WO2022128697A1

WO2022128697A1 - Statorkern, anordnung mit einem statorkern und mit nutauskleidungen, stator, elektrischer maschine und fahrzeug

Info

Publication number: WO2022128697A1
Application number: PCT/EP2021/084858
Authority: WO
Inventors: Cristian Ciubotaru; Boris Dotz; Christian FINGER-ALBERT
Original assignee: Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2022-06-23
Also published as: KR20230104725A; EP4264788A1; US20240030758A1; CN116746037A; DE102020215913A1

Abstract

Statorkern (1) zur Aufnahme einer Statorwicklung (101) und von Nutauskleidungen (51), wobei eine jeweilige Nutauskleidung (51) - ein sich entlang einer Axialrichtung erstreckendes erstes Ende (52), - ein dem ersten Ende (52) entgegengesetztes, sich entlang der Axialrichtung erstreckendes zweites Ende (53), - einen sich vom ersten Ende (52) in Richtung des zweiten Endes (53) erstreckenden ersten Endabschnitt (54) und - einen sich vom zweiten Ende (53) in Richtung des ersten Endes (52) erstreckenden zweiten Endabschnitt (55), der vom ersten Endabschnitt (54) auf einer Außenseite der jeweiligen Nutauskleidung (51) überlappt wird, aufweist, wobei im Statorkern (1) eine Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Nuten (2) ausgebildet ist, wobei eine jeweilige Nut (2) - eine die Nut (2) in Umfangsrichtung begrenzende erste Nutwand (3), - eine der ersten Nutwand (3) gegenüberliegende, die Nut (2) in Umfangsrichtung begrenzende zweite Nutwand (4) und - einen die Nut (2) in Radialrichtung begrenzenden Nutgrund (5) aufweist und - einen ersten Aufnahmeraum (6), der zur Aufnahme des ersten Endabschnitts (54) eingerichtet ist, und - einen zweiten Aufnahmeraum (7), der unmittelbar an den ersten Aufnahmeraum (6) anschließt, durch die zweite Nutwand (4) und den Nutgrund (5) begrenzt und zur Aufnahme der Statorwicklung (101) und der außerhalb des ersten Endabschnitts (54) liegende Abschnitte der Nutauskleidung (51) eingerichtet ist, ausbildet, wobei sich der erste Aufnahmeraum (6) in Umfangsrichtung an den zweiten Aufnahmeraum (7) anschließt und durch die erste Nutwand (3) begrenzt ist.

Description

Statorkern, Anordnung mit einem Statorkern und mit Nutauskleidungen, Stator, elektrischer Maschine und Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Statorkern zur Aufnahme einer Statorwicklung und von Nutauskleidungen, wobei eine jeweilige Nutauskleidung ein sich entlang einer Axialrichtung erstreckendes erstes Ende, ein dem ersten Ende entgegengesetztes, sich entlang der Axialrichtung erstreckendes zweites Ende, einen sich vom ersten Ende in Richtung des zweiten Endes erstreckenden ersten Endabschnitt und einen sich vom zweiten Ende in Richtung des ersten Endes erstreckenden zweiten Endabschnitt, der vom ersten Endabschnitt auf einer Außenseite der jeweiligen Nutauskleidung überlappt wird, aufweist, wobei im Statorkern eine Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Nuten ausgebildet ist, wobei eine jeweilige Nut eine die Nut in Umfangsrichtung begrenzende erste Nutwand, eine der ersten Nutwand gegenüberliegende, die Nut in Umfangsrichtung begrenzende zweite Nutwand und einen die Nut in Radialrichtung begrenzenden Nutgrund aufweist und einen ersten Aufnahmeraum, der zur Aufnahme des ersten Endabschnitts eingerichtet ist, und einen zweiten Aufnahmeraum, der unmittelbar an den ersten Aufnahmeraum anschließt, durch die zweite Nutwand und den Nutgrund begrenzt und zur Aufnahme der Statorwicklung und außerhalb des ersten Endabschnitts liegender Abschnitte der Nutauskleidung eingerichtet ist, ausbildet.

Daneben betrifft die Erfindung eine Anordnung mit einem Statorkern und mit Nutauskleidungen, einen Stator, eine elektrische Maschine und ein Fahrzeug.

Bei Statoren mit einem Statorkern und mit einer Statorwicklung sind zwischen diesen beiden Komponenten ausreichende Luft- und Kriechstrecken einzuhalten, die insbesondere von der an die Statorwicklungen angelegte Spannung abhängig sind. Dazu ist es bekannt, in eine jeweilige Nut des Statorkerns eine Nutauskleidung anzuordnen, die die in der Nut aufgenommen Statorwicklung umgibt. Eine solche Nutauskleidung wird beispielsweise aus einem Isolationspapier oder einem anderen elektrisch isolierenden, flachen Körper gebildet, der entsprechend den Abmessungen der Nut gefaltet oder gebogen ist. Dabei überlappen sich ein erster Endabschnitt und ein zweiter Endabschnitt der Nutauskleidung. Entsprechend den geforderten Luft- und Kriechstrecken hat die querschnittliche betrachtete Länge des ersten Endabschnitts, die den zweiten Endabschnitt überlappt, ausreichend lang zu sein.

