Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Rotationsmaschine, eine damit ausgestattete elektrische Rotationsmaschine und eine Getriebemotoreinheit mit der elektrischen Rotationsmaschine.

Aus dem Stand der Technik sind in vielen industriellen Anwendungen elektrische Antriebsmaschinen bekannt, die auch zunehmend in der Automobilindustrie ihre Anwendung finden. Eine solche Maschine umfasst einen Stator und einen diesbezüglich drehbaren Rotor. Der Rotor umfasst üblicherweise eine Rotorwelle, Wuchtbleche, Rotorblechpakete und Magnete.

Insbesondere für die Anwendung in elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen besteht die Anforderung, die erforderliche Leistung in einem verfügbaren Bauraum zu realisieren. Entsprechend ist die elektrische Rotationsmaschine als axial sehr kompakte Radialflussmaschine oder auch als Axialflussmaschine auszuführen. Dabei ist zudem der benötigte Bauraum für eine der jeweiligen elektrischen Rotationsmaschine zuzuordnende Leistungselektronik zu beachten.

Zur Reduzierung der Eisenverluste im Stator werden meist nicht-kornorientierte Elektrobleche hoher Güte mit sehr geringen Blechdicken verwendet. Lässt die Maschinentopologie es zu, können auch kornorientierte Elektrobleche zum Einsatz kommen, die üblicherweise Verluste weiter minimieren.

Derartige Elektrobleche werden häufig in statorjochlosen Axialflussmaschinen genutzt. Hier kann jedoch die Führung des magnetischen Flusses vom Luftspalt in den Statorzahn ebenfalls Verluste bewirken. Bei elektrischen Rotationsmaschinen mit nicht-korn- orientierten Elektroblechen werden zum Teil trichterförmige Zahngeometrien aus demselben Material wie die Elektrobleche eingesetzt. Bei Verwendung von kornorientier- ten Elektroblechen werden stellenweise Polschuhe genutzt, welche aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff gefertigt sind und an dem Blechpaket angeordnet sind. Die hinsichtlich der Flussführung schlechteren Eigenschaften des weichmagnetischen Verbundwerkstoffs werden akzeptiert, da die Gesamtverluste, die sich aus einer Kombination von kornorientierten Elektroblechen und weichmagnetischem Verbundwerkstoff ergeben, geringer sind als die Ausbildung des Blechpakets aus nicht- kornorientierten Elektroblechen.

Die DE 10 2020 101 149 A1 offenbart eine Axialflussmaschine, vorzugsweise für einen Antriebsstrang eines rein elektrisch oder hybridisch angetriebenen Kraftfahrzeuges, mit einem ringförmigen Stator und zwei relativ zu dem Stator um eine gemeinsame Drehachse verdrehbar gelagerten Rotorelementen, wobei ein erstes Rotorelement axial entlang der Drehachse neben einer ersten axialen Stirnseite des Stators angeordnet ist und ein zweites Rotorelement axial neben einer zweiten axialen Stirnseite des Stators angeordnet ist, und wobei der Stator mehrere, in einer Umfangsrichtung einer um die Drehachse herum verlaufenden Kreislinie verteilt angeordnete Statorkerne aufweist. Die Statorkerne weisen entlang der Umfangsrichtung neben dem Blechpaket angeordnete Polschuhe auf.

DE 10 2015 223 766 A1 lehrt eine elektrische Maschine in Form eines Axialflussmotors, mit einem um eine Maschinenachse drehbar gelagerten Rotor, und mit einem Stator, der eine gesinterte Trägerstruktur und einen daran angebundenen Einsatz aufweist, der zumindest teilweise einen Polschuh bildet, und der ein Blechpaket umfasst.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stator sowie eine damit ausgestattete elektrische Rotationsmaschine zur Verfügung zu stellen, die in einfacher konstruktiver Ausgestaltung einen langlebigen Betrieb mit hoher Effizienz gewährleisten.

Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Stator nach Anspruch 1 sowie durch die elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Stators sind in den Unteransprüchen 2-7 angegeben. Ergänzend wird eine Getriebemotoreinheit gemäß Anspruch 9 zur Verfügung gestellt. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.

Die Formulierungen „axial“, „radial“ und „in Umfangsrichtung“ beziehen sich im Folgenden auf die Rotationsachse einer mit dem Stator ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine.

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend mehrere Statorzähne, von denen mindestens ein Statorzahn ein Blechpaket umfasst und an wenigstens einer einem Rotor einer den Stator umfassenden elektrischen Rotationsmaschine zugewandten Seite des Blechpakets zumindest ein den Luftspalt zwischen Rotor und Statorzahn begrenzender Polschuh angeordnet ist, der zumindest bereichsweise aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff gebildet ist. Der Polschuh ist zwischen seiner dem Luftspalt zugewandten Seite und seiner dem Blechpaket zugewandten Seite an wenigstens einer den Polschuh entlang der Umfangsrichtung begrenzenden Seite durch eine schräg verlaufende Fläche begrenzt, wobei der Querschnitt des Polschuhs an der dem Luftspalt zugewandten Seite größer ist als an der dem Blechpaket zugewandten Seite.

Die schräg verlaufende Fläche kann dabei gegebenenfalls in geringfügigem Maße weitere Formelemente, wie z.B. Unebenheiten aufweisen, so dass sie eine im Wesentlichen schräg verlaufende Fläche ist.

Der genannte Querschnitt ist dabei ein Schnitt, der parallel zur Rotationsachse eines Rotors einer den Stator umfassenden elektrischen Rotationsmaschine und senkrecht zu den Ebenen der Bleche des Blechpakets verläuft, wenn diese im Wesentlichen radial bezüglich der Rotationsachse ausgerichtet sind. Insofern der Stator für eine statorjochlose Anordnung von Rotoren einer Axialflussmaschine eingerichtet ist - also für eine sogenannte H-Anordnung - weist der Statorzahn zwei axial einander gegenüberliegende Seiten auf. Ein jeweiliger Statorzahn ist von einem Blechpaket ausgebildet und ist am Umfang durch Nuten sowie in den Nuten platzierten Wicklungen von einem benachbarten Statorzahn getrennt. Der Polschuh erstreckt sich vom Blechpaket ausgehend in Richtung auf den Luftspalt bzw. die Position des Rotors. Der Polschuh befindet sich in einer Ausführungsform somit ausschließlich zwischen Luftspalt und Blechpaket, und nicht entlang der Umfangsrichtung neben dem Blechpaket.

Der Polschuh ist ein Bauteil aus einem Material mit hoher Permeabilität und dient dazu, die magnetischen Feldlinien in einer definierten Form heraustreten zu lassen und zu verteilen.

Gemäß der Erfindung ist die Polschuhgeometrie so optimiert, dass neben einer optimalen Flussführung auch eine Abschirmung von Oberwellen-behafteten Feldern erreicht wird.

In einer Ausführungsform des Stators ist vorgesehen, dass der Stator der Stator einer Axialflussmaschine ist, sodass der Polschuh an einer axialen Seite des Blechpakets angeordnet ist. Der Polschuh ist zwischen seiner dem Luftspalt zugewandten Seite und seiner dem Blechpaket zugewandten Seite an wenigstens einer den Statorzahn radial begrenzenden Seite durch eine schräg verlaufende Fläche begrenzt, wobei der Querschnitt des Polschuhs an der dem Luftspalt zugewandten Seite größer ist als an der dem Blechpaket zugewandten Seite.

Der hier bezeichnete Querschnitt verläuft in einem Schnitt parallel zur Rotationsachse eines Rotors einer den Stator umfassenden elektrischen Rotationsmaschine und parallel zu den Ebenen der Bleche des Blechpakets, wenn diese im Wesentlichen radial bezüglich der Rotationsachse ausgerichtet sind.

