Stator für eine elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, aufweisend ein Statorpaket mit einer Anzahl von Statorzähnen, und eine mehrere Phasen aufwei sende Statorwicklung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem solchen Stator sowie eine Verwendung einer derartigen Maschine.

Elektrisch beziehungsweise elektromotorisch angetriebene oder antreibbare Kraft fahrzeuge, wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge, weisen in der Regel einen Elektromotor als elektrische Hilfs-, Antriebs- oder Traktionsmaschine auf, mit welchem eine oder beide Fahrzeugachsen antreibbar sind. Die Elektromotoren oder elektrische Antriebe sind beispielsweise auf einer Spannungsebene von 48 V (Volt) bei Hybrid- oder Plug-in-Hybridfahrzeugen (PHEV), und auf einer Span nungsebene von bis zu 400 V in rein batterieelektrischen Elektrofahrzeugen (BEV) ausgeführt. Das Leistungsspektrum derartiger elektrischer Antriebsmaschinen er streckt sich dementsprechend von etwa 20 kW (Kilowatt) bis mehr als 400 kW. Derartige Elektromotoren müssen daher eine relativ hohe Drehmoment- oder Leis tungsdichte aufweisen, und auch bei hohen Temperaturen betriebssicher sein.

Ein insbesondere bürstenloser Elektromotor als elektrische (Drehstrom-)Maschine weist üblicherweise einen mit einer Feld- oder Statorwicklung versehenen Stator auf, welcher koaxial zu einem Rotor mit einem oder mehreren Permanentmagne ten angeordnet ist. Die Statorwicklung ist bei solchen Elektromotoren in der Regel als sogenannte Hair-Pin- oder I-Pin-Wicklung ausgeführt. Hierbei werden typi scherweise Kupferstäbe (Windungsstäbe) als Statorwindungen eingesetzt, und an den Stirnseiten des Statorpaketes umgeformt sowie verschweißt und kontaktiert. Ein solcher Hair-Pin-Stator ist beispielsweise aus der WO 2019/016203 A1 be kannt, bei welchem der Stator eine mehrphasige Statorwicklung trägt, welche als eine Anzahl von stabförmigen Leiterelementen ausgeführt ist, welche in Nuten des Stators eingesetzt sind. Die Leiterelemente sind hierbei mittels eines ringförmigen Kurzschlusselements an einer Statorstirnseite zu einer Sternschaltung verschaltet.

Die Anforderungen an die Fertigungstechnologie sind vergleichsweise hoch, weil sich pro Stator somit eine hohe Anzahl an Schweißpunkten ergibt. Die Stäbe ha ben im Vergleich zu gewickelten Drähten einen vergleichsweise großen Leiter querschnitt, wodurch im Betrieb aufgrund des mehrphasigen Wechselstroms stets Stromverdrängungsverluste auftreten, welche mit steigender Stromfrequenz stark ansteigen.

Des Weiteren sind durch die notwendigen stirnseitigen Umformungen der Win dungsstäbe lediglich ganzzahlige Windungszahlen für den Elektromotor bezie hungsweise Stator realisierbar. Bei derartigen Stator kann daher eine stromkom pensierende Flussverkettung zwischen den Statorwindungen lediglich über die Statorgeometrie selbst beeinflusst und verändert werden. Dadurch wird ist Flexibi lität solcher Hair-Pin-gewickelten Statoren nachteilig reduziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Stator für eine elektrische Maschine anzugeben. Insbesondere soll eine möglichst hohe Fle xibilität hinsichtlich einer Flussverkettung realisiert werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete elektrische Maschine mit einem derartigen Stator, sowie eine besonders geeignete Verwendung einer derartigen Maschine anzugeben.

Hinsichtlich des Stators wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15 so wie hinsichtlich der Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 17 erfin dungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Ge genstand der jeweiligen Unteransprüche. Die im Hinblick auf den Stator angeführ- ten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die elektrische Ma schine und/oder die Verwendung übertragbar und umgekehrt.

Der erfindungsgemäße Stator ist für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise für einen elektrischen Hilfsantrieb oder einen Traktionsantrieb eines elektrisch angetriebenen oder an- treibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, ge eignet und eingerichtet. Der Elektromotor weist hierbei vorzugsweise eine Leis tung zwischen 1 kW bis 250 kW, insbesondere zwischen 1 kW bis 50 kW, vor zugsweise zwischen 10 kW und 25 kW, auf.

Der Stator weist ein Statorpaket auf, welches eine Anzahl von Statorzähnen auf weist. Die Statorzähne sind mit einer mehrphasigen oder mehrpoligen Statorwick lung versehen, wobei jede Phase mindestens eine Spule oder Spulenwicklung (Phasenwicklung) umfasst. Die Spulen weisen hierbei jeweils ein erstes Spulen ende und ein zweites Spulenende auf.

