DE-102024210742-A1 - Stator einer elektrischen Maschine

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) einer elektrischen Maschine mit einem Statorpaket (2) aus einer Vielzahl axial aneinandergereihter Statorlamellen (3), wobei in dem Statorpaket (2) über axial miteinander fluchtende Ausnehmungen (4) in den Statorlamellen (3) in Umfangsrichtung (5) des Stators (1) zueinander beabstandete, das Statorpaket (2) axial wenigstens abschnittsweise durchlaufende Aufnahmen (6) ausgeformt sind und in einer jeweiligen Aufnahme (6) jeweils wenigstens ein Wicklungsdraht (7) einer Statorwicklung (8) des Stators (1) aufgenommen ist. Die Aufnahmen (6) weisen dabei jeweils zumindest einen axial verlaufenden Nutabschnitt (9) mit einer Nutöffnung (10) auf, wobei die Nutöffnung (10), den Nutabschnitt (9) öffnend, das Statorpaket (2) radial nach innen durchbricht. Ferner weisen die Aufnahmen (6) jeweils zumindest einen Halteabschnitt (11) auf, über welchen eine in einer jeweiligen Aufnahme (6) angeordnete Isolationseinlage (12) radial in der Aufnahme (6) fixiert ist.

Inventors

• Jan-Niklas Weber
• Johannes Koch
• Stefan Prokoph

Assignees

• VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241107

Claims (10)