Die US 2012/0 293 037 A 1 offenbart eine rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor und einem ringförmigen Stator, der um den Rotor angeordnet ist. Der Stator umfasst Nuten, die sich in Radialrichtung des Stators erstrecken, einen Statorkern, in welchem die Nuten beabstandet voneinander in Umfangsrichtung ausgebildet sind, Isolationspapier, das in den Nuten aufgenommen ist und Spulen, die in den Nuten derart angeordnet sind, dass sie durch das Isolationspapier vom Statorkern isoliert sind. Das Isolationspapier weist gebogene Abschnitte auf, die in einem Überlappabschnitt einander überlappen. Dadurch ist eine radial innere Seite des Isolationspapiers geschlossen.

Bei einer solchen Ausgestaltung, bei der ein erster Aufnahmeraum für einen ersten Endabschnitt, der einen zweiten Endabschnitt der Nutauskleidung auf dessen Außenseite überlappt, radial innen vorgesehen ist, ist die Ausbildung von Luft- und Kriechstrecken im Wesentlichen auf den Abstand zweier Nutwände einer jeweiligen Nut begrenzt. Soll die Statorwicklung mit hohen Spannungen beaufschlagt werden, können die Luft- und Kriechstrecken in diesem Bereich zu gering sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zum Betrieb einer elektrischen Maschine zum Antreiben eines elektrischen Fahrzeugs anzugeben, die ausreichende Luft- und Kriechstrecken in ihren Nuten auch bei hohen Spannungen gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß beim Statorkern der eingangs genannten Art vorgesehen, dass sich der erste Aufnahmeraum in Umfangsrichtung an den zweiten Aufnahmeraum anschließt und durch die erste Nutwand begrenzt ist. Es wird ein Statorkern zur Aufnahme einer Statorwicklung und von Nutauskleidungen vorgeschlagen. Eine jeweilige Nutauskleidung weist ein sich entlang einer Axialrichtung erstreckendes erstes Ende auf. Eine jeweilige Nutauskleidung weist ferner ein dem ersten Ende entgegengesetztes, sich entlang der Axialrichtung erstreckendes zweites Ende auf. Eine jeweilige Nutauskleidung weist ferner einen sich vom ersten Ende in Richtung des zweiten Endes erstreckenden ersten Endabschnitt auf. Eine jeweilige Nutauskleidung umfasst ferner einen sich vom zweiten Ende in Richtung des ersten Endes erstreckenden zweiten Endabschnitt. Der zweite Endabschnitt wird vom ersten Endabschnitt auf einer Außenseite der jeweiligen Nutauskleidung überlappt. Im Statorkern ist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Nuten ausgebildet. Eine jeweilige Nut weist eine die Nut in Umfangsrichtung begrenzende erste Nutwand auf. Eine jeweilige Nut weist ferner eine der ersten Nutwand gegenüberliegende, die Nut in Umfangsrichtung begrenzende zweiten Nutwand auf. Eine jeweilige Nut weist ferner einen die Nut in Radialrichtung begrenzenden Nutgrund auf. Eine jeweilige Nut bildet einen ersten Aufnahmeraum auf. Der Aufnahmeraum ist zur Aufnahme des ersten Endabschnitts eingerichtet. Eine jeweilige Nut bildet ferner einen zweiten Aufnahmeraum aus.

Der zweite Aufnahmeraum schließt unmittelbar den ersten Aufnahmeraum an. Der zweite Aufnahmeraum ist durch die zweite Wand und den Nutgrund begrenzt. Der zweite Aufnahmeraum ist zur Aufnahme der Statorwicklungen und außerhalb des ersten Endabschnitts liegender Abschnitte der Nutauskleidung eingerichtet. Der erste Aufnahmeraum schließt sich in Umfangsrichtung an den zweiten Aufnahmeraum an. Der erste Aufnahmeraum ist durch die erste Nutwand begrenzt.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, den zweiten Aufnahmeraum für den überlappenden ersten Endabschnitt auf Seiten der ersten Nutwand vorzusehen, sodass deren gesamte radiale Erstreckung zur Aufnahme des ersten Endabschnitts genutzt werden kann. Insbesondere wenn die radiale Erstreckung der Nut größer ist als ihre Erstreckung in Umfangsrichtung ist, steht so ein erheblich größerer Raum zur Aufnahme des ersten Endabschnitts zur Verfügung, als wenn der erste Endabschnitt sich zwischen den Nutwänden auf der dem Nutgrund abgewandten Seite der Nut befindet. Die Erfindung ermöglicht es vorteilhafterweise, längere Luft- und Kriechstrecken entlang der Endabschnitte der Nutauskleidung zu realisieren und so eine höhere an der Statorwicklungen anliegende Spannung beim Betrieb einer den Statorkern umfassenden elektrischen Maschine vorzusehen.