Erfindungsgemäß sind die ersten Spulenenden hierbei mit einem Verschaltungs element als Verschaltungs- oder Kontaktierungseinheit kurzgeschlossen. Mit an deren Worten sind die Spulenenden mittels des Verschaltungselements zu einer Sternschaltung (Y-Schaltung) elektrisch verschaltet. Das Verschaltungselement ist also als ein gemeinsamer Schalt- oder Sternpunkt für die Spulen der Statorwick lung ausgebildet. Dadurch ist ein besonders geeigneter Stator realisiert.

Unter„axial“ oder einer„Axialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung senkrecht zu den Stirnseiten des Stators, also parallel (koaxial) zur Drehachse einer damit versehenen elektrischen Maschine verstanden. Entspre chend wird hier und im Folgenden unter„radial“ oder einer„Radialrichtung“ insbe sondere eine senkrecht (quer) zur Drehachse der Maschine orientierte Richtung entlang eines Radius des Stators beziehungsweise der Maschine verstanden. Un ter„tangential“ oder einer„Tangentialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbe sondere eine Richtung entlang des Umfangs des Stators oder der Maschine (Um- fangsrichtung, Azimutalrichtung), also eine Richtung senkrecht zur Axialrichtung und zur Radialrichtung, verstanden.

Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Spulenenden der Spulen an einer ge meinsamen Statorstirn- oder Statorflanschseite angeordnet.

Im Gegensatz zum Stand der Technik ist das Statorpaket mit einer Anzahl von gewickelten Spulen versehen, welche in einer Sternschaltung zu der Statorwick lung verschaltet sind. Dies bedeutet, dass die Flussverkettung im Stator nicht le diglich durch die (Stator-)Geometrie, sondern auch durch die Wicklungszahl der Spulenwicklungen beeinflussbar ist. Dadurch ist ein besonders flexibler Stator für eine elektrische Maschine realisiert.

Die zweiten Spulenenden (Freienden) der Statorwicklung sind beispielsweise an eine Elektronik geführt oder führbar, welche die Spulen im Betrieb mit einem mehrphasigen elektrischen Strom beaufschlagt. Die ersten Spulenenden (Festen den, Sternenden) sind an den gemeinsamen Verschaltungsstern geführt, wodurch keine zusätzliche oder separate Verschaltung der ersten Spulenenden notwendig ist.

Eine vektorielle Zusammenschaltung der elektrischen Ströme bewirkt im Betrieb, dass benachbarte Spulen des Stators im Wesentlichen mit einem zueinander ge gensinnigen Strom beaufschlagt werden, wodurch bei einer gleichen Windungs zahl die resultierende Flussverkettung zwischen den Spulen eine (Strom- Kompensation in benachbarten Spulenwicklungen bewirkt. Somit ist eine geringe elektrische oder thermische Belastung für das Verschaltungselement ermöglicht, wodurch die konstruktiven Anforderungen an das Verschaltungselement vorteilhaft reduziert sind. Daher sind besonders bauraumkompakte Ausführungen des Ver schaltungselements mit einem geringen Querschnitt möglich. Dadurch ist ein be sonders kostengünstiger und materialsparender Stator realisiert.

In einer vorteilhaften Ausführung weisen die Spulen jeweils eine Spulenwicklung auf, welche auf einen auf einen Statorzahn aufgesetzten Spulenträger (Spulen- körper) aufgebracht ist. Mit anderen Worten sind die die Spulen bildenden Spu lenwicklungen jeweils um einen den jeweiligen Statorzahn umgreifenden Spulen träger gewickelt. Dies bedeutet, dass die Spulen insbesondere als Einzelspulen, also als Einzelzahnwicklung, auf jeweils einem Statorzahn angeordnet sind.

Der vorzugsweise aus einem isolierenden Material hergestellte Spulenträger ist beispielsweise ein einteiliger oder mehrteiliger, etwa rechteckiger Rohrabschnitt. Der Spulenträger weist vorzugsweise stirnseitige, dass heisst senkrecht zur Zahn längsrichtung gerichtete, Flanschkragen auf, zwischen denen der vorhandene Wi ckelraum begrenzt ist. Der Spulenträger verhindert somit ein Heruntergleiten der Drehfeldwicklung von den Zähnen des Stators. Hierbei ist es beispielsweise denk bar, dass die Spulenträger zunächst als einzelne Segmente bewickelt werden, und anschließend auf die Statorzähne aufgesetzt werden. Mit anderen Worten sind die Spulen vorzugsweise als einzelne, separate Bauteile ausgeführt.

