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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine Axialflussmaschine, wobei der Stator einen ringförmig ausgebildeten Zahnhalter aufweist, wobei der Zahnhalter eine äußere Mantelfläche umfasst, auf der eine Brückenführung ausgebildet ist, wobei in der Brückenführung eine elektrisch leitfähige Brücke zur elektrischen Kontaktierung von Wicklungsenden angeordnet ist. Zudem umfasst die Erfindung eine Axialflussmaschine mit dem erfindungsgemäßen Stator. Gegenstand der Erfindung ist überdies ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine.
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Statoren für Axialflussmaschinen sind grundsätzlich bekannt. Die bekannten Statoren weisen in der Regel einen Zahnhalter und eine Mehrzahl von in dem Zahnhalter angeordneter Statorzähne auf. Die Verschaltung der Statorzähne ist unterschiedlich geregelt.
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Die
DE 10 2016 204 445 A1 beschreibt eine rotierende elektrische Maschine mit einem ringförmigen Zahnhalter, der eine Stirnseite mit wenigstens zwei Öffnungen zur Aufnahme von jeweils einem Statorzahn aufweist.
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In der
WO 2021 / 169 448 A1 und der
US 2022 / 0 123 617 A1 ist jeweils ein Stator für eine Axialflussmaschine offenbart, mit wenigstens zwei Statorzähnen, wobei jeder Statorzahn einen Kern und eine auf den Kern aufgewickelte Wicklung aufweist, wobei die Wicklungsenden in radialer Richtung geführt sind.
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Die
US 2019 / 0 058 375 A1 zeigt eine Verschaltungseinheit für eine Axialflussmaschine, welche sich in axialer Richtung erstreckt und entsprechend die Wicklungsenden in axialer Richtung führt.
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In der
WO 2018 / 180 721 A1 sind Brückenelemente zur Verschaltung von Statorwicklungen einer Axialflussmaschine entnehmbar, welche radial innenseitig angeordnet sind.
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Es besteht ein Bedürfnis, den Aufbau von elektrischen Maschinen zu vereinfachen, wobei insbesondere ein Fokus auf die vereinfachte Herstellung der elektrischen Maschine gelegt wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Stator für eine elektrische Maschine bereitzustellen, der einfach herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und den Zeichnungen, wobei jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen kann, sofern sich nicht explizit etwas Gegenteiliges aus der Beschreibung ergibt.
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In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Stator für eine Axialflussmaschine eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen ringförmig ausgebildeten Zahnhalter, der eine Stirnseite mit wenigstens zwei Öffnungen zur Aufnahme von jeweils einem Statorzahn und eine an die Stirnseite angebundene äußere Mantelfläche aufweist, und auf einer in radialer Richtung des Zahnhalters nach außen gerichteten Außenseite der äußeren Mantelfläche zumindest abschnittsweise wenigstens eine Brückenführung ausgebildet ist, wenigstens zwei Statorzähne, wovon jeweils ein Statorzahn in einer der Öffnungen zumindest abschnittsweise angeordnet ist, wobei jeder Statorzahn einen Kern und eine auf den Kern aufgewickelte Wicklung mit wenigstens einem Wicklungsende aufweist, und das jeweilige Wicklungsende in radialer Richtung des Zahnhalters bis über die äußere Mantelfläche geführt ist, eine in der Brückenführung angeordnete elektrisch leitfähige Brücke zur elektrischen Verbindung des Wicklungsende des Statorzahns mit dem Wicklungsendes des weiteren Statorzahns.