1. Stator (1) einer elektrischen Maschine (26) mit einem Statorpaket (2) aus einer Vielzahl axial aneinandergereihter Statorlamellen (3), wobei in dem Statorpaket (2) über axial miteinander fluchtende Ausnehmungen (4) in den Statorlamellen (3) in Umfangsrichtung (5) des Stators (1) zueinander beabstandete, das Statorpaket (2) axial wenigstens abschnittsweise durchlaufende Aufnahmen (6) ausgeformt sind und in einer jeweiligen Aufnahme (6) jeweils wenigstens ein Wicklungsdraht (7) einer Statorwicklung (8) des Stators (1) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet , dass die Aufnahmen (6) jeweils zumindest einen axial verlaufenden Nutabschnitt (9) mit einer Nutöffnung (10) aufweisen, wobei die Nutöffnung (10), den Nutabschnitt (9) öffnend, das Statorpaket (2) radial nach innen durchbricht und jeweils zumindest einen Halteabschnitt (11) aufweisen, über welchen eine, in einer jeweiligen Aufnahme (6) angeordnete Isolationseinlage (12) radial in der Aufnahme (6) fixiert ist.
2. Stator (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass ein jeweiliger Halteabschnitt (11) der Aufnahmen (6) radial innen über einen im Statorpaket (2) ausgeformten und sich in Umfangsrichtung (5) erstreckenden Steg (13) geschlossen ausgeformt ist.
3. Stator (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass ein jeweiliger Halteabschnitt (11) der Aufnahmen (6) radial innen über einen sich in Umfangsrichtung (5) erstreckenden Teilsteg (14) lediglich teilweise geschlossen ausgeformt ist, wobei zumindest der Teilsteg (14) mit den sich radial erstreckenden Aufnahmeseitenwänden (15) einen rechten Winkel einschließt.
4. Stator (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine Nutöffnungsbreite (16) einer Nutöffnung (10) eines Nutabschnitts (9) einer Nutbreite (17) dieses Nutabschnitts (9) entspricht.
5. Stator (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass an einem jeweiligen axialen Ende (18) des Statorpakets (2) ein Halteabschnitt (11) ausgeführt ist.
6. Stator (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass abseits der axialen Enden (18) des Statorpakets (2), axial entlang des Statorpakets (2) wenigstens ein Halteabschnitt (11) ausgebildet ist.
7. Stator (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass ein Halteabschnitt (11) der Aufnahmen (6) des Statorpakets (2) über zumindest eine als Haltelamelle (19) ausgeführte Statorlamelle (3) ausgebildet ist, an deren, einen Halteabschnitt (11) wenigstens abschnittsweise ausformenden, Ausnehmungen (4) radial innen ein sich in und/oder entlang der Umfangsrichtung (5) erstreckendes Haltmittel (20) ausgeformt ist.
8. Stator (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Haltmittel (20) ein Stegelement (21) ist, welches eine Aufnahme (6) einer Haltelamelle (19) vollständig verschließt und zumindest ein axiales Segment eines Stegs (13) eines Halteabschnitts (11) ausbildet.
9. Stator (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Haltmittel (20) ein Teilstegelement (22) ist, welches eine Aufnahme (6) einer Haltelamelle (19) lediglich teilweise verschließt und zumindest ein axiales Segment eines Teilstegs (14) eines Halteabschnitts (11) ausbildet.
10. Stator (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass ein Nutabschnitt (9) der Aufnahmen (6) des Statorpakets (2) über zumindest zwei, bevorzugt mehrere aneinandergereihte, als Nutlamellen (23) ausgeführte Statorlamellen (3) ausgebildet ist, deren, zumindest anteilig einen Nutabschnitt (9) einer Aufnahme (6) ausformenden, Ausnehmungen (4) radial innen eine Öffnung (24) aufweisen, welche ein axiales Segment einer Nutöffnung (10) ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine mit einem Statorpaket aus einer Vielzahl axial aneinandergereihter Statorlamellen, wobei in dem Statorpaket über axial miteinander fluchtende Ausnehmungen in den Statorlamellen in Umfangrichtung des Stators zueinander beabstandete, das Statorpaket axial wenigstens abschnittsweise durchlaufende Aufnahmen ausgeformt sind. Dabei ist in einer jeweiligen Aufnahme jeweils wenigstens ein Wicklungsdraht einer Statorwicklung des Stators aufgenommen. Im Stand der Technik sind verschiedene Ausführungen von Statoren elektrischer Maschinen, insbesondere von Elektromotoren bekannt. So ist der DE 10 2021 112 931 A1 ein Stator einer elektrischen Maschine zu entnehmen, der aus einem Stator-Blechpaket besteht, das aus Blechzuschnitten gefertigt ist. Diese über die gesamte axiale Länge des Stator-Blechpakets aneinandergereihten Blechzuschnitte weisen Ausnehmungen auf, die in einem sich in Radialrichtung des Stators erstreckenden Querschnitt betrachtet radial innen über einen Steg geschlossen sind. Die Stator-Wicklungen sind in den Ausnehmungen des Stator-Blechpakets untergebracht. Der Steg, der die jeweilige Ausnehmung radial innen verschließt, ist derart plastisch verformt, dass in ihm eine mechanische Spannung eingebracht ist. Auch die US 2003 / 0 201 687 A1 zeigt einen Stator einer elektrischen Maschine mit einem Stator-Blechpaket und Stator-Wicklungen, die in Ausnehmungen des Stator-Blechpakets aufgenommen sind. Die Ausnehmungen sind ebenso derart ausgebildet, dass diese in den über die gesamte axiale Länge des Stator-Blechpakets aneinandergereihten Blechzuschnitten jeweils in einem sich in Radialrichtung des Stators erstreckenden Querschnitt gesehen radial innen über einen Steg geschlossen sind. Ein solcher vollständiger Verschluss der Nuten des Stators wirkt sich jedoch negativ auf dessen magnetische Eigenschaften und somit negativ auf die Effizienz einer einen solchen Stator aufweisenden elektrischen Maschine aus. In einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Elektromotor, erfolgt zudem die elektrische Isolierung der elektrischen Leiter, welche, insbesondere in den Nuten des Statorpakets eines Stators gefügt und/oder z. B. als Hairpins ausgeführt sind, gegenüber dem Statorpaket regelmäßig über Nutisolationspapier. Das Nutisolationspapier trennt dabei die Leiter von den metallischen Nuten, um zu verhindern, dass es zu einem Kurzschluss zwischen den Leitern und dem Statorpaket kommt. Neben der elektrischen Isolierung bietet das Nutisolationspapier auch mechanischen Schutz. Es schützt die Leiter vor scharfen Kanten oder ungewolltem Kontakt mit metallischen Oberflächen, die sie beschädigen könnten. Die Verwendung von Nutisolationspapier in elektrischen Maschinen hat jedoch einige Nachteile, die sowohl die elektrische Isolation als auch die mechanische Stabilität und damit die Zuverlässigkeit des Elektromotors beeinträchtigen können. Ein Problem ist dabei ein Verrutschen der Leiter in Richtung des Luftspalts oder des Nutschlitzes. Wenn die Leiter, die in den Nuten des Stators liegen, durch mechanische und/oder thermische Belastungen im Betrieb des Elektromotors in Richtung des Luftspalts wandern, wird die vorgesehene Luftstrecke zwischen Rotor und Stator-Wickelkopf unterschritten. Dies kann zu gefährlichen elektrischen Störungen oder gar Kurzschlüssen führen und die Effizienz des Motors beeinträchtigen. In extremen Fällen kann es sogar zu einem mechanischen Kontakt zwischen den Komponenten kommen, was zu ernsthaften Schäden am Elektromotor bis hin zur Zerstörung führt. Ein weiteres Problem ergibt sich durch das Aufklaffen des Nutisolationspapiers, insbesondere bei Überlappungen dessen zur Innenseite der Nut und/oder zum Luftspalt hin . Beim Fügen der insbesondere als Hairpins ausgeführten Leiter in die Nuten drücken diese radial auf das Nutisolationspapier, was dazu führt, dass das Nutisolationspapier nach innen aufklafft und die Isolationswirkung an diesen Stellen nicht mehr vollständig gewährleistet ist. Das Aufklaffen führt zudem zu weiteren negativen Effekten: Zum einen wird dadurch die Akustik des Elektromotors beeinträchtigt, da Luftverwirbelungen im Luftspalt durch die veränderte Geometrie des Nutisolationspapiers und gegebenenfalls ein Hineinragen dessen in den Luftspalt beeinflusst werden. Dies kann zu unerwünschten Geräuschen während des Motorbetriebs führen. Zum anderen kann das Aufklaffen des Isolationspapiers die Harztränkung bei der Imprägnierung der Leiter stören, was dazu führen kann, dass nicht alle Bereiche der Leiter korrekt mit Isolationsharz getränkt werden. Dies erhöht das Risiko von Ausschuss, da unzureichend imprägnierte Wicklungen mechanisch weniger stabil sind und die elektrische Isolation beeinträchtigt wird. Stirnseitig besteht die zusätzliche Gefahr, dass Öl in den Luftspalt eindringen kann, da die Nutschlitze größere Öffnungen bieten. Aufgrund einer höheren Reibung zwischen Rotor und Stator beeinträchtigt dies die Leistung des