WO2023237148A1 - Stator, elektrische maschine und verfahren zur herstellung eines stators - Google Patents

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WO2023237148A1
WO2023237148A1 PCT/DE2023/100337 DE2023100337W WO2023237148A1 WO 2023237148 A1 WO2023237148 A1 WO 2023237148A1 DE 2023100337 W DE2023100337 W DE 2023100337W WO 2023237148 A1 WO2023237148 A1 WO 2023237148A1
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WO
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stator
winding head
conductors
rotor
hairpin
Prior art date
Application number
PCT/DE2023/100337
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English (en)
French (fr)
Inventor
Florian SELL-LE BLANC
Johannes DOLLANSKY
Loreen ERNST
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0025—Shaping or compacting conductors or winding heads after the installation of the winding in the core or machine ; Applying fastening means on winding heads
    • H02K15/0037—Shaping or compacting winding heads

Definitions

  • the present invention relates to a stator for an electric machine, in particular within a drive train of a motor vehicle, wherein the stator is designed in the shape of a cylindrical ring and has a plurality of stator teeth, which in the circumferential direction between adjacent stator teeth each extend in the radial direction and in the axial direction through the Define a stator slot running in the stator, into which an energized hairpin winding comprising a plurality of hairpin conductors is inserted, the hairpin conductors in the case of radial flux machines having two conductor sections which run parallel in the axial extent and are arranged in the stator slots and which are on one end face of the Stator with two free conductor ends each emerge from the stator to form a winding head.
  • the invention further relates to an electrical machine and a method for producing a stator.
  • Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels.
  • Significant efforts have already been made to improve the suitability of electric drives for everyday use and to offer users the usual driving comfort.
  • the drive unit has a very compact design and, thanks to the switchable 2-speed planetary gear set, allows a good compromise between climbing ability, acceleration and energy consumption.
  • Such drive units are also referred to as e-axles.
  • hybrid drive trains are also known.
  • Such drive trains of a hybrid vehicle usually include a combination of an internal combustion engine and an electric motor, and - for example in metropolitan areas - enable purely electric operation with sufficient range and availability, especially for cross-country journeys. There is also the possibility of being driven simultaneously by the internal combustion engine and the electric motor in certain operating situations.
  • stator windings are therefore typically designed as hairpin windings.
  • essentially U-shaped wire segments are introduced into the stator slots from one end face of the stator and then formed on an opposite end face of the stator and connected, for example, by welding.
  • stator for an electrical machine in particular within a drive train of a motor vehicle, which has a particularly compact structure and a high power density.
  • a stator for an electric machine in particular within a drive train of a motor vehicle, wherein the stator is cylindrical ring-shaped and has a plurality of stator teeth, which extend in the circumferential direction between adjacent stator teeth in the radial direction and in the axial direction Define a stator slot running through the stator, into which a current-capable hairpin winding comprising a plurality of hairpin conductors is inserted, the hairpin conductors having two conductor sections which run parallel in the axial extent and are arranged in the stator slots, each of which is on one end face of the stator two free conductor ends emerge from the stator to form a winding head, the hairpin conductors being set radially inwards in the area of the winding head for an internal rotor. For an external rotor, the area of the winding head can be turned outwards. In both variants, the winding head protruding from the stator is set in the direction of the rotor.
  • the object of the invention can also be achieved by a stator for an electric machine, in particular within a drive train of a motor vehicle, the stator being designed in the shape of a cylindrical ring and having a plurality of stator teeth, each of which extends in the radial direction in the circumferential direction between adjacent stator teeth define a stator slot running in the axial direction through the stator, into which a current-capable I-pin winding comprising a plurality of I-pin conductors is inserted, the I-pin conductors each having a conductor section arranged in the stator slots in the axial extent, which emerge from the stator at one end face of the stator with a free conductor end to form a winding head, the I-pin conductors in the area of the winding head being set radially inwards for an internal rotor and radially outwards for an external rotor.
  • stator can achieve a particularly compact axial dimension due to the winding head that is set radially inwards.
  • the winding head shaped in this way uses the available installation space from the inside diameter of the stator and thus reduces the required winding head height of the stator.
  • the straight conductor parts which are aligned radially inwards, can preferably be used to enable additional torque generation of the rotor in the axial flow direction.
  • the magnet topology on the rotor can be adapted for this. This will be explained in more detail later.
  • the axial dimension of the winding head is also independent of the actual coil width, which is why windings with a small number of pole pairs can also be implemented without requiring an axial increase in the winding head.
  • the stator according to the invention is intended for use in an electrical machine.
  • the electrical machine is used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and it usually includes the stationary part called a stator, stand or armature and a rotor or Rotor designated and movable, in particular rotatable, relative to the stationary part.
  • the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved.
  • the electric motor particularly preferably has a power greater than 30 kW, preferably greater than 50 kW and in particular greater than 70 kW. It is further preferred that the electric machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, most preferably greater than 12,500 rpm.
  • the stator can in particular be powered by power electronics.
  • the power electronics is preferably a combination of various components that control or regulate a current on the stator, preferably including the peripheral components required for this, such as cooling elements or power supplies.
  • the power electronics contains one or more power electronics components which are set up to control or regulate a current. This is particularly preferably one or more circuit breakers, e.g.