Der Statorkern ist bevorzugt aus einer Vielzahl axial geschichteter und/oder gegeneinander in elektrisch isolierter Einzelbleche gebildet. Der Statorkern kann insofern auch als Statorblechpaket bezeichnet bzw. erachtet werden. Eine jeweilige Nut erstreckt sich vorzugsweise von einer axialen ersten Stirnseite des Statorkerns bis zu einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden axialen zweiten Stirnseite des Statorkerns. Vorzugsweise umgibt der Statorkern an seiner inneren Mantelfläche einen Aufnahmeraum für einen Rotor. Vorzugsweise ist eine jeweilige Nut durch eine Nutöffnung an ihrer dem Nutgrund radial gegenüberliegenden Seite mit dem Aufnahmeraum verbunden. Zwischen einem jeweiligen Paar unmittelbar benachbarter Nuten der Statorkerns sind vorzugsweise Zähne des Statorkerns ausgebildet, welche die Nutwände ausbilden. Die Nutöffnung ist vorzugsweise in Radialrichtung durch Zahnköpfe der Zähne begrenzt. Der Statorkern kann ferner ein Joch umfassen, welches die Nuten radial außen umgibt und den Nutgrund ausbildet. Die erste Nutwand und/oder die zweite Nutwand können im Querschnitt abgerundet in den Nutgrund übergehen. Der erste Aufnahmeraum kann ferner dazu eingerichtet sein, jenseits seines Bereichs, in dem er den ersten Endabschnitt aufnimmt, einen Freiraum zwischen dem zweiten Aufnahmeraum und der ersten Nutwand auszubilden.

In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich die erste Nutwand zumindest abschnittsweise entlang einer ersten Geraden, die zweite Nutwand entlang einer zweiten Geraden und der Nutgrund entlang einer dritten Geraden erstrecken, sodass die erste Gerade und die zweite Gerade die Schenkel eines Trapezes, dessen Grundseite auf der dritten Geraden liegt, ausbilden, wobei das Trapez einen ersten Innenwinkel, der durch die erste Gerade und die dritte Gerade eingeschlossen ist, und einen zweiten Innenwinkel, der durch die zweite Gerade und die dritte Gerade eingeschlossen ist, aufweist.

Der zweite Aufnahmeraum kann eine radial innere Begrenzung aufweisen. Die radial innere Begrenzung kann sich entlang einer vierten Geraden, auf welcher insbesondere eine weitere Grundseite des Trapezes liegt, erstrecken. Dabei kann sich die Nutauskleidung radial innen entlang der vierten Geraden erstrecken. Bevorzugt ist ein dritter Innenwinkel des Trapezes, der durch die zweite Gerade und die vierte Gerade eingeschlossen ist, rechtwinklig.

Die erste Nutwand kann zwischen einem Übergang der ersten Nutwand in den Nutgrund und einem Übergang der ersten Nutwand in die radial innere Begrenzung des zweiten Aufnahmeraums gerade verlaufen. In diesem Fall kann ein vierter Innenwinkel, der durch die erste Gerade und die vierte Gerade eingeschlossen ist, größer als 90° als sein. Insbesondere beträgt der vierte Innenwinkel 180° abzüglich des ersten Innenwinkels.

Alternativ kann die erste Nutwand einen ersten Abschnitt, der sich entlang der ersten Geraden erstreckt, und einen zweiten Abschnitt, der sich entlang einer weiteren Geraden erstreckt, aufweisen, wobei die erste Gerade und die weitere Gerade an einer vorgegebenen Radialposition einen weiteren Innenwinkel einschließen, der kleiner 180 Grad, bevorzugt kleiner als 179 Grad, besonders bevorzugt kleiner als 178 Grad, ist. Die erste Nutwand kann so beispielsweise mit einem stumpfwinkligen Knick an der vorgegebenen Radialposition ausgebildet werden. Es kann vorgesehen sein, dass die vorgegebene Radialposition einer Radialposition, an welcher sich das erste Ende der Nutauskleidung befindet, entspricht oder weiter innen liegt als eine Radialposition, an welcher sich das erste Ende der Nutauskleidung befindet, liegt. Ein vierter Innenwinkel, der durch die weitere Gerade und die vierte Gerade eingeschlossen ist kann, größer als 90° als sein. Der vierte Innenwinkel kann 360° abzüglich der Summe aus dem ersten und weiteren Innenwinkel betragen. Es wird bevorzugt, wenn der erste Innenwinkel kleiner als der zweite Innenwinkel ist. Dadurch ergibt sich im Querschnitt eine Verlängerung des Nutgrund zur Ausbildung des ersten Aufnahmeraums. Der erste Innenwinkel kann dabei von der Länge des ersten Endabschnitts abhängig sein. Insbesondere ist der erste Innenwinkel umso kleiner, je größer die Länge des Überlapps der Endabschnitte ist. Alternativ kann der erste Innenwinkel rechtwinklig sein. Dies ist insbesondere in Verbindung mit der den ersten und den zweiten Abschnitt aufweisenden ersten Nutwand von Vorteil.