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Mit anderen Worten ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein Stator für eine Axialflussmaschine bereitgestellt wird. Die Axialflussmaschine ist vorzugsweise dazu eingerichtet und/oder ausgebildet, ein Kraftfahrzeug zumindest teilweise elektrisch anzutreiben. Der Stator weist einen ringförmig ausgebildeten Zahnhalter auf. Der Zahnhalter umfasst eine Stirnseite und eine an die Stirnseite angebundene äußere Mantelfläche, die in Umfangsrichtung des Zahnhalters verläuft. Die Stirnseite und die äußere Mantelfläche sind folglich miteinander verbunden. Besonders bevorzugt sind die Stirnseite und die äußeren Mantelfläche vorzugsweise einstückig und besonders bevorzugt in einem Herstellungsvorgang ausgebildet. Somit kann die strukturelle Steifigkeit des Zahnhalters erhöht sein. Die Stirnseite weist wenigstens zwei Öffnungen auf, wobei die jeweilige Öffnung zur Aufnahme eines Statorzahns ausgebildet ist. Die äußere Mantelfläche weist eine Außenseite auf, die bezogen auf die radiale Richtung des Zahnhalters nach außen gerichtet ist. Auf der Außenseite ist zumindest abschnittsweise eine Brückenführung ausgebildet. Des Weiteren weist der Stator wenigstens zwei Statorzähne auf. Von den zwei Statorzähnen ist jeweils ein Statorzahn in einer der Öffnungen angeordnet bzw. greift zumindest abschnittsweise und/oder teilweise in die Öffnung ein. Die Öffnung ist vorzugsweise randgeschlossen ausgebildet und durchdringt die Stirnseite. Jeder Statorzahn weist einen Kern und eine auf den Kern aufgewickelte Wicklung mit wenigstens einem Wicklungsende auf. Das jeweilige Wicklungsende ist in radialer Richtung des Zahnhalters bis über die äußere Mantelfläche geführt. In der auf der Außenseite des Zahnhalters ausgebildeten Brückenführung ist eine elektrisch leitfähige Brücke zur elektrischen Verbindung des Wicklungsendes des Statorzahns mit dem Wicklungsende des Weiteren Statorzahns angeordnet. Über die Brückenführung wird die elektrisch leitfähige Brücke auf der Außenseite des Zahnhalters positioniert und/oder fixiert, so dass diese für einen Verbindungsvorgang mit den Wicklungsende der Wicklung lagesicher gehalten ist. Dies kann sich vorteilhaft auf den Herstellungsvorgang auswirken.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Brückenführung U-förmig und/oder L-förmig ausgebildet ist. Bei einer U-förmigen Brückenführung sind die beiden Stege in radialer Richtung des Zahnhalters ausgerichtet und das „U“ ist in radialer Richtung des Zahnhalters nach außen hin geöffnet. Somit kann die elektrisch leitfähige Brücke in das „U“, bzw. zwischen die aufrechten Stege der U-förmigen Brückenführung, eingesteckt und vorzugsweise insbesondere eingeklemmt werden. Denkbar ist, dass die U-förmige Ausgestaltung der Brückenführung auf die Außenseite aufgesetzt und/oder in die Außenseite eingelassen ist. Bei einer L-förmigen Ausgestaltung der Brückenführung ist vorgesehen, dass der kurze oder der lange Steg in radialer Richtung des Zahnhalters an die Außenseite angebunden ist, und der jeweils andere Steg vorzugsweise parallel zur Längsrichtung des kreisförmigen Zahnhalters ausgerichtet ist, so dass die elektrisch leitfähige Brücke parallel zur Längsrichtung des Zahnhalters zwischen die Außenseite und dem jeweils anderen Steg eingeschoben und vorzugsweise eingeklemmt werden kann. Somit wird eine Brückenführung angegeben, die einfach und preiswert herstellbar ist und eine einfache und leichte Fixierung der elektrischen Brücke ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zahnhalter einstückig ausgebildet ist. Einstückig bedeutet vorzugsweise, dass der Zahnhalter und die Brückenführung als ein Teil hergestellt sind. Der Zahnhalter und die Brückenführung sind somit unverlierbar miteinander verbunden. Die einstückige Ausbildung des Zahnhalters kann vorzugsweise durch einen Arbeits- und/oder Herstellungsvorgang des Zahnhalters erfolgen. Somit kann der Zahnhalter preiswert hergestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zahnhalter zumindest abschnittsweise aus einem Kunststoff ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Zahnhalter in Gänze aus einem Kunststoff ausgebildet. Der Kunststoff ist vorzugsweise ein thermischer oder duroplastischer Kunststoff. Somit kann der Zahnhalter preiswert, vorzugsweise in einem Spritzgussvorgang oder Transfermoldprozess hergestellt werden.