  • the power electronics has more than two, particularly preferably three, phases or current paths that are separate from one another, each with at least one separate power electronics component.
  • the power electronics are preferably designed to control or regulate a power per phase with a peak power, preferably continuous power, of at least 10 W, preferably at least 100 W, particularly preferably at least 1000 W.
  • motor vehicles are land vehicles that are moved by mechanical power without being tied to railway tracks.
  • a motor vehicle can, for example, be selected from the group of passenger cars (passenger cars), trucks (lorries), mopeds, light vehicles, motorcycles, motor buses (KOM) or tractors.
  • the stator according to the invention can preferably be configured for a radial flux machine.
  • the stator of a radial flux machine is usually cylindrical or cylindrical ring-shaped and usually consists of a stator body, which is formed by electrical sheets that are electrically insulated from one another and layered and packaged into laminated cores. This structure keeps the eddy currents in the stator caused by the stator field low.
  • stator slots are arranged in the electrical sheet and run parallel to the rotor shaft, which accommodate the stator winding or parts of the stator winding.
  • the grooves can be closed with closure elements, such as closure wedges or covers or the like, in order to prevent the stator winding from being detached.
  • the stator body is preferably formed in one piece.
  • a one-piece stator body is characterized by the fact that the entire stator body is designed in one piece, viewed circumferentially.
  • the stator body is generally formed from a large number of stacked laminated electrical sheets, each of the electrical sheets being designed to be closed to form a circular ring. The individual sheets can be held together in the stator body, for example by gluing, welding or screwing.
  • stator teeth of the stator are preferably formed in the stator body.
  • Components of the stator body are referred to as stator teeth, which are designed as parts of the stator body that are circumferentially spaced, tooth-like, radially inward (internal rotor) or radially outward (outer rotor), and between their free ends and a rotor body there is an air gap for the magnetic field and for the rotary Movement of the rotor is formed.
  • the non-magnetic gap that exists between the rotor and the stator is called the air gap. In the case of a radial flux machine, for example, this is a substantially annular gap with a radial width that corresponds to the distance between the rotor body and the stator body.
  • a stator winding is embedded in the stator slots of the stator according to the invention.
  • a stator winding includes electrically conductive conductors whose length is significantly larger than their diameter.
  • the stator winding can basically have any cross-sectional shape. Are preferred Rectangular cross-sectional shapes, as these can achieve high packing and therefore power densities.
  • a stator winding is very particularly preferably made of copper. According to the invention, the stator winding is designed as a hairpin winding or an I-pin winding.
  • a hairpin winding belongs to the group of plug-in coil windings. It usually comprises a plurality of hairpin conductors, also referred to as hairpins for short, which are formed from U-shaped, preferably painted flat copper wires and are reminiscent of hairpins in their geometry.
  • An I-pin winding also belongs to the group of plug-in coil windings. It usually includes a plurality of I-pin conductors, which usually consist of straight flat copper wire elements that are inserted into the stator slots.
  • the I-pin conductors can preferably be surrounded by a current-insulating lacquer layer.
  • the free conductor ends point radially to the axis of rotation of a rotor that is rotatably mounted relative to the stator. This makes it possible for the free wire ends to be connected in a particularly economical manner. The distances required for connecting adjacent coils or coil groups are also reduced by the smaller radius, which results in a lower electrical resistance of the connecting elements.
  • the free conductor ends are set radially inwards by 85 ° - 95 ° for an internal rotor and radially outwards for an external rotor compared to the conductor sections arranged in the stator slots, which means that On the one hand, a particularly high reduction in installation space for the wound stator can be achieved and, on the other hand, the free conductor ends are aligned with particularly low vibration.
  • the angle between the layers By varying the angle between the layers, different clearance and creepage distances can also be achieved between the layers without this leading to a 1:1 increase in the axial installation space.
  • the free conductor ends are set radially offset in position.
  • the effect can be achieved in particular that the annular layers with their different diameters can be electrically contacted in a particularly economical manner in terms of production technology. By contacting at different inwardly inclined angles, more installation space can also be generated for welding devices.
  • the invention can also be further developed in such a way that the hairpin conductors protrude beyond the radially inner or outer lateral surface of the cylindrical ring-shaped stator.
  • the advantage of this configuration is that, on the one hand, this results in the axially compact structure of the wound stator
  • the rotor has a first magnetically active component arrangement at its front end facing the winding head, in particular selected from the group of permanent magnets and/or energized magnetic coils. This can ensure that the straight conductor parts, which are aligned radially inwards, enable additional torque generation of the rotor in the axial flow direction, which can lead to an improvement in the power density of the stator or the electrical machine.
  • the magnet topology on the rotor can be adapted for this.
  • the rotor is on at least one end face, namely the which faces the radially inwardly set winding head of the stator, has a first magnetically active component arrangement which is different from a second magnetically active component arrangement of the rotor.
  • the first magnetically active component arrangement is designed to be optimized for the winding head that is set radially inwards.
  • the object of the invention can also be achieved by an electrical machine comprising a stator according to one of claims 1-7.