Die Bleche des Blechpakets können dabei kornorientierte Elektrobleche sein. Das bedeutet, dass die Elektrobleche aus einem kornorientiertem Eisenmaterial hergestellte Elektrobleche sind. Alternativ ist vorgesehen, dass die Bleche des Blechpakets nicht-kornorientierte Elektrobleche sind. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Effizienzsteigerung bei Maschinentopologien, die den Einsatz von kornorientiertem Elektroblech nicht zulassen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Stators sieht vor, dass sich die schräg verlaufende Fläche bis zu maximal 60% der zwischen Blechpaket und Luftspalt definierten Höhe des Polschuhs erstreckt. Entsprechend sieht diese Ausführungsform des Stators vor, dass der Polschuh neben seiner jeweiligen schräg verlaufenden Fläche noch eine weitere Begrenzungsfläche aufweist, die an die schräg verlaufende Fläche anschließt und die den Polschuh entlang der Umfangsrichtung bzw. radial begrenzt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass sich die schräge Fläche bis mindestens 40% der zwischen Blechpaket und Luftspalt definierten Höhe des Polschuhs erstreckt.

Des Weiteren kann der Stator je Statorzahn wenigstens eine Wicklung umfassen, die den jeweiligen Statorzahn umschlingt, wobei der Polschuh entlang der Umfangsrichtung wenigstens einen Vorsprung ausbildet, der die Wicklung axial bereichsweise überdeckt und sich entlang der Umfangsrichtung bis wenigstens 50 % des maximalen Abstandes der Wicklung vom Blechpaket erstreckt. Das bedeutet, dass der Vorsprung sich in Richtung auf den benachbarten Statorzahn erstreckt.

Zudem kann der Stator je Statorzahn wenigstens eine Wicklung umfassen, die den jeweiligen Statorzahn umschlingt, wobei der Polschuh entlang der Umfangsrichtung wenigstens einen Vorsprung ausbildet, der die Wicklung axial bereichsweise überdeckt und sich entlang der Umfangsrichtung bis zu 100 % des maximalen Abstandes der Wicklung vom Blechpaket erstreckt. Die dem Blechpaket zugewandte Seite des Vorsprungs weist dabei an wenigstens einer Seite eine schräg verlaufende Fläche auf.

Die schräg verlaufende Fläche kann sich im Wesentlichen an das Blechpaket anschließen. Geringfügige Abweichungen von dieser Ausgestaltung, die in einem Absatz zwischen der schrägen Fläche und der Außenseite des Blechpakets resultieren, sind in dieser Ausführungsform unerheblich. So können bei beidseitig des Blechpakets vorhandenen Polschuhen die in Bezug zum Blechpaket inneren Begrenzungskanten der schrägen Flächen einen Abstand zueinander aufweisen, der 90 % bis 110 % der Breite des Blechpakets entspricht.

Der erfindungsgemäße Stator kann ein Stator einer Axialflussmaschine sein, sodass der Polschuh an einer axialen Seite des Blechpakets angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist entsprechend vorgesehen, dass der Polschuh zumindest an einer radial verlaufenden Kante eine schräg verlaufende Fläche aufweist, deren Ebene neben der generellen radialen Erstreckung mit jeweils einer Richtungskomponente in Umfangsrichtung sowie in axialer Richtung orientiert ist und an der der Wicklung zugewandten Seite ausgebildet ist.

Des Weiteren kann dieser Polschuh auch an einer radial begrenzenden Seite eine solche schräg verlaufende Fläche aufweisen.