In einer denkbaren Ausführungsform sind die Spulenträger der Spulen als zwei an den gegenüberliegenden Stirnseiten auf das Statorpaket aufgesetzte Spulenträ gerringe oder Verlegeringe ausgeführt.

In einer alternativen Ausführungsform ist es beispielsweise ebenso denkbar, dass ein oder jeder Statorzahn zur Ausbildung eines Spulenträgers direkt mit einem Kunststoff umspritzt ist, oder dass die Statorzähne spulenträgerlos mit der Dreh feldwicklung bewickelt sind.

Die Spulen sind in einer bevorzugten Ausgestaltung als Gleichteile ausgeführt, dies bedeutet, dass gleich gewickelte Einzelzähne zur Herstellung der Statorwick lung genutzt werden. Dadurch ist eine besonders aufwands- und kostenreduzierte Herstellung oder Montage des Stators ermöglicht.

In einer geeigneten Weiterbildung ist das Verschaltungselement ringförmig oder kreisringförmig als eine Ringverschaltung oder als ein Verschaltungsring ausge führt. Der ringförmige Verlauf des Verschaltungselements kann hierbei vollständig, also vollumfänglich geschlossen, oder auch zumindest teilweise geöffnet sein. Mit anderen Worten ist das Verschaltungselement als ein geschlossener oder etwa ei förmiger Ring oder als ein etwa C-förmiger Ring mit einer Unterbrechungsstelle oder Aussparung ausgeführt. Das Verschaltungselement ist hierbei insbesondere an einer Statorstirnseite oder Statorflanschseite des Statorpakets angeordnet, zweckmäßigerweise an der die ersten und zweiten Spulenenden aufweisenden Statorstrinseite. Dadurch ist ein geometrisch besonders zweckmäßiger Verschal tungselement realisiert, welcher eine kurze Leiterlänge der ersten Spulenenden, und somit eine Material- und Kostenersparnis, ermöglicht.

In einer konstruktiv besonders einfachen und kostengünstigen Weiterbildungsform ist das Verschaltungselement als ein ringförmig oder schlaufenförmig bezie hungsweise ösenförmig geführter Flach- oder Formdraht ausgeführt. Das Ver schaltungselement ist beispielsweise als ein im Querschnitt rechteckförmiger Flachdraht mit einer Querschnittsfläche von beispielsweise 2 mm ² (Quadratmilli meter) ausgeführt.

In einer denkbaren Weiterbildungsform ist das Verschaltungselement beispiels weise als eine elektrisch leitfähige Schicht, beispielsweise als eine Kupferschicht, auf einer beispielsweise als kreisringförmiges PCB (printed Circuit board) ausge bildeten Leiterplatte ausgeführt, mit welcher die ersten Spulenenden elektrisch leitend kontaktiert sind. Dadurch wird der axiale Bauraum des Stators und somit auch einer damit ausgestatteten elektrischen Maschine reduziert. In der Folge wird ein erhöhter Freiheitsgrad hinsichtlich der Ausgestaltung und der Architektur des Stators im Hinblick auf funktionale Aspekte ermöglicht. Insbesondere wird somit ein erhöhter Füllfaktor, das bedeutet eine erhöhte Anzahl an Spulenwindungen, bei gleicher axialer Ausdehnung des Stators realisierbar, was sich vorteilhaft auf die Leistungsfähigkeit der damit ausgestatteten elektrischen Maschine überträgt.

Eine solche Leiterplattenverschaltung als Verschaltungselement ist beispielsweise bei einer Lötung der zweiten Spulenenden an eine (Motor- oder Maschinen- )Elektronik, insbesondere bei elektrischen Maschinen mit einer vergleichsweise niedrigen Leistung, beispielsweise im Bereich von 20 kW (Kilowatt), besonders geeignet. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Verschaltungselement ein Formteil, beispielsweise ein Stanzbiegeteil oder ein Spritzguss- oder Druckgussteil, aus ei nem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus einem Metallmaterial, vor zugsweise aus Kupfer. Dadurch ist eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Verschaltungselements, und somit des Stators ermöglicht.

In einer geeigneten Ausbildung ist das Verschaltungselement als ein stromschie nenartiger Anschlussrahmen (leadframe) ausgeführt. Das Verschaltungselement ist hierbei insbesondere ein lötbarer oder schweißbarer elektrisch leitfähiger, ins besondere metallischer, Leitungsträger. Der Anschlussrahmen beziehungsweise das Verschaltungselement weist hierbei beispielsweise eine axiale Höhe von etwa 5 mm (Millimeter) und eine radiale Breite von etwa 1 mm auf. Dadurch ist ein be sonders stabiles Verschaltungselement realisiert, welches einerseits einfach handhabbar ist, wodurch die Montage erleichtert wird, sowie andererseits eine ausreichende Stromtragfähigkeit zum Betrieb des Stators oder Elektromotors auf weist.