Bevorzugt ist der zweite Innenwinkel rechtwinklig. Dadurch lassen sich herkömmliche Statorkerne mit im Wesentlichen rechteckigen Nuten aufwandsarm um den ersten Aufnahmeraum erweitern.

Wie bereits zuvor erwähnt, wird es bevorzugt, wenn der erste Endabschnitt im Querschnitt länger als der Nutgrund und/oder als ein radial innerster Abstand der Nutwände ist. Dadurch wird der im Wesentlichen in der Radialrichtung verlaufende Raum zur Verlängerung der Luft- und Kriechstrecken effizient genutzt.

Es wird ferner bevorzugt, wenn sich der erste Endabschnitt im Querschnitt vom ersten Ende zum Nutgrund hin erstreckt.

Alternativ oder zusätzlich sind die überlappenden Endabschnitte radial näher am Nutgrund als am radial innersten Punk der Nutwände und/oder als am radial innersten Punkt der Nutauskleidung angeordnet. Dadurch kann sich der erste Aufnahmeraum in einen Bereich des Statorkerns erstrecken, in dem er die magnetische Flussverteilung entlang der Zähne möglichst wenig beeinträchtigt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Statorkern und mit den Nutauskleidungen, wobei der erste Endabschnitt der Nutauskleidungen im ersten Aufnahmeraum der Nuten und die außerhalb des ersten Endabschnitts liegenden Abschnitte der Nutauskleidungen im zweiten Aufnahmeraum der Nuten aufgenommen sind.

Es wird bevorzugt, wenn der erste Endabschnitt an der ersten Nutwand anliegt und/oder zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt liegende Abschnitt der Nutauskleidung an der zweiten Nutwand und/oder am Nutgrund anliegen. Dadurch kann die Nutauskleidung die Nut möglichst enganliegend auskleiden.

Allgemein kann eine jeweilige Nutauskleidung aus einem elektrisch isolierenden, flachen Körper ausgebildet sein. Es wird insbesondere bevorzugt, dass eine jeweilige Nutauskleidung aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Isolationspapier, gebildet ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Stator, umfassend eine erfindungsgemäße Anordnung und die Statorwicklung, welche sich abschnittsweise innerhalb des zweiten Aufnahmeraums einer jeweiligen Nut erstreckt und von der in der jeweiligen Nut aufgenommenen Nutauskleidung umgeben ist.

In bevorzugter Ausgestaltung ist die Statorwicklung durch Formleiter ausgebildet, die in Radialrichtung geschichtet in einer jeweiligen Nut aufgenommen sind. Die Formleiter weisen vorzugsweise eine, gegebenenfalls abgerundet, rechteckige Querschnittsfläche auf. Die Formleiter sind bevorzugt durch Stäbe ausgebildet. Die Formleiter können durch Kupfer ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Formleiter nicht biegeschlaff. Die Statorwicklung kann auch als Haarnadelwicklung erachtet bzw. bezeichnet werden. Vorzugsweise sind in jeder Nut wenigstens vier, bevorzugt wenigstens sechs, besonders bevorzugt wenigstens acht, Formleiter aufgenommen. Ferner können in einer jeweiligen Nut höchstens 20, bevorzugt höchstens 16, besonders bevorzugt höchstens 12 Formleiter aufgenommen sein. Bevorzugt sind in einer jeweiligen Nut genau vier, sechs, acht oder zehn Formleiter aufgenommen. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine elektrische Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs, umfassend einen erfindungsgemäßen Stator und einen drehbar innerhalb des Statorkerns gelagerten Rotor.

Die elektrische Maschine ist bevorzugt als Synchronmaschine oder Asynchronmaschine ausgebildet. Der Rotor ist bevorzugt permanenterregt. Die elektrische Maschine kann dazu eingerichtet sein, einen Teil eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs auszubilden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Fahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße elektrische Maschine. Das Fahrzeug kann ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) oder ein Hybridfahrzeug sein.

Bevorzugt kann insbesondere eine Nut von einer einzigen Nutauskleidung ausgekleidet werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer stirnseitigen Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Statorkerns;

Fig. 2 eine Detailansicht einer Nut des Statorkerns gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 eine Detailansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stators umfassend ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Statorkerns und mit Nutauskleidungen; Fig. 4 eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stators umfassend ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Statorkerns und mit Nutauskleidungen;

Fig. 5 eine Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stators umfassend ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Statorkerns und mit Nutauskleidungen;

Fig. 6 eine Detailansicht eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stators umfassend ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Statorkerns und mit Nutauskleidungen; und

Fig. 7 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.