  • the electrical machine has a first winding head on a first end face of the stator and a second winding head on a second end face of the stator, the hairpin conductor or the l-P in- Conductors are set radially inwards for an inner rotor and radially outwards for an outer rotor both in the area of the first winding head and in the area of the second winding head.
  • stator which is designed in the shape of a cylindrical ring and has a plurality of stator teeth, which in the circumferential direction between adjacent stator teeth each define a stator groove which extends in the radial direction and runs through the stator in the axial direction,
  • the hairpin conductors Inserting the hairpin conductors into the stator slots, so that the hairpin conductors have two conductor sections which run parallel in the axial extension and are arranged in the stator slots, each of which is on one end face of the stator two free conductor ends emerge from the stator to form a winding head,
  • stator which is designed in the shape of a cylindrical ring and has a plurality of stator teeth, which in the circumferential direction between adjacent stator teeth each define a stator groove which extends in the radial direction and runs through the stator in the axial direction,
  • the winding head can also be set in the circumferential direction so that a distance is bridged in order to produce the coil width. This circumferential setting can take place before or after the radial setting. The rotor can then be inserted into the wound stator.
  • the second winding head is also set radially inwards.
  • Figure 1 shows an electrical machine in a cross-sectional view
  • Figure 2 shows a wound stator in a perspective axial sectional view
  • Figure 3 shows a detailed view of a winding head cutout and a rotor in a top view
  • Figure 4 shows a detailed view of a winding head cutout in a radially inwardly unrestricted and set state, each in a perspective view
  • Figure 5 shows a motor vehicle with an electric drive train in a schematic block diagram.
  • stator 1 shows a stator 1 for an electrical machine 2 designed as an internally running radial flux machine, in particular within a drive train 3 of a motor vehicle 4, as is also sketched as an example in FIG.
  • the stator 1 is designed in the shape of a cylindrical ring and has a plurality of stator teeth 5, which in the circumferential direction between adjacent stator teeth 5 each define a stator groove 6 which extends in the radial direction and runs in the axial direction through the stator 1, into which a Energized hairpin winding 7, comprising a plurality of hairpin conductors 8 is inserted.
  • the hairpin conductors 8 have two axially parallel conductor sections 9 arranged in the stator slots 6, which emerge from the stator 1 on an end face 14 of the stator 1 with two free conductor ends 10 each, forming a winding head 11, which is particularly good Figure 2 shows.
  • the hairpin conductors 8 are set radially inwards in the area of the winding head 11.
  • Figure 2 shows an embodiment with a hairpin winding 7. It goes without saying that the hairpin winding 7 can also be implemented by an I-pin winding 7. Then the l-P in conductors 8 would each have a conductor section 9 arranged in the axial extent in the stator slots 6, which exits from the stator 1 on an end face 14 of the stator 1 with a free conductor end 10 to form a winding head 11 and the l-P in -Conductor 8 in the area of the winding head 11 is set radially inwards.
  • the free conductor ends 10 point radially inwards to the axis of rotation 12 of a rotor 13 rotatably mounted in the stator 1, which can be clearly seen from FIG. As shown in Figure 2, the free conductor ends 10 are set radially inwards by 85°-95° relative to the conductor sections 9 arranged in the stator slots 6.
  • the free conductor ends 10 are set in a radially offset position.
  • the hairpin conductors 8 protrude beyond the radially inner lateral surface 15 of the cylindrical ring-shaped stator 1.
  • the rotor 13 has a first magnetically active one at its front end 16 facing the winding head 11 Component arrangement 17, in particular selected from the group of permanent magnets and / or energized magnetic coils.
  • a stator 1 which is designed in the shape of a cylindrical ring and has a plurality of stator teeth 5, which in the circumferential direction between adjacent stator teeth 5 each define a stator groove 6 which extends in the radial direction and runs through the stator 1 in the axial direction. Furthermore, a plurality of hairpin conductors 8 are provided, each with two free conductor ends 10, followed by the insertion of the hairpin conductors 8 into the stator slots 6, so that the hairpin conductors 8 have two parallel axial extensions in the stator slots 6 arranged conductor sections 9, which are on one end face
  • the conductor ends 10 are then reshaped in the circumferential direction in order to achieve the desired coil width, so that the winding head 11 is then set in the circumferential direction, as shown in the upper figure of Figure 4.
  • the hairpin conductors 8 are then reshaped so that they are set radially inwards in the area of the winding head 11, as shown in the lower figure in FIG.
  • the rotor 13 can then be axially inserted into the stator 1 from the not yet set end face 28 of the winding head 22, which can also be easily understood using FIG. After inserting the rotor 13, the winding head 22 can then also be entangled in the radial direction.
  • the terms “radial”, “axial”, “tangential” and “circumferential direction” used in this application always refer to the axis of rotation of the rotor.
  • the terms “left”, “right”, “top”, “bottom”, “above” and “below” only serve to clarify which areas of the illustrations are currently being described in the text. The later embodiment of the invention can also be arranged differently. Furthermore, the invention is not limited to the embodiments shown in the figures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1 ) für eine elektrische Maschine (2), insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), wobei der Stator (1 ) zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen (5) aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen (5) jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator (1 ) verlaufende Statornut (6) definieren, in welche eine bestrombare Hairpin-Wicklung (7) umfassend eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern (8) eingelegt ist, wobei die Hairpin-Leiter (8) zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten (6) angeordnete Leiterabschnitte (9) aufweisen, welche an einer Stirnseite (14) des Stators (1 ) mit jeweils zwei freien Leiterenden (10) unter Ausbildung eines Wickelkopfes (11 ) aus dem Stator (1 ) austreten, wobei die Hairpin-Leiter (8) im Bereich des Wickelkopfes (11 ) radial nach innen geschränkt sind.