In alternativer Ausführungsform ist der Stator ein Stator einer Radialflussmaschine, sodass der Polschuh an einer radialen Seite des Blechpakets angeordnet ist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Rotationsmaschine mit einem erfindungsgemäßen Stator gemäß der vorliegenden Erfindung sowie einen Rotor, der am Luftspalt gegenüber dem Stator angeordnet ist. Diese elektrische Rotationsmaschine kann eine Axialflussmaschine oder auch eine Radialflussmaschine sein. Im Fall der Ausbildung einer Axialflussmaschine kann diese eine statorjochlose Ausführung - eine sogenannte H-Anordnung - aufweisen, bei der axial zentral der Stator angeordnet ist und axial beidseitig des Stators je ein Rotor drehbar angeordnet ist.

Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Polschuhgeometrie mit der materialtechnischen Unterteilung des Statorzahns in Blechpaket und Polschuh kann die Effizienz der damit ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine gesteigert werden, denn das Elektroblech reduziert die Leistungsverluste und den magnetischen Widerstand, lässt jedoch nur eine eindimensionale Flussführung zu. Der weichmagnetische Verbundwerkstoff ermöglicht eine dreidimensionale Flussführung bei geringen Wirbelstromverlusten, welche insbesondere bei oberwellenbehafteten Feldern dominant sind, und lässt darüber hinaus komplexere Geometrien in der Fertigung zu.

Entsprechend verringert die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Polschuhs unerwünschte Streuflüsse und behebt durch die abschirmende Wirkung das Hauptproblem des herkömmlichen zweigeteilten Stators aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff und Elektroblechen.

Durch die schräg verlaufende Fläche wird zudem Oberfläche zur Verfügung gestellt, welche bei einer direkten Nutkühlung zusätzliche Konvektion an einer thermisch kritischen Stelle ermöglicht.

Durch die Erfindung wird zudem eine Getriebemotoreinheit zur Verfügung gestellt, welche wenigstens eine erfindungsgemäße elektrische Rotationsmaschine sowie wenigstens ein Getriebe aufweist, dessen Getriebeeingangswelle mit einer Rotorwelle der elektrischen Rotationsmaschine gekoppelt oder koppelbar ist.

Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in

Fig. 1 : eine erfindungsgemäße elektrische Rotationsmaschine in teilweiser Schnittansicht von der Seite, und

Fig. 2: die erfindungsgemäße elektrische Rotationsmaschine in einer weiteren teilweisen Schnittdarstellung.

Figuren 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäß ausgestaltete elektrische Rotationsmaschine 1 in unterschiedlichen Ansichten, wobei Figur 1 einen Teilschnitt der elektrischen Rotationsmaschine 1 oberhalb der Rotationsachse zeigt, und Figur 2 einen Teilschnitt elektrischen Rotationsmaschine 1 in einem Schnitt zeigt, der senkrecht zu dem Schnittverlauf der Figur 1 verläuft. Im Folgenden wird die Erläuterung der elektrischen Rotationsmaschine 1 bzw. dessen Stators 20 anhand der beiden Figuren 1 und 2 vorgenommen.

Die hier dargestellte elektrische Rotationsmaschine 1 bildet eine statorjochlose bzw. eine sogenannte H- Anordnung der beiden bezüglich dem Stator 20 axial beidseitig angeordneten Rotoren 10 aus. Die Magneten 11 der beiden Rotoren 10 sind jeweils dem Stator 20 gegenüberliegend angeordnet, sodass ein jeweiliger Luftspalt 21 zwischen einem jeweiligen Magnet 11 und dem Stator 20 bzw. dessen jeweiligen Polschuh 40 ausgebildet ist.

Von dem Stator 20 ist in den Figuren 1 und 2 jeweils nur ein Statorzahn 22 abgebildet. Der Statorzahn 22 umfasst ein Blechpaket 30, welches mehrere Bleche 33 aus kornorientiertem oder auch aus nicht-kornorientiertem Eisenmaterial umfasst.

Anhand von Figur 2 ist ersichtlich, dass die einzelnen Bleche 33 im Wesentlichen radial ausgerichtet sind. Das Blechpaket 30 ist von wenigstens einer Wicklung 42 umschlungen.