Fig. 1 ist eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels eine Statorkerns 1 .

Der Statorkern 1 weist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgebildeten Nuten 2 auf. Der Statorkern 1 ist in Fig. 1 mit einem Blick auf eine erste Stirnseite 3 gezeigt, von der sich die Nuten 2 in axialer Richtung zu einer in Fig. 1 verdeckten zweiten Stirnseite aus erstrecken. Der Statorkern 1 ist exemplarisch als Statorblechpaket aus einer Vielzahl axial geschichteter, gegeneinander elektrisch isolierter Einzelbleche ausgebildet.

Fig. 2 ist eine Detailansicht einer der Nuten 2 im Querschnitt, welche repräsentativ für die übrigen Nuten 2 des Statorkerns 1 ist. Die Nut 2 weist eine erste Nutwand 3, eine der ersten Nutwand 3 in Umfangsrichtung gegenüberliegende zweite Nutwand 4 und einen die Nutwände 3, 4 verbindenden Nutgrund 5 auf. Die Nutwände 3, 4 begrenzen die Nut 2 in Umfangsrichtung. Der Nutgrund 5 begrenzt die Nut 2 in Radialrichtung, hier radial außen. Die Nut 2 bildet ferner einen ersten Aufnahmeraum 6 und einen zweiten Aufnahmeraum 7 aus. Der erste Aufnahmeraum 6 schließt in Umfangsrichtung unmittelbar an den zweiten Aufnahmeraum 7 an und ist durch die erste Nutwand 3 und durch einen Abschnitt des Nutgrunds 5 begrenzt. Der zweite Aufnahmeraum 7 ist durch die zweite Nutwand 4 und den Nutgrund 5 begrenzt.

Bei dem Statorkern 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich die ersten Nutwand 3 entlang einer ersten Geraden 8, die zweite Nutwand 4 entlang einer zweiten Geraden 9 und der Nutgrund 5 entlang einer dritten Geraden 10 erstrecken. Die erste Gerade 8 und die zweite Gerade 9 bilden dabei die Schenkel eines Trapezes, dessen erste Grundseite auf der dritten Geraden 10 liegt. Eine vierte Gerade 1 1 erstreckt sich an einem radial innersten Punkt der Nut 2 parallel zur dritten Geraden 10 und bildet eine zweite Grundseite des Trapezes aus. Die vierte Grade 1 1 bildet eine Begrenzung des zweiten Aufnahmeraums 7.

Das Trapez hat einen durch die erste Gerade 8 und die dritte Gerade 10 eingeschlossenen ersten Innenwinkel 12, einen durch die zweite Gerade und die dritte Gerade 10 eingeschlossenen zweiten Innenwinkel 13, einen durch die zweite Gerade 9 und die vierte Gerade 1 1 eingeschlossenen dritten Innenwinkel 14 sowie einen durch die erste Gerade 8 und die vierte Gerade 1 1 eingeschlossenen vierten Innenwinkel 15. Der erste Innenwinkel 12 ist kleiner als der zweite Innenwinkel 13. Der zweite Innenwinkel 13 und der dritte Innenwinkel 13 betragen jeweils 90°, sodass der vierte Innenwinkel 15 180° abzüglich des ersten Innenwinkels 12 beträgt. Dadurch ist der erste Aufnahmeraum 6 als keilförmige Aufweitung der Nut 2 in Umfangsrichtung ausgebildet, während der zweite Aufnahmeraum 7 im Wesentlichen (bis auf die gerundete Ausgestaltung der Übergänge zwischen den Nutwänden 3, 4 und dem Nutgrund 5 sowie einem Übergang der Nutwände 3, 4 und in sich entlang der vierten Geraden 1 1 erstreckende Zahnköpfe 16) rechteckig ist.

Fig. 3 ist eine Detailansicht der Nut 2 bei einem Ausführungsbeispiel eines Stators 100, der eine Statorwicklung 101 und eine Anordnung 50 mit dem ersten Ausführungsbeispiel des Statorkerns 1 und mit einer Nutauskleidung 51 aufweist. In Fig.

3 ist wiederum einer der Nutauskleidungen 51 repräsentativ für die Übrigen dargestellt.

