WO2018099728A1 - Stator für eine elektrische maschine, herstellverfahren und elektrische maschine für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Stator für eine elektrische maschine, herstellverfahren und elektrische maschine für ein kraftfahrzeug Download PDF

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    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies

Definitions

  • the invention relates to a stator for an electric machine according to the preamble of
  • the invention further relates to a manufacturing method for a stator and an electric machine for a motor vehicle.
  • An electric machine is generally understood to mean an electromechanical converter which converts electrical energy into mechanical energy and / or mechanical energy into electrical energy.
  • An electric machine is in particular an electric motor (electric motor) and / or generator with a fixed stator or stator and a rotatably mounted in the stator rotor or rotor (inner rotor).
  • the stator has a stator or
  • the stator body may be formed from individual stator laminations, which are combined to form a so-called laminated stator core.
  • the prior art is made to DE 10 2008 007 578 A1.
  • stator laminations can be perforated, wherein the perforations in the laminated stator core are axial
  • Stator sheets are provided. This is shown, for example, in US 6,088,905 A (see
  • the object of the invention is to provide a trained with axial bores or axial bores stator, which is space and weight optimized.
  • stator according to the invention has a stator body formed from individual stator laminations, which is formed with axial bores, in particular through-bores, wherein the stator body is provided with (radially projecting) on its outer circumferential or circumferential surface.
  • Projections is formed, in which the axial bores are arranged.
  • a plurality of projections distributed over the circumference are provided, wherein in each projection at least one axial bore is formed.
  • the projections preferably extend over the entire axial length of the stator body or of the stator lamination stack formed from the stator laminations. Since there are voids between the projections, considerable space and weight or mass can be saved with the invention.
  • a first embodiment provides that the individual stator laminations, in particular all the stator laminations, are formed on the outer circumference with perforated, ear-like tabs which are aligned one above the other in the laminated stator core and form the projections.
  • the projections are by means of interlocking form-locking elements on
  • the interlocking elements may be designed for an undercut connection, preferably with a Verastungsgeometrie, which allows snapping by pressing.
  • the positive locking elements are
  • the projections can, in particular in one piece, be formed from metal, for example aluminum, or plastic, also fiber-reinforced plastic. Preference is given to injection-molded parts or cut extruded profile parts.
  • the second embodiment is particularly advantageous for a dip-impregnated stator.
  • the entire stator is immersed in an impregnation medium, such as resin, and soaked. Subsequently, the resin is cured by supplying energy.
  • the immersion impregnation allows a fixation of the stator laminations and a coating of the stator body and stator winding in a single process step.
  • Impregnation can also serve the sealing.
  • the prior art is on the
  • the production of an impregnated and in particular dip-impregnated stator can then comprise, for example, the following steps:
  • Impregnating and in particular dip impregnating the stator preferably by
  • Projections or the stator are heated or residual heat can be used by hot curing.
  • the projections attached subsequently to the impregnation process are thus resin-free on their outer surfaces, which may in particular act as contact surfaces or support surfaces, and on end surfaces, which may furthermore function in particular as screw head support surfaces.
  • ZSB stator assembly stator
  • the stator can thus be installed without additional processing and, for example, be installed in a housing.
  • Fig. 1 shows an axial plan view of a stator with projections.
  • Fig. 2 shows an axial plan view of a section of another stator body with separately formed projections.
  • Fig. 3 shows a perspective view of a projection formed as a separate part for attachment to the stator shown in Fig. 2.
  • the stator body or carrier 100 shown in FIG. 1 is approximately circular cylindrical and is formed from a plurality of identical stator laminations 110, which are stacked in the axial direction L (perpendicular to the plane of the page) and form a laminated stator core.
  • the stator winding grooves 120 for receiving a stator winding not shown are formed on the inner circumferential surface (internally-grooved stator).
  • stator body 100 On its outer peripheral surface, the stator body 100 is formed with four protrusions 130 through which axial through holes 140 extend.