Das Verschaltungselement ist beispielsweise an einem Innenumfang des Stator pakets, also radial innenseitig zu den Statorzähnen oder polschuhseitig, angeord net. Dadurch sind besonders kurze Leiterlängen der ersten Spulenelemente bei der Kopplung mit dem Verschaltungselement ermöglicht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Verschaltungselement an einem Au ßenumfang des Statorpakets angeordnet. Dadurch ist eine besonders zweckmä ßige und aufwandsreduzierte Kopplung der ersten Spulenenden mit dem Ver schaltungselement ermöglicht.

In einer zweckmäßigen Ausbildung sind die ersten Spulenenden zur Kontaktierung axial orientiert, wobei das Verschaltungselement ösenartig, also etwa schlaufen förmig oder mäanderförmig, um die ersten Spulenenden geführt ist. Die Spulen enden sind hierbei geeigneterweise im jeweiligen Bogen- oder Scheitelbereich einer solchen Öse oder Schlaufe des Verschaltungselements elektrisch leitfähig mit diesem kontaktiert. Dadurch ist eine einfache und aufwandsreduzierte elektri sche Kontaktierung und Verschaltung des Verschaltungselements mit den ersten Spulenenden ermöglicht.

In einer alternativen, ebenso zweckmäßigen Ausbildung sind die ersten Spulen enden zur Kontaktierung mit dem Verschaltungselement radial gebogen. Die ers ten Spulenenden sind hierbei insbesondere zumindest teilweise formschlüssig von dem Verschaltungselement eingefasst.

Unter einem„Formschluss“ oder einer„formschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden ins besondere verstanden, dass der Zusammenhalt der miteinander verbundenen Teile zumindest in einer Richtung durch ein unmittelbares Ineinandergreifen von Konturen der Teile selbst oder durch ein mittelbares Ineinandergreifen über ein zusätzliches Verbindungsteil erfolgt. Das„Sperren“ einer gegenseitigen Bewegung in dieser Richtung erfolgt also formbedingt.

Dies bedeutet, dass das Verschaltungselement Konturen oder Geometrien auf weist, welche die radialen ersten Spulenenden zumindest teilweise einfassen. Die Konturen oder Geometrien wirken hierbei beispielsweise als eine Ausrichtungs oder Positionierungshilfe, so dass eine besonders einfache und aufwandreduzierte elektrische Kontaktierung und Verschaltung des Verschaltungselements mit den ersten Spulenenden ermöglicht ist.

In einer vorteilhaften Ausführung weist der Verschaltungselement eine der Anzahl der ersten Spulenenden entsprechende Anzahl von insbesondere radial gerichte ten Vertiefungen oder Aussparungen als Aufnahme für die ersten Spulenenden auf. Die Vertiefungen oder Aussparungen wirken somit als Ausrichtungs- oder Orientierungshilfe beim Führen oder Verlegen der ersten Spulenenden.

In einer möglichen Weiterbildung weist das Verschaltungselement eine Anzahl von axial emporstehenden Kontaktfahnen auf, wobei die Vertiefungen oder Ausspa rungen insbesondere freiendseitig in die Kontaktfahnen eingebracht sind. Dadurch ist es möglich, das Verschaltungselement und die durch die Vertiefungen gebilde ten Kontaktierungs- oder Verschaltungspunkte mit den ersten Spulenenden axial voneinander zu beabstanden, wodurch größere Freiheiten im Hinblick auf eine Bauraumgestaltung geschaffen sind.

In einer zweckmäßigen Ausbildung sind die ersten Spulenenden stoffschlüssig mit dem Verschaltungselement gefügt beziehungsweise elektrisch kontaktiert. Unter einem„Stoffschluss“ oder einer„stoffschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigs tens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbeson dere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile an Ihren Kontaktflächen durch stoffliche Vereinigung oder Vernetzung (beispielsweise aufgrund von atoma ren oder molekularen Bindungskräften) gegebenenfalls unter Wirkung eines Zu satzstoffs zusammengehalten werden. Dadurch ist eine mechanisch besonders stabile und langlebige Verbindung zwischen den ersten Spulenenden und dem Verschaltungselement realisiert, welche eine zuverlässige und betriebssichere elektrische Kontaktierung gewährleistet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die ersten Spulenenden mit dem Ver schaltungselement pressverschweißt. Mit anderen Worten sind die ersten Spulen enden mit einem Presschweißverfahren mit dem Verschaltungselement gefügt. Beispielsweise werden die ersten Spulenenden in den Vertiefungen des Verschal tungselements angeordnet und anschließend mit einer hohen Kraft an den Ver schaltungselement angepresst und dadurch stoffschlüssig gefügt. Dadurch wer den keine zusätzlichen Hilfsstoffe wie beispielsweise Schweißdrähte für den Stoff schluss benötigt. In der Folge ist eine besonders einfache und aufwandsreduzierte Montage des Stators ermöglicht.