Description

Stator, elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung eines Stators
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Stator zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut definieren, in welche eine bestrombare Hairpin- Wicklung umfassend eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern eingelegt ist, wobei die Hairpin-Leiter im Fall von Radialflussmaschinen zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten angeordnete Leiterabschnitte aufweisen, welche an einer Stirnseite des Stators mit jeweils zwei freien Leiterenden unter Ausbildung eines Wickelkopfes aus dem Stator austreten. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine und Ein Verfahren zur Herstellung eines Stators.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 63. Jahrgang, 05/20 6, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2- Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen bezeichnet. Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
Für die Entwicklung von elektrischen Maschinen, insbesondere von elektrischen Maschinen für die oben erwähnten hybrid oder vollelektrisch betreibbaren Kraftfahrzeuge oder auch für Radnabenantriebe, sind grundsätzlich verschiedene Wicklungstechnologien für einen Stator einer elektrischen Maschine bekannt.
Bei elektrischen Maschinen, die einen Stator mit einem hohlzylindrischen Stator aufweisen, also als Innenläufermaschine ausgebildet sind, und die für eine Anwendung als Traktionsantrieb eines Kraftfahrzeugs konfiguriert sind, weisen oftmals eine Statorwicklung mit einem rechteckigen Querschnitt auf, um den eine hohe Leistungsdichte zu erreichen. Bei elektrischen Maschinen, welche für den Antrieb von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, werden die Statorwicklungen daher typischerweise als Hairpin-Wicklungen ausgebildet. Hierbei werden beispielsweise im Wesentlichen U-förmige Drahtsegmente von einer Stirnseite des Stators aus in die Statornuten eingebracht und dann an einer gegenüberliegenden Stirnseite des Stators umgeformt und beispielsweise durch Schweißen verbunden.
Es besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, derartige elektrische Maschinen aufgrund der üblicherweise knappen Bauraumsituation in Kraftfahrzeugen besonders kompakt bauend bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte auszuführen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, bereitzustellen, der einen besonders kompakten Aufbau und eine hohe Leistungsdichte aufweist.
Es ist ferner die Aufgabe, eine entsprechend kompakt bauende elektrische Maschine zu realisieren. Auch ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines kompakt bauenden Stators anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Stator zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut definieren, in welche eine bestrombare Hairpin- Wicklung umfassend eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern eingelegt ist, wobei die Hairpin-Leiter zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten angeordnete Leiterabschnitte aufweisen, welche an einer Stirnseite des Stators mit jeweils zwei freien Leiterenden unter Ausbildung eines Wickelkopfes aus dem Stator austreten, wobei die Hairpin-Leiter im Bereich des Wickelkopfes für einen Innenläufer radial nach innen geschränkt sind. Für einen Außenläufer kann der Bereich des Wickelkopfes nach außen geschränkt werden. In beiden Varianten wird der aus dem Stator herausragende Wickelkopf also in Richtung des Rotors geschränkt.
Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst sein durch einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Stator zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut definieren, in welche eine bestrombare I-Pin-Wicklung umfassend eine Mehrzahl von I-Pin- Leitern eingelegt ist, wobei die I-Pin-Leiter jeweils einen in axialer Erstreckung in den Statornuten angeordneten Leiterabschnitt aufweisen, welcher an einer Stirnseite des Stators mit jeweils einem freien Leiterende unter Ausbildung eines Wickelkopfes aus dem Stator austreten, wobei die I-Pin-Leiter im Bereich des Wickelkopfes für einen Innenläufer radial nach innen und für einen Außenläufer radial nach außen geschränkt sind. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass der Stator durch den radial nach innen geschränkten Wickelkopf ein axial besonders kompaktes Baumaß realisieren kann. Der so geformten Wickelkopf nutzt also vorhandenen Bauraum aus dem Statorinnendurchmesser und reduziert somit die benötigte Wickelkopfhöhe des Stators.
Ferner können in bevorzugter Weise die geraden Leiteranteile, welche radial nach innen geschränkt ausgerichtet sind, genutzt werden, um eine zusätzliche Momentenbildung des Rotors in Axialflussrichtung zu ermöglichen. Die Magnettopologie auf dem Rotor kann dafür angepasst werden. Dies wird später noch näher erläutert.
Das axiale Maß des Wickelkopfes ist durch die gewählte Topologie auch unabhängig von der eigentlichen Spulenweite, weswegen auch Wicklungen mit geringer Polpaarzahl umgesetzt werden können, ohne eine axiale Erhöhung des Wickelkopfes zu benötigen.