  • the through holes 140 are, for example, for the attachment of end plates or end caps, bearing caps or
  • the through holes 140 may also be provided for mounting the stator in a housing.
  • the projections 130 may also be used as attachment or
  • the stator body 100 further includes a dip impregnated resin impregnation 150, which is only partially illustrated.
  • each stator lamination 10 has four tabs or ears 15 which are radially outwardly projecting and perforated and which form the projections 130 in the laminated stator core.
  • all projections 130 are formed as separate parts or body 135 which are secured by means of dovetail 160 form-fitting manner on the outer peripheral surface of the stator 100 also formed of stator laminations.
  • the axial length of the separate projections 130/135 corresponds to the axial length of the stator body or the stator lamination 100.
  • Dovetail connection 160 extends over the entire axial connection length.
  • FIG. 3 shows such a projection 130 formed as a separate part, which is already formed with a through-bore 140, with support surfaces 138 adapted to the outer circumferential surface of the stator body 100 and with a dovetail-shaped groove 137. (The other separate projections 130 are identical.)
  • the stator 100 is formed with corresponding Nutzapfen 107, resulting from a corresponding
  • the Nutzapfen 107 and the groove 137 form corresponding form-fitting elements.
  • the projections 130 formed as separate parts 135 are preferably fastened to the stator body 100 only after a possible impregnation and are thus resin-free (ie the contact surfaces functioning as housing contact surfaces and / or as screw head contact surfaces are free of impregnation). Manufacturing tolerances can be better adhered to, in addition, the protrusions 130 are also free of resin drops and resin runners.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, mit einem aus einzelnen Statorblechen (110) gebildeten Statorkörper (100), der mit axialen Bohrungen (140) ausgebildet ist, wobei der Statorkörper (100) an seiner Außenumfangsfläche Vorsprünge (130) aufweist, in denen diese axialen Bohrungen (140) angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellverfahren für diesen Stator und eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator.

Description

Beschreibung
Stator für eine elektrische Maschine, Herstellverfahren und
elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine gemäß Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 .
Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellverfahren für einen Stator und eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug.
Unter einer elektrischen Maschine wird allgemein ein elektromechanischer Wandler verstanden, der elektrische Energie in mechanische Energie und/oder mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Eine elektrische Maschine ist insbesondere ein Elektromotor (E-Motor) und/oder Generator mit einem feststehenden Stator bzw. Ständer und einem drehbar im Stator gelagerten Rotor bzw. Läufer (Innenläufer). Der Stator weist einen Statorträger bzw.
Statorkörper und wenigstens eine Statorwicklung auf. Der Statorkörper kann aus einzelnen Statorblechen gebildet sein, die zu einem sogenannten Statorblechpaket zusammengefasst sind. Zum Stand der Technik wird auf die DE 10 2008 007 578 A1 hingewiesen.
Die Statorbleche können gelocht sein, wobei die Lochungen im Statorblechpaket axiale
Bohrungen bilden, die dann bspw. für die Befestigung von Endscheiben bzw. Enddeckeln, Lagerdeckeln bzw. Lagerschilden, Gehäuseteilen, etc. und/oder zum Verspannen der
Statorbleche vorgesehen sind. Dies ist bspw. in der US 6,088,905 A gezeigt (siehe
Bezugszeichen 62).