In einer besonders geeigneten Ausführung entspricht die Anzahl der Phasen der Anzahl der Statorzähne. Dies bedeutet, dass ein hochpoliger beziehungsweise mehrphasiger oder polyphasiger Stator gebildet ist. Dadurch weist der Stator eine besonders hohe Wicklungsdichte und somit eine besonders hohe Leistungsdichte bei einer gegebenen Baugröße auf. In einer bevorzugten Anwendung ist der Stator Teil eines Elektromotors einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise für einen elektrischen oder elektromotorischen (elektromechanischen) Hilfs- oder Traktionsantrieb eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Elektro- oder Hybridfahr zeugs. Durch den erfindungsgemäßen Stator ist eine besonders zuverlässige und effektive elektrische Maschine realisiert.

In einer bevorzugten Dimensionierung weist die Maschine beziehungsweise der Elektromotor eine Leistung zwischen 1 kW bis 250 kW, insbesondere zwischen 1 kW bis 50 kW, vorzugsweise zwischen 10 kW und 25 kW, auf. Dadurch ist eine besonders geeignete Leistungsdimensionierung für den mit Spulen versehnen Elektromotor beziehungsweise Stator realisiert. Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die vorstehend beschriebene Maschine als ein Hilfs- beziehungsweise Zusatzantrieb, oder als ein Traktionsantrieb bei einem elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahr zeugs verwendet wird. Dadurch ist ein besonders geeigneter elektrischer oder elektromotorischer Antrieb für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug realisiert.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in schematischer und vereinfachter Darstellung ein elektrisch angetriebe nes oder antreibbares Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine Fig. 2 in perspektivischer Ansicht einen Stator einer elektrischen Maschine, mit einem Verschaltungselement in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3 in perspektivischer Ansicht einen Stator mit einem Verschaltungselement in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 in perspektivischer Ansicht ausschnittsweise das Verschaltungselement gemäß Fig. 3 im Bereich einer Statorspule,

Fig. 5 in perspektivischer Ansicht einen Stator mit einem Verschaltungselement in einer dritten Ausführungsform, Fig. 6 in perspektivischer Ansicht ausschnittsweise das Verschaltungselement gemäß Fig. 5 im Bereich einer Statorspule,

Fig. 7 in perspektivischer Ansicht einen Stator mit einem Verschaltungselement in einer dritten Ausführungsform,

Fig. 8 in perspektivischer Ansicht ausschnittsweise das Verschaltungselement gemäß Fig. 7 im Bereich einer Statorspule,

Fig. 9 eine Simulation der elektrischen Verluste bei einem stromdurchflossenen- Verschaltungselement gemäß Fig. 7, und

Fig. 10 eine Simulation der elektrischen Verluste bei einer stromdurchflossenen, als Leitungsplatte ausgeführten, vierten Ausführungsform des Verschal tungselements.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den glei chen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer und stark vereinfachter Darstellung ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug 2, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine elektrische (Antriebs-)Maschine 4 mit einem Elektromotor 6 als Traktionsantrieb oder Hilfs- beziehungsweise Zu- satzantrieb auf, mit welchem eine oder beide Fahrzeugachsen antreibbar sind. Die Maschine 4 beziehungsweise der Elektromotor 6 weist eine Leistung zwischen 1 kW bis 250 kW, insbesondere zwischen 1 kW bis 50 kW, vorzugsweise zwi schen 10 kW und 25 kW, beispielsweise 20 kW, auf. Die Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines Stators 8 der elektrischen Ma schine 4. Der Stator 8 weist ein Statorpaket 10 auf, welches beispielsweise als eine Polkette mit einer Anzahl von Statorsegmenten oder Einzelzähnen 12 ausge führt ist. Das Statorpaket 10 weist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zwölf Statorsegmente 12, und somit entsprechend zwölf radial nach innen gerichtete Statorzähne 14 auf.

Auf die gegenüberliegenden Stirnseiten des Statorpakets 10 sind zwei Verlegerin ge 16, 18 axial aufgesetzt. Die Verlegeringe 16, 18 sind Spritzgussteile aus einem elektrisch nicht leitenden, also isolierenden, Material, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial. Die Verlegeringe 16, 18 weisen hierbei radial nach innenge richtete Spulenträger 20 auf, welche jeweils auf einem Statorzahn 14 angeordnet werden, und welche den jeweiligen Statorzahn 14 entlang einer Axialrichtung zu mindest teilweise einfassen.