Es werden ferner Freiheitsgrade im Wickelschema unabhängig vom axialen Bauraum ermöglicht, beispielsweise wenn das Wickelschema eine Kreuzung von benachbarten Drähten benötigt, führt dies typischerweise zu einer lokalen axialen Erhöhung durch Sonderpins oder Sonderschränkwinkel. Durch das radiale nach Außen schränken können am Zahnkopf einfacher Kühlkanäle in die Nuten integriert werden, da typischerweise die gesamte Nutfläche mit dem Wickelkopf überdeckt wird (Auffächerung).
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Der erfindungsgemäße Stator ist zur Verwendung in einer elektrischen Maschine vorgesehen. Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel den als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Der Stator kann insbesondere durch eine Leistungselektronik bestrombar sein. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an Stator steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B.
Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf.
Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 W zu steuern oder regeln. Die Leistungselektronik ist bevorzugt über einen HV-Terminal (HV= Hoch volt) mit der Statorwicklung des Stators verbunden.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Der erfindungsgemäße Stator kann bevorzugt für eine Radialflussmaschine konfiguriert sein. Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch bzw. zylinderringförmig aufgebaut und besteht in der Regel aus einem Statorkörper, der durch gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen gebildet ist. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Statornuten eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin, können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.
Der Statorkörper ist bevorzugt einteilig ausgebildet. Ein einteiliger Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass der gesamte Statorkörper umfänglich gesehen einteilig ausgebildet ist. Der Statorkörper ist dabei in der Regel aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet, wobei jedes der Elektrobleche zu einem Kreisring geschlossen ausgebildet ist. Die Einzelbleche können in dem Statorkörper beispielsweise durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten werden.
In dem Statorkörper sind bevorzugt die Statorzähne des Stators ausgebildet. Als Statorzähne werden Bestanteile des Statorkörpers bezeichnet, die als umfänglich beabstandete, zahnartig radial nach innen (Innenläufer) oder radial nach außen (Außenläufer) gerichtete Teile des Statorkörpers ausgebildet sind und zwischen deren freien Enden und einem Rotorkörper ein Luftspalt für das Magnetfeld und für die rotative Bewegung des Rotors gebildet ist. Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende unmagnetische Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das beispielsweise ein im Wesentlichen kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.
In den Statornuten des erfindungsgemäßen Stators ist eine Statorwicklung eingelassen. Eine Statorwicklung umfasst elektrisch leitfähige Leiter, deren Längenerstreckung wesentlich größer ist als ihr Durchmesser. Die Statorwicklung kann grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind rechteckige Querschnittsformen, da sich mit diesen hohe Packungs- und folglich Leistungsdichten erzielen lassen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Statorwicklung aus Kupfer gebildet. Erfindungsgemäß ist die Statorwicklung als eine Hairpin-Wicklung oder eine I-Pin-Wicklung ausgebildet.
Eine Hairpin-Wicklung gehört zu der Gruppe der Steckspulen-Wicklungen. Sie umfasst üblicherweise eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern, die auch kurz als Hairpins bezeichnet werden, welche aus U-förmig gebogenen, bevorzugt lackierten Kupferflachdrähten gebildet werden und in ihrer Geometrie an Haarnadeln erinnern.
Eine I-Pin-Wicklung gehört ebenfalls zu der Gruppe der Steckspulen-Wicklungen. Sie umfasst üblicherweise eine Mehrzahl von I-Pin-Leitern, welche in der Regel aus geradlinigen Kupferflachdrahtelementen, die in die Statornuten eingesetzt werden, bestehen. Bevorzugt können die I-Pin-Leiter von einer ström isolierenden Lackschicht umschlossen sein.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die freien Leiterenden radial zur Drehachse eines gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotors weisen. Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Verschaltung der freien Drahtenden auf besonders ökonomische Weise erfolgen kann Die notwendigen Strecken zur Verschaltung von benachbarten Spulen bzw. Spulengruppen sind auch durch den kleineren Radius reduziert, wodurch sich ein geringerer elektrischer Widerstand der Verschaltelemente ergibt. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die freien Leiterenden gegenüber den in den Statornuten angeordneten Leiterabschnitten um 85°-95° für einen Innenläufer radial nach innen und für einen Außenläufer radial nach außen geschränkt sind, wodurch sich zum einen eine besonders hohe Bauraumreduktion des bewickelten Stators erzielen lässt und zum anderen die freien Leiterenden besonders schwingungsarm ausgerichtet sind. Durch eine Variation des Winkels zwischen den Lagen lassen sich ferner auch unterschiedliche Luft- und Kriechstrecken zwischen den Lagen realisieren, ohne dass diese 1 :1 zu einer Erhöhung im axialen Bauraum führen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die freien Leiterenden lageweise radial versetzt geschränkt sind. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass die kreisringförmigen Lagen mit ihren unterschiedlichen Durchmessern fertigungstechnisch besonders günstig elektrisch kontaktierbar sind. Durch das Kontaktieren auf verschiedenen nach innen geneigten Schränkwinkel lässt sich des Weiteren auch mehr Bauraum für Schweißvorrichtungen generieren.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Hairpin-Leiter über die radial innere oder äußere Mantelfläche des zylinderringförmigen Stators hervorstehen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass sich hierdurch zum einen der axial kompakte Aufbau des bewickelten Stators
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Rotor an seinen dem Wickelkopf zugewandten stirnseitigen Ende eine erste magnetisch aktive Komponentenanordnung aufweist, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe der Permanentmagnete und/oder der bestrombaren Magnetspulen. Hierdurch kann erreicht werden, dass die geraden Leiteranteile, welche radial nach innen geschränkt ausgerichtet sind, eine zusätzliche Momentenbildung des Rotors in Axialflussrichtung ermöglichen, was zu einer Verbesserung der Leistungsdichte des Stators bzw. der elektrischen Maschine führen kann. Die Magnettopologie auf dem Rotor kann dafür angepasst werden. Dies bedeutet, dass der Rotor an wenigsten einer Stirnseite, nämlich der die dem radial nach innen geschränkten Wickelkopf des Stators zugewandt ist, eine erste magnetisch aktive Komponentenanordnung aufweist, die von einer zweiten magnetisch aktiven Komponentenanordnung des Rotors verschieden ist. Dabei ist die erste magnetisch aktive Komponentenanordnung für den radial nach innen geschränkten Wickelkopf optimiert ausgeführt.
Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst werden durch eine elektrische Maschine umfassend einen Stator nach einem der Ansprüche 1-7. Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine einen ersten Wickelkopf an einer ersten Stirnseite des Stators und einen zweiten Wickelkopf an einer zweiten Stirnseite des Stators aufweist, wobei die Hairpin-Leiter oder die l-P in-Leiter sowohl im Bereich des ersten Wickelkopfes als auch im Bereich des zweiten Wickelkopfes für einen Innenläufer radial nach innen und für einen Außenläufer radial nach außen geschränkt sind . Hierdurch kann eine weitere Optimierung eines axialen kompakten Aufbaus der elektrischen Maschine erreicht werden.
Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch in vorteilhafter Weise gelöst werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine, umfassend die folgenden Schritte:
• Bereitstellung eines Stators, der zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut definieren,
Bereitstellung einer Mehrzahl von Hairpin-Leitern mit jeweils zwei freien Leiterenden,
Einlegen der Hairpin-Leiter in die Statornuten, so dass die Hairpin-Leiter zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten angeordnete Leiterabschnitte aufweisen, welche an einer Stirnseite des Stators mit jeweils zwei freien Leiterenden unter Ausbildung eines Wickelkopfes aus dem Stator austreten,
• Umformen der Hairpin-Leiter, so dass diese im Bereich des Wickelkopfes für einen Innenläufer radial nach innen und für einen Außenläufer radial nach außen geschränkt sind, oder
• Bereitstellung eines Stators, der zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut definieren,
• Bereitstellung einer Mehrzahl von I-Pin-Leitern mit jeweils einem freien Leiterende,
• Einlegen der I-Pin-Leiter in die Statornuten, so dass die l-pin-Leiter in axialer Erstreckung jeweils einen in den Statornuten angeordneten Leiterabschnitt aufweisen, welche an einer Stirnseite des Stators mit jeweils einem freien Leiterende unter Ausbildung eines Wickelkopfes aus dem Stator austreten.
• Umformen der I-Pin-Leiter, so dass diese im Bereich des Wickelkopfes für einen Innenläufer radial nach innen und für einen Außenläufer radial nach außen geschränkt sind.
Der Wickelkopf kann auch in Umfangsrichtung geschränkt sein, sodass eine Distanz überbrückt wird, um die Spulenweite herzustellen. Dieses Schränken in Umfangsrichtung kann vor oder nach dem radialen Schränken erfolgen. Nachfolgend kann dann der Rotor in den bewickelten Stator eingesetzt werden.
Höchst bevorzugt wird nach dem Einsetzten des Rotors auch der zweite Wickelkopf radial nach innen geschränkt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 eine elektrische Maschine in einer Querschnittsansicht,
Figur 2 einen bewickeltet Stator in einer perspektivischen Axialschnittdarstellung,
Figur 3 eine Detailansicht auf einen Wickelkopfausschnitt und einen Rotor in einer Aufsicht
Figur 4 eine Detailansicht auf einen Wickelkopfausschnitt in radial nach innen ungeschränktem und geschränktem Zustand in jeweils einer perspektivischen Darstellung
Figur 5 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
Die Figur 1 zeigt einen Stator 1 für eine als innenlaufende Radialflussmaschine ausgeführten elektrischen Maschine 2, insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs 3 eines Kraftfahrzeugs 4, wie es auch exemplarisch in der Figur 5 skizziert ist.
Der Stator 1 ist zylinderringförmig ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Statorzähnen 5 auf, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen 5 jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator 1 verlaufende Statornut 6 definieren, in welche eine bestrombare Hairpin-Wicklung 7, umfassend eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern 8 eingelegt ist. Die Hairpin-Leiter 8 besitzen zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten 6 angeordnete Leiterabschnitte 9, welche an einer Stirnseite 14 des Stators 1 mit jeweils zwei freien Leiterenden 10 unter Ausbildung eines Wickelkopfes 11 aus dem Stator 1 austreten, was insbesondere gut aus der Figur 2 hervorgeht. Die Hairpin-Leiter 8 sind im Bereich des Wickelkopfes 11 radial nach innen geschränkt.
