarer Kompensationsringe 21 kompensiert. Die Kompensationsringe 21 bestehen aus einem magnetisierbaren, elektrisch nicht leitfähigen Material und werden zumindest in den Endabschnitten 11 des Statorkörpers 2 angeordnet. Die Kompensationsringe 21 überdecken in radialer Richtung also zumindest die Nutisolationsringe 14. Insbesondere stehen die Kompensationsringe 21 axial an den Stirnflächen 7 des Statorkörpers 2 über und ragen in die Wickelköpfe 10 hinein. Somit überkompensieren sie sogar den Materialverlust des Statorkörpers 2. Die Kompensationsringe 21 weisen eine zylinderförmige Wandung 22 auf, welche sich in axialer Richtung erstreckt. Die Kompensationsringe 21 sind an dem entsprechenden Nutisolationsring 14 befestigt, beispielsweise festgeklebt. Beispielsweise können ein Nutisolationsring 14 und ein Kompensationsring 21 vor dem Anordnen am Statorkörper 2 mechanisch verbunden sein und durch Aufstecken der Aufsteckelemente auf die Zahnenden 13 am Statorkörper 2 montiert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10 2022 102 838 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Stator (1) für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, aufweisend: - einen Statorkörper (2) zum Halten und Leiten eines magnetischen Flusses von Statorwicklungen (9), welcher eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, durch jeweils einen Statorzahn (6) separierten und zwischen axial gegenüberliegenden Stirnflächen (7) des Statorkörpers (2) verlaufenden Statornuten (5) zum Aufnehmen von Wicklungsleitern (8) der Statorwicklungen (9) aufweist und welcher in an die Stirnflächen (7) angrenzenden Endabschnitten (11) Materialabtragungen in Form von querschnittsreduzierten Zahnenden (13) der Statorzähne (6) und querschnittserhöhten Nutenden (12) der Statornuten (5) aufweist, - zumindest ein Nutisolationsring (14) zum elektrischen Isolieren der Wicklungsleiter (8) gegenüber den Nutenden (12), mit zumindest einem ringförmigen, an eine der Stirnflächen (7) angelegten Träger (15) und mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilt an dem Träger (15) angeordneten, durch jeweils ein Aufsteckelement (18) separierten Nutauskleideelementen(17), wobei die Aufsteckelemente (18) auf die Zahnenden (13) aufgesteckt sind und wobei hierdurch die Nutauskleideelemente (18) axial in die Nutenden (12) eingetaucht sind und unter Ausbildung eines axial konstanten Nutquerschnitts bündig zu Nutflächen (19) der Statornuten (5) in einem Mittelabschnitt des Statorkörpers (2) angeordnet sind, gekennzeichnet durch - zumindest ein magnetisierbarer Kompensationsring (21) zur magnetischen Flussführung, welcher zum Kompensieren der Materialabtragung des Statorkörpers (2) zumindest im Bereich des Endabschnittes (11) radial überlappend mit dem Statorkörper (2) angeordnet ist.
  2. Stator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kompensationsring (21) aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere aus einem elektrisch nichtleitenden Metallpulver und Gießharz, besteht.
  3. Stator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkörper (2) hohlzylindrisch ausgebildet ist und die Statornuten (5) an einer Innenseite (4), welche einen Aufnahmeraum (3) für einen Rotor der elektrischen Maschine umschließt, ausgebildet sind, wobei der zumindest eine Kompensationsring (21) zumindest bereichsweise in dem Aufnahmeraum (3) angeordnet ist.
  4. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kompensationsring (21) anliegend an Zahnfronten der Zahnenden (13) angeordnet ist und hierdurch unter Ausbildung eines axial konstanten Statordurchmessers bündig zu den Zahnfronten im Mittelabschnitt des Statorkörpers (2) angeordnet ist.
  5. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Statornut (5) ein Nutisolationspapier angeordnet ist, welches sich höchstens über eine axiale Länge der jeweiligen Statornut (5) erstreckt und in den Endabschnitten (11) überlappend mit dem jeweiligen Nutauskleideelement (17) angeordnet ist, sodass die Statornuten (5) in den Endabschnitten (11) sowohl durch die Nutauskleideelemente (17) als auch durch das Nutisolationspapier isoliert sind.
  6. Stator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsleiter (9) als Formstäbe ausgebildet sind, welche sich axial innerhalb der Statornuten (5) erstrecken und unter Ausbildung einer Krümmung an der Stirnfläche (7) aus den Statornuten (5) austreten.
  7. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Nutisolationsring (14) und der zumindest eine Kompensationsring (21) konzentrisch zueinander angeordnet und mechanisch, insbesondere stoffschlüssig, verbunden sind.
  8. Stator (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kompensationsring (21) in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, radiale Durchgangsöffnungen aufweist, durch welche Spritzgussmasse beim Spritzgießen des Nutisolationsringes (14) fließt und aushärtet.
  9. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kompensationsring (21) axial an der zugehörigen Stirnfläche (7) übersteht und radial überlappend mit Seitenbereichen eines Wickelkopfes (10) der Statorwicklungen (9) angeordnet ist, welcher durch an der Stirnfläche (7) überstehenden Wicklungsleiterabschnitten der Statorwicklungen (9) gebildet ist.
  10. Elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug aufweisend einen Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Rotor, welcher unter Ausbildung eines Luftspaltes beabstandet zu einer die Statornuten (5) aufweisenden Seite des Stators (1) angeordnet ist und bezüglich des Stators (1) drehbar gelagert ist.
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