Die Spulenträger 20 der Verlegeringe 16, 18 weisen hierbei jeweils einen radial innenseitigen oder polschuhseitigen Innenflansch 22 sowie einen radial außensei tigen oder jochseitigen Außenflansch 24 auf. Die Flansche 22 und 24 begrenzen hierbei einen jeweiligen Wickelraum um welchen eine jeweilige Spulenwicklung als (Stator-)Spule 26 gewickelt ist, und welcher verhindert, dass die Spulenwicklungen von dem jeweiligen Statorzahn 14 gleiten.

Die Spulen 26 weisen in dieser Ausführungsform jeweils ein radial gebogenes ers tes Spulenende 28 und ein axial gerichtetes oder geführtes zweites Spulenende 30 auf. Die Spulen 26 sind insbesondere als Gleichteile ausgeführt, dies bedeutet insbesondere, dass alle (Stator-)Spulen die gleiche Windungszahl aufweisen.

Die Spulenenden 30 sind hierbei an eine Elektronik 32 der Maschine 2 geführt oder führbar, und werden im Betrieb mit einem mehrphasigen Motor- oder Pha senstrom beaufschlagt. Insbesondere wird hierbei jedes Spulenende 30, also jede Spule 26, mit einem eigenen Phasenstrom beaufschlagt. Dies bedeutet, dass der Stator 8 in diesem Ausführungsbeispiel als ein zwölfphasiger Stator 8 ausgeführt ist.

Die Spulenenden 28 sind mittels eines Verschaltungselements oder einer Ver schaltungseinheit 34 elektrisch miteinander kurzgeschlossen. Dies bedeutet, dass die Spulen 26 mittels des Verschaltungselements 34 einer Statorwicklung 36 ver schaltet sind.

Der Verschaltungselement 34 ist ein kreisringförmiges Formteil, beispielsweise ein Druckgussteil oder ein Stanzbiegeteil aus Kupfer, welches im Bereich des Au ßenumfangs des Stators 8 angeordnet ist. Das Verschaltungselement 34 ist hier- bei als ein umfangsseitig vollständig geschlossener, stromschienenartiger, An schlussrahmen (leadframe) ausgeführt, an welchen die Spulenenden 28 lötbar sind. Der Anschlussrahmen beziehungsweise das Verschaltungselement 34 weist hierbei in einer geeigneten Dimensionierung beispielsweise eine axiale Höhe von etwa 5 mm (Millimeter), und eine radiale Breite oder Dicke von etwa 1 mm auf.

Das Verschaltungselement 34 ist hierbei radial außenseitig zu den Außenflan schen 24 angeordnet. Der Verlegering 16 weist hierbei zwölf axial gerichtete Hal telaschen 38 auf, welche jeweils radial außenseitig zu einem Außenflansch 24 angeordnet sind. Zwischen den Haltelaschen 38 und den Außenflanschen 24 ist somit eine jeweilige Haltekontur gebildet, in welcher der Verschaltungselement 34 jeweils abschnittsweise radial formschlüssig gehalten ist.

Die radial gebogenen Spulenenden 28 sind hierbei jeweils zwischen zwei benach- barten Außenflanschen 24 des Verlegerings 16 hindurch zu dem Verschaltungs element 34 geführt. Der Verschaltungselement 34 weist in dieser Ausführung zwölf Vertiefungen oder Aussparungen 40 zur zumindest teilweise formschlüssi gen Aufnahme und Halterung der Spulenenden 28 auf. Die Spulenenden 28 wer den zur Montage oder Verschaltung in die beispielsweise eingeprägten Vertiefun- gen 40 eingesetzt, und anschließend durch ein Pressschweißverfahren stoff schlüssig mit dem Verschaltungselement 34 gefügt und elektrisch leitend kontak tiert.

In der Fig. 3 und in der Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Stators 8 beziehungsweise ders Verschaltungselements 34' gezeigt. Das Verschaltungs element 34' ist in dieser Ausführungsform mit einer geöffneten Kreisringform aus geführt, dies bedeutet, dass das Verschaltungselement 34' nicht vollumfänglich geschlossen ist. Das Verschaltungselement 34' weist in dieser Ausführungsform zwölf axial empor stehenden Kontaktfahnen 42 auf. Die Kontaktfahnen 42 sind freiendseitig mit den Vertiefungen 40 zur zumindest teilweise formschlüssigen Halterung der Spulenen den 28 ausgebildet. Die Kontaktfahnen 42 überragen hierbei den jeweiligen Au- ßenflansch 24. Mit anderen Worten stehen die Kontaktfahnen 42 den Außenflan schen 24 zumindest teilweise axial empor.