Die Figur 2 zeigt eine Ausführungsform mit einer Hairpin-Wicklung 7. Es versteht sich, dass die Hairpin-Wicklung 7 auch durch eine I-Pin-Wicklung 7 ausgeführt sein kann. Dann würden die l-P in-Leiter 8 jeweils einen in axialer Erstreckung in den Statornuten 6 angeordneten Leiterabschnitt 9 aufweisen, welcher an einer Stirnseite 14 des Stators 1 mit jeweils einem freien Leiterende 10 unter Ausbildung eines Wickelkopfes 11 aus dem Stator 1 austreten und die l-P in-Leiter 8 im Bereich des Wickelkopfes 11 radial nach innen geschränkt sind.
Die freien Leiterenden 10 weisen radial nach innen zur Drehachse 12 eines in dem Stator 1 drehbar gelagerten Rotors 13, was sich gut anhand der Figur 3 erkennen lässt. Wie in der Figur 2 dargestellt, sind die freien Leiterenden 10 gegenüber den in den Statornuten 6 angeordneten Leiterabschnitten 9 um 85°-95° radial nach innen geschränkt.
Wie in der Figur 2 und der Figur 4 gezeigt, sind die freien Leiterenden 10 lageweise radial versetzt geschränkt. Dabei stehen die Hairpin-Leiter 8 über die radial innere Mantelfläche 15 des zylinderringförmigen Stators 1 hervor.
In der gezeigten Ausführungsform der Figur 2 sind insgesamt drei kreisringförmige, axial sowie radial zueinander versetzte Lagen mit ihren unterschiedlichen Durchmessern gezeigt, wobei die axial der Stirnseite 14 am nächstliegende Lage den kleinsten Durchmesser aufweist.
Wie in der Figur 3 gezeigt, weist der Rotor 13 an seinen dem Wickelkopf 11 zugewandten stirnseitigen Ende 16 eine erste magnetisch aktive Komponentenanordnung 17 auf, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe der Permanentmagnete und/oder der bestrombaren Magnetspulen.
Hierdurch kann erreicht werden, dass die geraden Leiteranteile, welche radial nach innen geschränkt ausgerichtet sind, eine zusätzliche Momentenbildung des Rotors
13 in Axialflussrichtung ermöglichen, was zu einer Verbesserung der Leistungsdichte des Stators 1 bzw. der elektrischen Maschine 2 führen kann.
Ein Verfahren zur Herstellung des Stators 1 für eine elektrische Maschine 2, wird anhand der Figur 4 näher erläutert. Zunächst erfolgt eine Bereitstellung eines Stators 1 , der zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen 5 aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen 5 jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator 1 verlaufende Statornut 6 definieren. Ferner erfolgt die Bereitstellung einer Mehrzahl von Hairpin-Leitern 8 mit jeweils zwei freien Leiterenden 10, gefolgt von dem Einlegen der Hairpin-Leiter 8 in die Statornuten 6, so dass die Hairpin-Leiter 8 zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten 6 angeordnete Leiterabschnitte 9 aufweisen, welche an einer Stirnseite
14 des Stators 1 mit jeweils zwei freien Leiterenden 10 unter Ausbildung eines Wickelkopfes 11 aus dem Stator 1 austreten.
Hiernach wird ein Umformen der Leiterenden 10 in Umfangsrichtung durchgeführt, um die jeweils gewünschte Spulenweite zu realisieren, so dass der Wickelkopf 11 dann in Umfangsrichtung geschränkt ist, so wie es in der oberen Abbildung der Figur 4 gezeigt ist.
In diesem Zustand wird dann das Umformen der Hairpin-Leiter 8 veranlasst, so dass diese im Bereich des Wickelkopfes 11 radial nach innen geschränkt sind, so wie es in der unteren Abbildung der Figur 4 gezeigt ist.