An den beiden axialen Seiten 31 des Blechpakets 30 ist jeweils ein Polschuh 40 aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff fixiert.

Ein jeweiliger Polschuh 40 weist an seiner den Statorzahn radial begrenzenden Seite 51 , wie in Figur 1 gezeigt, sowie an seiner den Statorzahn entlang der Umfangsrichtung 71 begrenzenden Seite 50, wie in Figur 2 gezeigt, jeweils eine schräg verlaufende Fläche 60 auf.

Diese schräg verlaufende Fläche 60 bewirkt, dass ein entlang der Umfangsrichtung 71 sowie radial bestehender Vorsprung 70, der vom jeweiligen Polschuh 40 ausgebildet ist, an dessen Außenseite einen geringeren Querschnitt aufweist als im Bereich der Fixierung am Blechpaket 30. Dadurch lässt sich in optimaler Weise der magnetische Fluss in die Wicklung 42 sowie in das Blechpaket 30 führen, bei gleichzeitiger Abschirmung von Oberwellen-behafte- ten Feldern.

Die schräg verlaufende Fläche 60 führt dabei jedoch nicht in der hier dargestellten Ausführungsform bis zur axialen Außenseite des betreffenden Polschuhs 40, sondern endet in einem gewissen Abstand vor der axialen Außenseite, sodass der Polschuh 40 an seiner radialen Außenseite bzw. an seiner radialen Innenseite, als auch an seiner in Umfangsrichtung begrenzenden Seite eine jeweilige weitere Begrenzungsfläche 61 aufweist.

Es ist vorgesehen, dass sich die schräg verlaufende Fläche 60 bis zu maximal 60% der zwischen Blechpaket 30 und Luftspalt 21 definierten Höhe 41 des Polschuhs 40 erstreckt.

Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, erstreckt sich der von der schräg verlaufenden Fläche 60 begrenzte Vorsprung 70 des Polschuhs 40 in etwa so weit entlang der Umfangsrichtung 71 , dass die benachbart angeordnete Wicklung 42 nahezu vollständig axial abgedeckt ist. Mit anderen Worten erstreckt sich dieser Vorsprung 70 in etwa so weit, wie der Abstand 43 der Wicklung 42 vom Blechpaket 30 beträgt.

Zudem zeigt Figur 2, dass die schräg verlaufenden Flächen 60, die an den den Statorzahn 22 entlang der Umfangsrichtung 71 begrenzenden Seiten 50 angeordnet sind, soweit verlaufen, bis sie das Blechpaket 30 treffen. Mit anderen Worten sind diese beiden entlang der Umfangsrichtung 71 einander gegenüberliegenden schräg verlaufenden Flächen 60 mit einem Abstandsmaß voneinander getrennt, welches der Breite 32 des Blechpakets 30 entspricht.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stators ist es möglich, magnetisch bedingte Leistungsverluste um ca. 10% zu reduzieren.

Mit dem hier vorgeschlagenen Stator sowie der damit ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine werden Einrichtungen zur Verfügung gestellt, die in einfacher konstruktiver Ausgestaltung einen langlebigen Betrieb der elektrischen Rotationsmaschine mit hoher Effizienz gewährleisten.

Bezuqszeichenliste

1 elektrische Rotationsmaschine

2 Rotationsachse

10 Rotor

11 Magnet

20 Stator

21 Luftspalt

22 Statorzahn

30 Blechpaket

31 axiale Seite des Blechpakets

32 Breite des Blechpakets

33 Blech

40 Polschuh

41 Höhe des Polschuhs

42 Wicklung

43 Abstand der Wicklung vom Blechpaket

50 den Statorzahn entlang der Umfangsrichtung begrenzende Seite

51 den Statorzahn radial begrenzende Seite

60 schräg verlaufende Fläche

61 weitere Begrenzungsfläche

70 Vorsprung

71 Umfangsrichtung