Aufgabe der Erfindung ist es, einen mit axialen Bohrungen bzw. Axialbohrungen ausgebildeten Stator bereitzustellen, der bauraum- und gewichtsoptimiert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen erfindungsgemäßen Stator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Mit nebengeordneten Patentansprüchen erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Herstellverfahren und auf eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. Der erfindungsgemäße Stator weist einen aus einzelnen Statorblechen gebildeten Statorkörper auf, der mit axialen Bohrungen, insbesondere Durchgangsbohrungen, ausgebildet ist, wobei der Statorkörper an seiner Außenumfangs- bzw. -mantelfläche mit (radial abstehenden)
Vorsprüngen ausgebildet ist, in denen die axialen Bohrungen angeordnet sind. Bevorzugt sind mehrere über dem Umfang verteilte Vorsprünge vorgesehen, wobei in jedem Vorsprung wenigstens eine axiale Bohrung ausgebildet ist. Bevorzugt erstrecken sich die Vorsprünge über die gesamte axiale Länge des Statorkörpers bzw. des aus den Statorblechen gebildeten Statorblechpakets. Da zwischen den Vorsprüngen Leerräume vorhanden sind, kann mit der Erfindung erheblich Bauraum und Gewicht bzw. Masse eingespart werden.
Es können drei oder vier Vorsprünge vorgesehen sein, die insbesondere in gleichen
Winkelabständen, d. h. mit 120° oder 90°, zueinander beabstandet sind.
Eine erste Ausführungsvariante sieht vor, dass die einzelnen Statorbleche, insbesondere alle Statorbleche, am Außenumfang mit gelochten, ohrenartigen Laschen ausgebildet sind, welche im Statorblechpaket fluchtend übereinander liegen und die Vorsprünge bilden.
Eine zweite Ausführungsvariante sieht vor, dass die Vorsprünge als separate Teile bzw.
Einzelteile ausgebildet und an der Außenumfangsfläche des Statorkörpers befestigt sind.
Bevorzugt sind die Vorsprünge mittels ineinandergreifender Formschlusselemente am
Statorkörper bzw. am Statorblechpaket befestigt. Die Formschlusselemente können für eine hinterschnittige Verbindung ausgebildet sein, vorzugsweise mit einer Verastungsgeometrie, welche ein Einrasten durch Aufpressen ermöglicht. Die Formschlusselemente sind
insbesondere so gestaltet, dass sich eine Schwalbenschwanzverbindung ausbilden kann. Die Vorsprünge können, insbesondere einstückig, aus Metall, bspw. Aluminium, oder Kunststoff, auch faserverstärktem Kunststoff, gebildet sein. Bevorzugt handelt es sich um Spritzgussteile oder abgelängte Strangpressprofilteile.
Die zweite Ausführungsvariante ist insbesondere für einen tauchimprägnierten Stator vorteilhaft. Beim Tauchimprägnieren wird der gesamte Stator in ein Imprägniermedium, wie Harz, eingetaucht und durchtränkt. Anschließend wird das Harz durch Energiezufuhr ausgehärtet. Die Tauchimprägnierung ermöglicht eine Fixierung der Statorbleche sowie eine Beschichtung von Statorkörper und Statorwicklung in einem einzigen Prozessschritt. Durch die
Tauchimprägnierung wird ferner sichergestellt, dass der Stator ein in sich sowohl elektrisch optimal isoliertes als auch gegen Abrasion geschütztes Gesamtsystem bildet. Die
Imprägnierung kann auch der Abdichtung dienen. Zum Stand der Technik wird auf die
EP 2 887 507 A1 hingewiesen. Beim Tauchimprägnieren oder ähnlichen Imprägnierverfahren (bspw. Träufel- oder Tröpfelimprägnierung) können sich allerdings Harztropfen und Harzläufer (Harznasen) am Stator bilden, die dann beim Verbau oder Einbau des Stators stören und bspw. zu
Schiefstellungen führen. Durch eine der Tauchimprägnierung nachfolgende Befestigung der Vorsprünge, die dann im Weiteren bspw. auch als Gehäuseauflageflächen und/oder als Schraubenkopfauflageflächen fungieren, wird dies verhindert.