In dieser Ausführungsform sind die Spulenenden 28 nicht in einer Nutmitte zwi- sehen zwei benachbarten Spulenkörpern 20 oder Außenflanschen 24 des Verle gerings 16 hindurch geführt, sondern sind zumindest teilweise axial oberhalb des zwischen den Flanschen 22, 24 eingefassten Wickelraum des jeweiligen Spulen körpers 20 zu dem Verschaltungselement 34' beziehungsweise den Kontaktfah nen 42 geführt. Dadurch ist es beispielsweise möglich den in der Nutmitte gebilde- ten Freiraum zwischen zwei benachbarten Spulenkörpern 20 mit zusätzlichen

Spulenwindungen zu füllen. Mit anderen Worten sind somit größere Windungszah len der Spulen 26 möglich, wodurch die Leistungsfähigkeit des Elektromotors 6 bei gleicher Baugröße erhöht wird. Nachfolgend ist anhand der Figuren 5 und 6 ein drittes Ausführungsbeispiel des Stators 8 beziehungsweise des Verschaltungselements 34“ gezeigt.

In dieser Ausführungsform ist das Verschaltungselement 34“ radial innenseitig, also an einem polschuhseitigen Innenumfang des Statorpakets 10 angeordnet. Das Verschaltungselement 34“ ist hierbei als ein vollständig oder vollumfänglich geschlossener Ring ausgebildet. Das Verschaltungselement 34“ ist hierbei aus einem im Querschnitt etwa rechteckförmigen Formdraht hergestellt, welcher bei spielsweise einen Querschnittsdurchmesser von etwa 2 mm ² aufweist. Die Haltelaschen 38' sind in dieser Ausführungsform zweckmäßigerweise am In nenumfang des Stators 8 angeordnet. Die Haltelaschen 38' sind hierbei an den jeweiligen Innenflansch 22 einstückig, also monolithisch oder einteilig, angeformt.

Wie insbesondere in der Fig. 5 ersichtlich ist, sind die Spulenenden 28 zur Kontak- tierung mit dem Verschaltungselement 34“ axial gerichtet. Das Verschaltungsele ment 34“ ist hierbei ösenartig oder ösenförmig, also etwa schlaufenförmig oder mäanderförmig, um die Spulenenden 28 geführt ist. Die Spulenenden 28 sind hierbei im jeweiligen Bogen- oder Scheitelbereich einer solchen Öse oder Schlau- fe des Verschaltungselements 34“ elektrisch leitfähig mit diesem beispielsweise mittels Löten stoffschlüssig kontaktiert. Dadurch sind besonders kurze Spulenen den 28 möglich, wodurch eine besonders materialsparender Stator 8 realisiert ist.

In den Figuren 7 und 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Stators 8 oder des Verschaltungselements 34‘“ gezeigt.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Verschaltungselement 34‘“ als ein kreisring förmiges Formteil, beispielsweise ein Druckgussteil oder ein Stanzbiegeteil aus Kupfer, ausgeführt, welches im Bereich des Innenumfangs des Stators 8 angeord net ist. Das Verschaltungselement 34‘“ ist hierbei als ein umfangsseitig vollständig geschlossener, stromschienenartiger, Anschlussrahmen (leadframe) ausgeführt, an welchen die Spulenenden 28 lötbar sind. Der Anschlussrahmen beziehungs weise das Verschaltungselement 34‘“ weist hierbei in einer geeigneten Dimensio nierung beispielsweise eine axiale Höhe von etwa 1 mm (Millimeter), und eine ra diale Breite oder Dicke von etwa 5 mm auf.

Das Verschaltungselement 34‘“ ist im Bereich der Innenflansche 22 angeordnet, und liegt beispielsweise zumindest abschnittsweise auf diesen abstützend auf.

Das Verschaltungselement 34‘“ weist radial nach außen gerichtete Kontaktzun gen 44 auf, welche an den radial außenseitigen Freienden mit den Vertiefun gen 40 versehen sind. Die Spulenenden 28 sind hierbei zur Kontaktierung axial gerichtet und zumindest abschnittsweise von den Vertiefungen formschlüssig ein gefasst.