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Denkbar ist, dass der Kunststoff eine Faserverstärkung und/oder eine Matrix aufweist. Die Faserverstärkung kann eine Glasfaserverstärkung oder eine Kohlenstofffaserverstärkung sein. Gegenüber Kohlenstoff hat Glasfaser den Vorteil, dass diese eine bessere thermische Eigenschaften aufweist und somit nicht zu einem Wärmestau innerhalb des Zahnhalters führt. Somit kann über die Faser nicht nur die strukturelle Steifigkeit erhöht, sondern je nach Wahl der Faser auch eine bessere thermische Leitfähigkeit des Zahnhalters bereitgestellt werden.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die äußere Mantelfläche auf einer der Stirnseite abgewandten Seite wenigstens einen Schlitz aufweist und in dem Schlitz das Wicklungsende geführt ist. Auf diese Weise kann das Wicklungsende der Wicklung in einfacher Weise und platzsparend durch die Mantelfläche bis über die Außenseite geführt werden, um dort mit der elektrischen Brücke verbunden zu werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Außenseite eine weitere Brückenführung ausgebildet ist, die in radial Richtung des Zahnhalters beabstandet zur Brückenführung ausgebildet ist. Denkbar ist zudem, dass die weitere Brückenführung zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, versetzt zur Brückenführung ausgebildet ist. Vorteilhaft ist weiter vorgesehen, dass in der weiteren Brückenführung eine weitere elektrisch leitfähige Brücke angeordnet ist, die eine elektrisch leitfähige Verbindung zu zumindest einem weiteren Wicklungsende der Wicklung aufweist. Durch die weitere Brückenführung ist es möglich die weitere elektrische Brücke auf der Außenseite des Zahnhalters zu fixieren, um diese mit dem weiteren Wicklungsende der Wicklung elektrisch leitend zu verbinden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Außenseite wenigstens ein in radialer Richtung des Zahnhalters ausgebildeter Zentrier- und/oder Fixiervorsprung ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass der Stator ein Gehäuse aufweist und der Zahnhalter in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Zahnhalter über den wenigstens einen Zentrier- und/oder Fixiervorsprung lage- und verdrehsicher in dem Gehäuse angeordnet ist. Somit kann der Zahnhalter in einfacher und preiswerter Weise lagesicher in dem Gehäuse angeordnet werden.
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Der Zentriervorsprung ist bevorzugt einstückig mit dem Zahnhalter ausgebildet. Somit kann der Zahnhalter nebst Zentriervorsprung in einem Arbeitsschritt hergestellt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Ringraum zwischen einer inneren Mantelfläche des Gehäuses und der äußeren Mantelfläche des Zahnhalters vergossen ist. Auf diese Weise kann über das Vergussmaterial einerseits eine erhöhte thermische Anbindung des Stators an das Gehäuse des Stators bereitgestellt werden. Andererseits kann über das Vergussmaterial die Verdrehsicherheit des Stators gegenüber dem Gehäuse erhöht werden.
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In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Axialflussmaschine für ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Stator.
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Die Axialflussmaschine ist dazu eingerichtet und/oder ausgebildet ein Kraftfahrzeug zumindest teilweise elektrisch anzutreiben. Vorzugsweise ist die Axialflussmaschine Bestandteil eines Traktionsantriebs des Kraftfahrzeugs.
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In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Axialflussmaschine.
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Das Kraftfahrzeug ist ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug und die Axialflussmaschine sitzt im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs.
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Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale, welche vorstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung gelten. Im Speziellen können sämtliche Merkmale des Stators auch Merkmale der Axialflussmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs sein. Dies gilt auch umgekehrt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalen zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen, oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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In diesen zeigen:
- 1 eine dreidimensionale Ansicht eines Stators, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine Detailansicht des Stators im Bereich einer Brückenführung, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine Detailansicht des Stators im Bereich einer Zentriervorsprungs, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 einen Schnitt durch den Stator mit einem Gehäuse, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 ein Kraftfahrzeug mit einer Axialflussmaschine.
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In 1 ist eine dreidimensionale Ansicht eines Stators ST für eine Axialflussmaschine AFM gezeigt. Der Stator ST weist einen ringförmig ausgebildeten Zahnhalter ZH auf. Der Zahnhalter ZH umfasst eine Stirnseite SS und eine an die Stirnseite SS angebundene äußere Mantelfläche MF, die in Umfangsrichtung des Zahnhalters ZH verläuft. Die Stirnseite SS und die äußere Mantelfläche MF sind miteinander verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Stirnseite SS und die äußeren Mantelfläche MF einstückig ausgebildet. Somit kann die strukturelle Steifigkeit des Zahnhalters ZH erhöht sein. Die Stirnseite SS weist wenigstens zwei Öffnungen OE auf, wobei die jeweilige Öffnung OE zur Aufnahme eines Statorzahns SZ ausgebildet ist. Die Öffnungen OE sind randgeschlossen und durchdringen die Stirnseite SS. Die äußere Mantelfläche MF weist eine Außenseite AS auf, die bezogen auf die radiale Richtung des Zahnhalters ZH nach außen gerichtet ist. Auf der Außenseite AS ist zumindest abschnittsweise eine Brückenführung BF ausgebildet.