Die Herstellung eines imprägnierten und insbesondere tauchimprägnierten Stators kann dann bspw. folgende Schritte umfassen:
- Zusammenbau des Stators, insbesondere durch Paketieren der Statorbleche und Erzeugen wenigstens einer Statorwicklung;
- Imprägnieren und insbesondere Tauchimprägnieren des Stators, vorzugsweise durch
Eintauchen in ein Harzbad, Abtropfen und Warmaushärten des Harzes;
- Befestigen der Vorsprünge am imprägnierten Statorkörper, insbesondere durch Aufpressen oder auch Aufschrumpfen (d. h. durch Erzeugen einer Schrumpfverbindung), wozu die
Vorsprünge oder der Statorkörper erwärmt werden oder Restwärme vom Warmaushärten genutzt werden kann.
Die im Nachgang an den Imprägniervorgang angebrachten Vorsprünge sind somit an ihren Außenflächen, die im Weiteren insbesondere als Anlageflächen bzw. Auflageflächen fungieren können, und Stirnflächen, die im Weiteren insbesondere als Schraubenkopfauflageflächen fungieren können, harzfrei. Folglich sind trotz Imprägnierung ebene bzw. plane Auflagen des Zusammenbaustators (ZSB-Stators) gewährleistet. Eine nachträgliche Bearbeitung zur Erzeugung von Ebenheit bzw. Planheit und/oder zur Entfernung von Harztropfen und -läufern ist nicht erforderlich. Der Stator kann also ohne zusätzliche Bearbeitung verbaut und bspw. in ein Gehäuse eingebaut werden.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die in der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung weiterbilden.
Fig. 1 zeigt in axialer Draufsicht einen Statorkörper mit Vorsprüngen.
Fig. 2 zeigt in axialer Draufsicht einen Ausschnitt eines anderen Statorkörpers mit separat ausgebildeten Vorsprüngen.
Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung einen als separates Teil ausgebildeten Vorsprung zur Befestigung an dem in Fig. 2 gezeigten Statorkörper. Der in Fig. 1 gezeigte Statorkörper bzw. -träger 100 ist näherungsweise kreiszylindrisch und ist aus einer Vielzahl identischer Statorbleche 1 10 gebildet, die in axialer Richtung L (senkrecht zur Blattebene) gestapelt sind und ein Statorblechpaket bilden. Die Statorwicklungsnuten 120 zur Aufnahme einer nicht gezeigten Statorwicklung sind an der Innenumfangsfläche ausgebildet (innengenuteter Stator).
An seiner Außenumfangsfläche ist der Statorkörper 100 mit vier Vorsprüngen 130 ausgebildet, durch die sich axiale Durchgangsbohrungen 140 erstrecken. Die Durchgangsbohrungen 140 sind bspw. für die Befestigung von Endscheiben bzw. Enddeckeln, Lagerdeckeln bzw.
Lagerschilden, Gehäuseteilen, sonstiger montage- oder funktionsnotwendiger Bauteile etc. und/oder zur Verspannung der Statorbleche 1 10 mittels Durchgangsschrauben oder -bolzen vorgesehen. Die Durchgangsbohrungen 140 können auch zur Befestigung des Stators in einem Gehäuse vorgesehen sein. Die Vorsprünge 130 können auch als Befestigungs- oder
Anschraubvorsprünge bezeichnet werden. Die Vorsprünge 130 können beim Verbau oder Einbau des Stators aber auch als An- bzw. Auflageflächen und/oder als Abstandshalter dienen, weswegen Fertigungstoleranzen einzuhalten sind. Der Statorkörper 100 weist ferner eine mittels Tauchimprägnieren aufgebrachte Harzimprägnierung 150 auf, die nur teilweise dargestellt ist.
Bei der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsvariante weist jedes Statorblech 1 10 vier radial nach außen ausgestellte und gelochte Laschen bzw. Ohren 1 15 auf, die im Statorblechpaket die Vorsprünge 130 bilden.
Bei der in Fig. 2 nur ausschnittsweise gezeigten Ausführungsvariante sind alle Vorsprünge 130 als separate Teile bzw. Körper 135 ausgebildet, die mittels Schwalbenschwanzverbindung 160 formschlüssig an der Außenumfangsfläche des ebenfalls aus Statorblechen 1 10 gebildeten Statorkörpers 100 befestigt sind. Die axiale Länge der separaten Vorsprünge 130/135 entspricht der axialen Länge des Statorkörpers bzw. des Statorblechpakets 100. Die
Schwalbenschwanzverbindung 160 erstreckt sich über die gesamte axiale Verbindungslänge.