Innerhalb einer jeweiligen Nut 2 des Statorkerns 1 ist eine der Nutauskleidungen 51 angeordnet, der sich vollständig axial durch die Nut 2 erstreckt. Die Nutauskleidung 51 umfasst ein sich entlang der Axialrichtung erstreckendes erstes Ende 52 und ein sich entlang der Axialrichtung erstreckendes zweites Ende 53. Vom ersten Ende 52 erstreckt sich in Richtung des zweiten Endes ein schraffiert gekennzeichneter erster Endabschnitt 54. Vom zweiten Ende 53 der Nutauskleidung 51 erstreckt sich in Richtung des ersten Endes 52 ein durch eine andere Schraffierung gekennzeichneter zweiter Endabschnitt 55, der vom ersten Endabschnitt 54 überlappt wird. Dadurch ist ein Überlapp 56 ausgebildet, dessen Länge im Querschnitt betrachtet jener der Endabschnitte 54, 55 entspricht.

Der erste Endabschnitt 54 ist dabei vollständig im ersten Aufnahmeraum 6 aufgenommen. Der zweite Endabschnitt 55 und übrige, nicht zum ersten Endabschnitt 54 gehörige Abschnitte der Nutauskleidung 51 sind hingegen im zweiten Aufnahmeraum 7 aufgenommen. Im zweiten Aufnahmeraum 7 ist ferner die Statorwicklung 101 aufgenommen.

Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, ist der erste Endabschnitt 54 bzw. der Überlapp 56 länger als der Nutgrund 5 und der radial innerste Abstand der Nutwände 3, 4. Dadurch lässt sich eine besonders lange Luft- und Kriechstrecke entlang des Überlapps 56 zur Isolierung der Statorwicklung 101 gegenüber dem Statorkern 1 realisieren. Fig. 3 ist ebenfalls zu entnehmen, dass sich die überlappenden Endabschnitte 54, 55 radial näher am Nutgrund 5 als am radial innersten Punkt der Nutwände 3, 4 bzw. der Nutauskleidung 51 befinden.

Die Nutauskleidung 51 ist aus einem elektrisch isolierenden Isolationspapier gebildet. Die Nutauskleidung 51 vollzieht dabei von seinem ersten Ende 52 über den an der ersten Nutwand 3 anliegenden ersten Endabschnitt 54 eine Biegung und verläuft an den ersten Endabschnitt 54 anschließend entlang des Nutgrund 5, an dem die Nutauskleidung 51 anliegt. Jenseits des Nutgrund 5 vollzieht die Nutauskleidung 51 eine weitere Biegung und verläuft entlang der zweiten Nutwand 4 und liegt an dieser an. Beim Erreichen eines der Zahnköpfe 16 vollzieht die Nutauskleidung 51 eine weitere Biegung und erstreckt sich entlang der vierten Geraden 11 entlang einer Nutöffnung 17 und des anderen Zahnkopfs 16 zur ersten Nutwand 3. Die Nutauskleidung 51 verläuft dann entlang einer Grenze des zweiten Aufnahmeraums 7 mit dem ersten Aufnahmeraum 6 in Richtung des Nutgrund 5 derart, dass der zweite Endabschnitt 55 vom ersten Endabschnitt 54 überlappt wird. Außerdem liegt der erste Endabschnitt 54 in Umfangsrichtung weiter außen als der zweite Endabschnitt 55.

Fig. 3 sind ferner mehrere Formleiter 102, hier exemplarisch acht Stück, dargestellt, welche die Statorwicklung 101 ausbilden. Die Formleiter 102 sind aus Kupferstäben gebildet, die sich vollständig entlang der Axialrichtung erstrecken und so eine Haarnadelwicklung als Statorwicklung 101 ausbilden.

Fig. 4 ist eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Stators 100, umfassend ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung 50 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel des Statorkerns 1 und mit einer Nutauskleidung 51 sowie einer Statorwicklung 101. Soweit im Folgenden nichts Abweichendes beschrieben wird, lassen sich alle vorangegangenen Ausführungen auf diese Ausführungsbeispiele übertragen. Beim zweiten Ausführungsbeispiel sind die Endabschnitte 54, 55 und der Überlapp 56 kürzer ausgebildet als beim ersten Ausführungsbeispiel. In Fig. 4 ist dabei erkennbar, dass der erste Innenwinkel 12 größer als beim ersten Ausführungsbeispiel ist. Daraus lässt sich ableiten, dass mit steigender Länge der Endabschnitte 54, 55 bzw. des Überlapps 56 ein geringerer Innenwinkel 12 vorzusehen ist.

Fig. 5 ist eine Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Stators 100, umfassend ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung 50 mit einem dritten Ausführungsbeispiel des Statorkerns 1 und mit einer Nutauskleidung 51 . Auf die Darstellung der Statorwicklung 101 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Soweit im Folgenden nichts Abweichendes beschrieben wird, lassen sich die Ausführungen zu Fig. 1 bis Fig. 3 auf diese Ausführungsbeispiele übertragen.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 5 verlaufen der erste Endabschnitt 54 und der zweite Endabschnitt 55 parallel. Zusätzlich ist zwischen dem ersten Ende 52 und der ersten Nutwand 3 ein Toleranzabstand 57 vorgesehen.