Durch das Verschaltungselement 34, 34‘, 34“, 34‘“ ist eine besonders zweckmä ßige und flexible Verschaltung der Spulen 26 im Hinblick auf eine Flussverkettung des Stators 8 realisiert. Durch eine von der Elektronik 32 gesteuerte und/oder ge regelte vektorielle Zusammenschaltung der elektrischen Ströme, ist im Betrieb des Stators 8 beziehungsweise des Elektromotors 6 somit eine Flussverkettung reali sierbar, bei welcher eine Kompensation in benachbarten Spulenwicklungen be wirkt wird, so dass eine geringe elektrische oder thermische Belastung für das Verschaltungselement 34, 34‘, 34“, 34‘“ ermöglicht ist. Die Konjunktion„und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können. Dieser Effekt der Flussverkettung ist in den Darstellungen der Fig. 9 und der Fig. 10 beispielhaft gezeigt. In den Figuren 9 und 10 ist jeweils eine zweidimensi onale Darstellung einer Simulation als Beispiel für die Flussverkettung des Stators 8 gezeigt. Jede der Phasen oder Spulen 26 wird hierbei mit einem jeweiligen Pha senstrom beaufschlagt.

Die Darstellungen der Fig. 9 und der Fig. 10 zeigen jeweils eine vereinfachte und schematische Schnittdarstellung in einer Ebene des Verschaltungselements. Die Simulationen zeigen jeweils eine Maschine 4 mit einer 48 V (Volt) Betriebsspan nung mit einer Leistung von 20 kW bei einem Einschaltstrom von 500 A (Ampere). Der gezeigte Dichte- oder Konturenplot zeigt eine Verteilung der simulierten Stromdichte j in Einheiten von MA/m ² (Megaampere pro Quadratmeter).

In der Fig. 9 ist die Maschine 4 mit einem radial innenseitigen, also am Innenum fang des Stators 8 angeordneten Verschaltungselement 34‘“ gemäß den Figuren 7 und 8 ausgeführt. Der Verschaltungselement 34‘“ weist hierbei - wie vorstehend erläutert - eine axiale Höhe von 1 mm (Millimeter) und eine radiale Breite von 5 mm auf, wobei die Spulenenden 28 mittels Pressschweißens an den Verschal tungselement 34‘“ gefügt oder kontaktiert sind. Da die jeweils benachbarten Phasen aufgrund der unterschiedlichen Phasenströ me im Wesentlichen eine entgegengerichtete Flussverkettung aufweisen, wird der elektrische Strom in jeder Phase nahezu kompensiert. Dies ermöglicht es, die ers ten Spulenenden 28 lediglich mittels des Verschaltungselements 34‘“ an eine Elektronik 32 der Maschine 4 anzuschließen. Die Maschine 4 beziehungsweise der Verschaltungselement 34‘“ weist hierbei aufgrund der Flussverkettungen eine Verlustleistung von lediglich etwa 1 ,9 W (Watt) auf. In der Simulation der Fig. 3 ist die Maschine 4 mit einem stirnseitig auf den Stator 8 beziehungsweise auf das Statorpakets 4 aufgesetzten Verschaltungselement 34““ in einer fünften Ausführungsform ausgestaltet. Das Verschaltungselement 34““ ist hierbei als ein kupferbeschichtetes, kreisringförmiges PCB (printed Circuit board) oder als eine Leiterplatte ausgeführt. Die Schichtdicke der Kupferschicht beträgt hierbei 0, 105 mm. Die Maschine 4 beziehungsweise der Verschaltungs element 34““ weist hierbei eine Verlustleistung von etwa 3,84 W (Watt) auf.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu ver lassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbei spielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kom binierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

So ist es beispielsweise denkbar, dass die Vertiefungen des Verschaltungsele ments 34, 34‘, 34‘“ nach Art eines Schneidklemmschlitzes ausgeführt sind. Mit anderen Worten ist es möglich, dass an das Verschaltungselement 34, 34‘, 34‘“ Schneidklemmkontakte zur form- und/oder kraftschlüssigen (Schneid-)Klemm- kontaktierung der Spulenenden 28 vorgesehen sind.

Unter einem„Kraftschluss“ oder einer„kraftschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden ins besondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile aufgrund einer zwischen ihnen wirkenden Reibkraft gegen ein Abgleiten aneinander gehindert sind. Fehlt eine diese Reibkraft hervorrufende„Verbindungskraft“ (dies bedeutet diejenige Kraft, welche die Teile gegeneinander drückt, beispielsweise eine Schraubenkraft oder die Gewichtskraft selbst), kann die kraftschlüssige Verbin dung nicht aufrecht erhalten und somit gelöst werden. Bezugszeichenliste

2 Kraftfahrzeug

4 Maschine

Elektromotor

8 Stator

10 Statorpaket

12 Einzelzahn/Statorsegment 14 Statorzahn

16, 18 Verlegering

20 Spulenträger

22 Innenflansch

24 Außenflansch

26 Spule

28, 30 Spulenende

32 Elektronik

34, 34‘, 34“, 34‘“, 34““ Verschaltungselement 36 Statorwicklung

38, 38' Haltelasche

40 Vertiefung

42 Kontaktfahne

44 Kontaktzunge j Stromdichte