In diesem Fertigungszustand kann dann der Rotor 13 in den Stator 1 von der noch nicht geschränkten Stirnseite 28 des Wickelkopfes 22 axial eingeschoben werden, was sich auch gut anhand der Figur 2 nachvollziehen lässt. Nach dem Einsetzen des Rotors 13 kann dann auch die Verschränkung des Wickelkopfes 22 in radialer Richtung erfolgen. Die in dieser Anmeldung benutzten Begriffe „radial“, „axial“, „tangential“ und „Umfangsrichtung“ beziehen sich immer auf die Rotationsachse des Rotors. Die Begriffe „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „oberhalb“ und „unterhalb“ dienen hier nur dazu, um zu verdeutlichen, welche Bereiche der Abbildungen gerade im Text beschrieben werden. Die spätere Ausführung der Erfindung kann auch anders angeordnet werden. Die Erfindung ist ferner nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezuqszeichenliste
1 Stator
2 elektrische Maschine
3 Antriebsstrang
4 Kraftfahrzeug
5 Statorzähnen
6 Statornut
7 Hairpin-Wicklung
8 Hairpin-Leitern
9 Leiterabschnitte
10 Leiterenden
11 Wickelkopfes
12 Drehachse
13 Rotors
14 Stirnseite
15 Mantelfläche
16 Ende
17 Komponentenanordnung
22 Wickelkopf
28 Stirnseite

Claims

Ansprüche Stator (1 ) für eine elektrische Maschine (2), insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), wobei der Stator (1 ) zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen (5) aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen (5) jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator (1 ) verlaufende Statornut (6) definieren, in welche eine bestrombare Hairpin-Wicklung (7) umfassend eine Mehrzahl von Hairpin-Leitern (8) eingelegt ist, wobei die Hairpin-Leiter (8) zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten (6) angeordnete Leiterabschnitte (9) aufweisen, welche an einer Stirnseite (14) des Stators (1 ) mit jeweils zwei freien Leiterenden (10) unter Ausbildung eines Wickelkopfes (11 ) aus dem Stator (1 ) austreten, dadurch gekennzeichnet, dass die Hairpin-Leiter (8) im Bereich des Wickelkopfes (11 ) für einen Innenläufer radial nach innen und für einen Außenläufer radial nach außen geschränkt sind. Stator (1 ) für eine elektrische Maschine
(2), insbesondere innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), wobei der Stator (1 ) zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen (5) aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen (5) jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator (1 ) verlaufende Statornut (6) definieren, in welche eine bestrombare I-Pin-Wicklung (7) umfassend eine Mehrzahl von I-Pin- Leitern (8) eingelegt ist, wobei die I-Pin-Leiter (8) jeweils einen in axialer Erstreckung in den Statornuten (6) angeordneten Leiterabschnitt (9) aufweisen, welcher an einer Stirnseite (14) des Stators (1 ) mit jeweils einem freien Leiterende (10) unter Ausbildung eines Wickelkopfes (11 ) aus dem Stator (1 ) austreten, dadurch gekennzeichnet, dass die I-Pin-Leiter (8) im Bereich des Wickelkopfes (11 ) für einen Innenläufer radial nach innen und für einen Außenläufer radial nach außen geschränkt sind.
3. Stator (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Leiterenden (10) radial zur Drehachse (12) eines gegenüber dem Stator (1 ) drehbar gelagerten Rotors (13) weisen.
4. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Leiterenden (10) gegenüber den in den Statornuten (6) angeordneten Leiterabschnitten (9) um 85°-95° für einen Innenläufer radial nach innen und für einen Außenläufer radial nach außen geschränkt sind.
5. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Leiterenden (10) lageweise radial versetzt geschränkt sind.
6. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hairpin-Leiter (8) über die radial innere oder äußere Mantelfläche (15) des zylinderringförmigen Stators (1 ) hervorstehen.
7. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (13) an seinen dem Wickelkopf (11 ) zugewandten stirnseitigen Ende (16) eine erste magnetisch aktive Komponentenanordnung (17) aufweist, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe der Permanentmagnete und/oder der bestrombaren Magnetspulen.
8. Elektrische Maschine (2) umfassend einen Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 -7
9. Elektrische Maschine (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2) einen ersten Wickelkopf (11 ) an einer ersten Stirnseite (14) des Stators (1 ) und einen zweiten Wickelkopf (22) an einer zweiten Stirnseite (28) des Stators (1 ) aufweist, wobei die Hairpin-Leiter (8) oder die I-Pin-Leiter (8) sowohl im Bereich des ersten Wickelkopfes (11 ) als auch im Bereich des zweiten Wickelkopfes (22) für einen Innenläufer radial nach innen und für einen Außenläufer radial nach außen geschränkt sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1 ) für eine elektrische Maschine (2), umfassend die folgenden Schritte:
• Bereitstellung eines Stators (1 ), der zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen (5) aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen (5) jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator (1) verlaufende Statornut (6) definieren,
• Bereitstellung einer Mehrzahl von Hairpin-Leitern (8) mit jeweils zwei freien Leiterenden (10),
Einlegen der Hairpin-Leiter (8) in die Statornuten (6), so dass die Hairpin- Leiter (8) zwei in axialer Erstreckung parallel verlaufende, in den Statornuten (6) angeordnete Leiterabschnitte (9) aufweisen, welche an einer Stirnseite (14) des Stators (1 ) mit jeweils zwei freien Leiterenden (10) unter Ausbildung eines Wickelkopfes (11 ) aus dem Stator (1 ) austreten,
• Umformen der Hairpin-Leiter (8), so dass diese im Bereich des Wickelkopfes (11 ) für einen Innenläufer radial nach innen und für einen Außenläufer radial nach außen geschränkt sind, oder
• Bereitstellung eines Stators (1 ), der zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen (5) aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen (5) jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator (1 ) verlaufende Statornut (6) definieren,
• Bereitstellung einer Mehrzahl von I-Pin-Leitern (8) mit jeweils einem freien Leiterende (10),
• Einlegen der I-Pin-Leiter (8) in die Statornuten (6), so dass die l-pin-Leiter (8) in axialer Erstreckung jeweils einen in den Statornuten (6) angeordneten Leiterabschnitt (9) aufweisen, welche an einer Stirnseite (14) des Stators (1 ) mit jeweils einem freien Leiterende (10) unter Ausbildung eines Wickelkopfes (11 ) aus dem Stator (1 ) austreten,
Umformen der I-Pin-Leiter (8), so dass diese im Bereich des Wickelkopfes (11 ) für einen Innenläufer radial nach innen und für einen Außenläufer radial nach außen geschränkt sind.
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