Der erste Innenwinkel ist 12 wie folgt bestimmt: t + w t + w tan(90° - a) = - - — = - - - - - — — h — h₂ h — (t + r + d + /i₃) a = 90° — arctan

Dabei bezeichnen a den ersten Innenwinkel 12, t eine Dicke der Nutauskleidung 51 , w den Toleranzabstand 57, hi eine Höhe der zweiten Wand 4, h2 einen Abstand zwischen dem Nutgrund 5 und r einen Biegeradius der Nutauskleidung 51 , d eine Länge des Überlapps 56 bzw. einer Kriechstrecke sowie ha eine Toleranzhöhe.

Fig. 6 ist eine Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Stators 100, umfassend ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung 50 mit einem vierten Ausführungsbeispiel des Statorkerns 1 und mit einer Nutauskleidung 51 . Auf die Darstellung der Nutauskleidung 51 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Soweit im Folgenden nichts Abweichendes beschrieben wird, lassen sich die Ausführungen zu Fig. 1 bis Fig. 3 auf diese Ausführungsbeispiele übertragen.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 6 weist die erste Nutwand 3 einen radial äußeren ersten Abschnitt 3a und einen radial inneren zweiten Abschnitt 3b auf. Der erste Abschnitt 3a erstreckt sich entlang der ersten Geraden 8. Der zweite Abschnitt 3b erstreckt sich entlang einer fünften Geraden 19, die mit der ersten Geraden 8 einen weiteren Innenwinkel 18 einschließt. Der weitere Innenwinkel 18 ist kleiner als 180° und weist vorliegend einen Wert von ca. 177° auf. Daraus folgt bei einem gegebenen ersten Innenwinkel 12 und dritten und vierten Innenwinkeln 13, 14 von jeweils 90°, dass der vierte Innenwinkel 15 360° abzüglich der Summe aus dem ersten und fünften Innenwinkel 12, 18 beträgt. In vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der erste Innenwinkel 12 exemplarisch 90°.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 können bei einer beispielhaften, konkreten Ausgestaltung folgende Abmessungen vorgesehen sein:

- Breite eines jeweiligen Formleiters 102: 3 mm

- Höhe eines jeweiligen Formleiters 102: 2 mm

- Kurvenradius einer Abrundung eines jeweiligen Formleiter 102: 0,5 mm

- Abstand der Formleiter 102 von der zweiten Nutwand 4: 0,42 mm

Radialabstand des radial innersten

Formleiters 102 von einem radial innersten

Punkt der Nutauskleidung 51 0,4455 mm

- Breite der Nutöffnung 17 1 mm

- Höhe der Nut 2 9,6 mm

- kleinster Abstand der Nutwände 3, 4 3,85 mm - größter Abstand der Nutwände 3, 4 4,07 mm

Länge des erste Abschnitts 3a 4,0 mm

- Höhe eines Zahnkopfs 16 1 ,0 mm

- Kurvenradius an den Enden der Nutwände 3, 4 0,5 mm

- Kurvenradius der Zahnköpfe 16 0,25 mm

Fig. 7 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 1 10, umfassend eine zum Antreiben des Fahrzeugs 110 eingerichtete elektrische Ma- schine 1 1 1.

Die elektrische Maschine 1 1 1 umfasst einen Stator 100 gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie einen innerhalb des Stators 100 angeordneten Rotor 112.

Die elektrische Maschine 1 1 1 ist als, insbesondere permanenterregte, Synchronmaschine oder als Asynchronmaschine ausgebildet und ist Teil eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs 1 10. Dieses kann auch als batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) oder als Hybridfahrzeug erachtet werden.

Claims

Patentansprüche

1 . Statorkern (1 ) zur Aufnahme einer Statorwicklung (101 ) und von Nutauskleidungen (51 ), wobei eine jeweilige Nutauskleidung (51 ) ein sich entlang einer Axialrichtung erstreckendes erstes Ende (52), ein dem ersten Ende (52) entgegengesetztes, sich entlang der Axialrichtung erstreckendes zweites Ende (53), einen sich vom ersten Ende (52) in Richtung des zweiten Endes (53) erstreckenden ersten Endabschnitt (54) und einen sich vom zweiten Ende (53) in Richtung des ersten Endes (52) erstreckenden zweiten Endabschnitt (55), der vom ersten Endabschnitt (54) auf einer Außenseite der jeweiligen Nutauskleidung (51 ) überlappt wird, aufweist, wobei im Statorkern (1 ) eine Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Nuten (2) ausgebildet ist, wobei eine jeweilige Nut (2) eine die Nut (2) in Umfangsrichtung begrenzende erste Nutwand (3), eine der ersten Nutwand (3) gegenüberliegende, die Nut (2) in Umfangsrichtung begrenzende zweite Nutwand (4) und einen die Nut (2) in Radialrichtung begrenzenden Nutgrund (5) aufweist und einen ersten Aufnahmeraum (6), der zur Aufnahme des ersten Endabschnitts (54) eingerichtet ist, und einen zweiten Aufnahmeraum (7), der unmittelbar an den ersten Aufnahmeraum (6) anschließt, durch die zweite Nutwand (4) und den Nutgrund (5) begrenzt und zur Aufnahme der Statorwicklung (101 ) und der außerhalb des ersten Endabschnitts (54) liegende Abschnitte der Nutauskleidung (51 ) eingerichtet ist, ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Aufnahmeraum (6) in Umfangsrichtung an den zweiten Aufnahmeraum (7) anschließt und durch die erste Nutwand (3) begrenzt ist.