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Des Weiteren weist der Stator ST wenigstens zwei Statorzähne SZ auf. Von den zwei Statorzähnen SZ ist jeweils einer in einer der Öffnungen OE angeordnet bzw. greift zumindest abschnittsweise und/oder teilweise in die Öffnung OE ein. Jeder Statorzahn SZ weist einen Kern KE und eine auf den Kern KE aufgewickelte Wicklung WI mit wenigstens einem Wicklungsende WE auf. Das jeweilige Wicklungsende WE ist in radialer Richtung des Zahnhalters ZH bis über die äußere Mantelfläche MF geführt.
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In der auf der Außenseite AS des Zahnhalters ZH ausgebildeten Brückenführung BF ist eine elektrisch leitfähige Brücke BR zur elektrischen Verbindung des Wicklungsendes WE des Statorzahns SZ mit dem Wicklungsende WE des Weiteren Statorzahns SZ angeordnet. Über die Brückenführung BF wird die elektrisch leitfähige Brücke BR auf der Außenseite AS des Zahnhalters ZH positioniert und/oder fixiert, so dass die Brücke für einen Verbindungsvorgang mit den Wicklungsende WE lagesicher gehalten ist. Dies kann sich vorteilhaft auf den Herstellungsvorgang auswirken.
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Die elektrisch leitfähige Brücke und das Wicklungsende sind vorzugsweise über eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere über eine Schweißverbindung, miteinander verbunden.
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2 zeigt eine Detailansicht des Stators ST im Bereich der Brückenführung BF. Die äußere Mantelfläche MF weist auf einer der Stirnseite SS abgewandten Seite wenigstens einen Schlitz SL auf. In dem Schlitz SL ist das Wicklungsende WE der Wicklung WI geführt. Auf diese Weise kann das Wicklungsende WE der Wicklung WI in einfacher Weise und platzsparend durch die Mantelfläche MF bis über die Außenseite AS der äußeren Mantelfläche MF geführt werden, um dort mit der elektrischen Brücke BR verbunden zu werden.
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Die Brückenführung BF ist in dem Ausführungsbeispiel L-förmig ausgebildet. Dabei ist vorgesehen, dass der kurze Steg des „L“ in radialer Richtung des Zahnhalters ZH an die Außenseite AS angebunden ist, und der jeweils andere Steg, also der lange Steg des „L“, vorzugsweise parallel zur Längsrichtung des kreisförmigen Zahnhalters ZH ausgerichtet ist. Somit kann die elektrisch leitfähige Brücke BR parallel zur Längsrichtung des Zahnhalters ZH zwischen die Außenseite AS und dem langen Steg eingeschoben und verklemmt werden. Somit wird eine Brückenführung BF angegeben, die einfach und preiswert herstellbar ist und eine einfache und leichte Fixierung der elektrischen Brücke BR auf der Außenseite AS ermöglicht.
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3 zeigt eine Detailansicht des Stators ST im Bereich eines Zentriervorsprungs ZV. Der Stator ST weist auf der Außenseite AS wenigstens einen in radialer Richtung ausgebildeten Zentrier- und/oder Fixiervorsprung ZV auf. Der Zentriervorsprung ZV ist einstückig mit dem Zahnhalter ZH ausgebildet. Somit kann der Zahnhalter ZH nebst Zentriervorsprung ZV in einem Arbeitsschritt hergestellt werden.
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4 zeigt einen Schnitt durch den Stator ST, wobei der Stator ST in einem Gehäuse GE angeordnet ist. Ein Ringraum RR zwischen einer inneren Mantelfläche des Gehäuses GE und der äußeren Mantelfläche AF des Zahnhalters ZH ist mit einem Vergussmaterial VM vergossen. Auf diese Weise kann über das Vergussmaterial VM einerseits eine erhöhte thermische Anbindung des Stators ST an das Gehäuse GE bereitgestellt werden. Andererseits kann über das Vergussmaterial VM die Verdrehsicherheit des Stators ST gegenüber dem Gehäuse GE erhöht werden.
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In 5 ist ein Kraftfahrzeug KFZ mit der Axialflussmaschine AFM gezeigt, die den erfindungsgemäßen Stator ST aufweist. Die Axialflussmaschine AFM sitzt im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs KFZ.