Fig. 3 zeigt einen solchen als separates Teil ausgebildeten Vorsprung 130, der bereits mit einer Durchgangsbohrung 140, mit an die Außenumfangsfläche des Statorkörpers 100 angepassten Stützflächen 138 und mit einer schwalbenschwanzförmigen Nut 137 ausgebildet ist. (Die anderen separaten Vorsprünge 130 sind identisch ausgebildet.) Der Statorkörper 100 ist mit korrespondierenden Nutzapfen 107 ausgebildet, die sich aus einer entsprechenden
Außenkontur 1 17 der Statorbleche 1 10 ergeben. Der Nutzapfen 107 und die Nut 137 bilden korrespondierende Formschlusselemente. Die als separate Teile 135 ausgebildeten Vorsprünge 130 werden bevorzugt erst nach einer etwaigen Imprägnierung am Statorkörper 100 befestigt und sind somit harzfrei (d. h. die als Gehäuseauflageflächen und/oder als Schraubkopfauflageflächen fungierenden Kontaktflächen sind frei von einer Imprägnierung). Fertigungstolleranzen können dadurch besser eingehalten werden, außerdem sind die Vorsprünge 130 auch frei von Harztropfen und Harzläufern.
Bezugszeichenliste
100 Statorkörper
107 Formschlusselement (Nutzapfen)
110 Statorblech
1 15 Lasche
1 17 Kontur
120 Nuten
130 Vorsprung
135 separates Teil
137 Formschlusselement (Nut)
138 Stützfläche
140 Bohrung
150 Imprägnierung
160 Schwalbenschwanzverbindung
L axiale Richtung
R radiale Richtung

Claims

WO 2018/099728 " ' " PCT/EP2017/079445 Patentansprüche
1. Stator für eine elektrische Maschine, mit einem aus einzelnen Statorblechen (1 10) gebildeten Statorkörper (100), der mit axialen Bohrungen (140), insbesondere Durchgangsbohrungen, ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Statorkörper (100) an seiner Außenumfangsfläche mit Vorsprüngen (130) ausgebildet ist, in denen die axialen Bohrungen (140) angeordnet sind.
2. Stator nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Vorsprünge (130) über die gesamte axiale Länge des Statorkörpers (100) erstrecken.
3. Stator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
drei oder vier Vorsprünge (130) vorgesehen sind, die in gleichen Winkelabständen angeordnet sind.
4. Stator nach Anspruch 1 , 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Statorbleche (1 10) mit gelochten Laschen (1 15) ausgebildet sind, welche die Vorsprünge (130) bilden.
5. Stator nach Anspruch 1 , 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorsprünge (130) als separate Teile (135) ausgebildet und an der
Außenumfangsfläche des Statorkörpers (100) befestigt sind.
6. Stator nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die separaten Vorsprünge (135) mittels ineinandergreifender Formschlusselemente (107, 137) befestigt sind.
7. Stator nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Formschlusselemente (107, 137) eine Schwalbenschwanzverbindung (160) bilden.
8. Stator nach Anspruch 5, 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die separaten Vorsprünge (135) einstückig aus Metall oder Kunststoff gebildet sind.
9. Verfahren zur Herstellung eines Stators gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Stator ferner eine Tauchimprägnierung aufweist, mit den Schritten:
- Zusammenbau des Stators;
- Tauchimprägnieren des Stators;
- Befestigen der Vorsprünge (135).
10. Elektrische Maschine, insbesondere Lichtmaschine für ein Kraftfahrzeug und/oder Fahrmotor für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb, mit einem Stator, der gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet und/oder mit dem Verfahren gemäß Anspruch 9 hergestellt ist.
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