2. Statorkern nach Anspruch 1 , wobei sich die erste Nutwand (3) zumindest abschnittsweise entlang einer ersten Geraden (8), die zweite Nutwand (4) entlang einer zweiten Geraden (9) und der Nutgrund (5) entlang einer dritten Geraden (10) erstrecken, sodass die erste Gerade (8) und die zweite Gerade (9) die Schenkel eines Trapezes, dessen Grundseite auf der dritten Geraden (10) liegt, ausbilden, wobei das T rapez einen ersten Innenwinkel (12), der durch die erste Gerade (8) und die dritte Gerade (10) eingeschlossen ist, und einen zweiten Innenwinkel (13), der durch die zweite Gerade (9) und die dritte Gerade (10) eingeschlossen ist, aufweist.

3. Statorkern nach Anspruch 2, wobei die erste Nutwand (3) zwischen einem Übergang der ersten Nutwand (3) in den Nutgrund (3) und einem Übergang der ersten Nutwand (3) in eine radial innere Begrenzung des zweiten Aufnahmeraums (7) gerade verläuft.

4. Statorkern nach Anspruch 2, wobei die erste Nutwand (3) einen ersten Abschnitt (3a), der sich entlang der ersten Geraden erstreckt, und einen zweiten Abschnitt (3b), der sich entlang einer weiteren Geraden (19) erstreckt, aufweist, wobei die erste Gerade (10) und die weitere Gerade (19) an einer vorgegebenen Radialposition (3c) einen weiteren Innenwinkel (18) einschließen, der kleiner 180 Grad, bevorzugt kleiner als 179 Grad, besonders bevorzugt kleiner als 178 Grad, ist.

5. Statorkern nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der erste Innenwinkel (12) kleiner als der zweite Innenwinkel (13) oder rechtwinklig ist.

6. Statorkern nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der zweite Innenwinkel (13) rechtwinklig ist.

7. Statorkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Endabschnitt (54) im Querschnitt länger als der Nutgrund (5) und/oder als ein radial innerster Abstand der Nutwände (3, 4) ist. 18

8. Statorkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Endabschnitte (54, 55) radial näher am Nutgrund (5) als am radial innersten Punkt der Nutwände (3, 4) und/oder als am radial innersten Punkt der Nutauskleidung (51 ) angeordnet sind.

9. Anordnung (50) mit einem Statorkern (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit den Nutauskleidungen (51 ), wobei der erste Endabschnitt (54) der Nutauskleidungen (51 ) im ersten Aufnahmeraum (6) der Nuten (2) und die außerhalb des ersten Endabschnitts (54) liegenden Abschnitte der Nutauskleidungen (51 ) im zweiten Aufnahmeraum (7) der Nuten (2) aufgenommen sind.

10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei der erste Endabschnitt (54) an der ersten Nutwand (3) anliegt und/oder zwischen dem ersten Endabschnitt (54) und dem zweiten Endabschnitt (55) liegende Abschnitte der Nutauskleidung (51 ) an der zweiten Nutwand (4) und/oder am Nutgrund (5) anliegen.

1 1 . Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine jeweilige Nutauskleidung (51 ) aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Isolationspapier, gebildet ist.

12. Stator (100), umfassend eine Anordnung (50) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und die Statorwicklung (101 ), welche sich abschnittsweise innerhalb des zweiten Aufnahmeraums (7) einer jeweiligen Nut (2) erstreckt und von dem in der jeweiligen Nut (2) aufgenommene Nutauskleidung (51 ) umgeben ist.

13. Stator nach Anspruch 12, wobei die Statorwicklung (101 ) durch Formleiter (102) ausgebildet ist, die in Radialrichtung geschichtet in einer jeweiligen Nut (2) aufgenommen sind. 19

14. Elektrische Maschine (111 ) zum Antreiben eines Fahrzeugs (110), umfassend einen Stator (100) nach Anspruch 12 oder 13 und einen drehbar innerhalb des Statorkerns gelagerten Rotor (112).

15. Fahrzeug (110), umfassend eine elektrische Maschine (111 ) nach Anspruch