Bezeichnung der Erfindung

Elektrische Maschine

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Axialflussmaschine.

Stand der Technik

Aus der WO 01/11755 A1 ist eine elektrische Axialflussmaschine bekannt, die einen an einer Welle angeordneten scheibenförmigen Rotor und zwei koaxial zu dem Rotor angeordnete Statoren aufweist. Der Rotor weist Permanentmagnete auf. Die Permanentmagnete sind formschlüssig mit einem umgebenden Kunststoff verbunden. Der Kunststoff bildet zusammen mit den Permanentmagneten und der Welle eine formstabile Einheit.

Allgemein sind elektrische Axialflussmaschinen in unterschiedlichen Bauformen mit einem oder mehreren Statoren und einem oder mehreren Rotoren bekannt.

Ebenso ist ein elektrischer Antriebsstrang bekannt. Der elektrische Antriebsstrang weist Komponenten zum Speichern von Energie, zum Wandeln von Energie und zum Leiten von Energie auf. Die Komponenten zum Wandeln von Energie weisen eine elektrische Maschine, zum Beispiel eine Axialflussmaschine, auf.

Bei einer derartigen elektrischen Maschine dient zum Isolieren von Leitern von Statorwicklungen gegenüber einem Stator eine Isolationsbeschichtung der Leiter, zum Beispiel eines Kupferdrahts. Weiterhin kann ein Isolierpapier zum Auskleiden von Statornuten verwendet werden, in denen sich die Leiter befinden. Dadurch wird in einem Fehlerfall der Isolationsbeschichtung der Leiter eine Isolationswirkung weiter aufrechterhalten, da der aufgrund des Fehlerfalls freiliegende Leiter durch das Isolationspapier gegenüber angrenzenden elektrisch leitenden Bauteilen eines anderen elektrischen Potentials, insbesondere dem Stator, elektrisch isoliert wird.

Bei Verwendung von Isolationspapier ist es lediglich möglich, eine einzelne Statornut einer einfachen Geometrie abzudecken. Dreidimensionale Geometrien sind lediglich schwer oder gar nicht abzudecken. Zum Einhalten von Luft und Kriechstrecken und zum Kompensieren von Fertigungs- und Positionierungenauigkeiten wird abhängig von einer Spannungslage ein beidseitiger Überstand des Isolierpapiers aus der Statornut von üblicherweise mindestens 2 bis 4mm vorgesehen.

Für eine hohe Leistungs- und Drehmomentdichte ist es notwendig, in einem gegebenen Bauraum eine elektromagnetisch aktive Fläche in einem Luftspalt der elektrischen Maschine zu maximieren. Da bei elektrischen Radialflussmaschinen die Luftspaltfläche zylinderförmig ausgebildet ist und einen konstanten Abstand zu einer Hauptachse der elektrischen Radialflussmaschine aufweist, verringert ein beidseitiger Überstand des Isolierpapiers eine Leistungs- und Drehmomentdichte linear. Bei Axialflussmaschinen ist die Luftspaltfläche eine Kreisringfläche, die um eine Hauptachse der elektrischen Axialflussmaschine angeordnet ist. Ein beidseitig radial aus einer Statornut überstehendes Isolationspapier verringert folglich die elektromagnetisch aktive Fläche folglich quadratisch und wirkt auf eine Leistungsdichte ungefähr mit der dritten Potenz ein. Insbesondere an einem Außendurchmesser eines Stators der elektrischen Axialflussmaschine verringert das überstehende Isolationspapier die Leistungsdichte erheblich.

Zusammenfassung der Erfindung

Technische Aufgabe

Es ist demgemäß die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine, insbesondere eine Axialflussmaschine, zu schaffen bei der innerhalb eines vorbestimmten Bauraums eine elektromagnetisch aktive Fläche in einem Luftspalt erhöht ist, ohne Abmessungen des Stators oder der elektrischen Maschine zu erhöhen.

Technische Lösung

Die Aufgabe wir mit den in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Maßnahmen gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem Aspekt weist eine elektrische Maschine einen Stator, einen Rotor und einen sich zwischen dem Stator und dem Rotor befindenden Luftspalt auf. Der Stator weist einen Statorkörper, eine Statorwicklung, eine zwischen der Statorwicklung und dem Statorkörper angeordnete Isolationsbeschichtung zum Vorsehen einer elektrischen Isolation zwischen der Statorwicklung und dem Statorkörper und eine in dem Statorkörper vorgesehene lokale Vertiefung auf. Die Isolationsbeschichtung ist in der lokalen Vertiefung angeordnet ist. Die lokale Vertiefung ist an einer dem Luftspalt zugewandten Seite des Statorkörpers angeordnet.

Gemäß einer Ausgestaltung ist die Isolationsbeschichtung an der dem Luftspalt zugewandten Seite des Statorkörpers ausschließlich in der lokalen Vertiefung angeordnet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die elektrische Maschine als elektrische Axialflussmaschine ausgebildet ist und sind der Stator und der Rotor mit dem sich dazwischen befindenden Luftspalt koaxial zueinander in einer Richtung axial zu einer Hauptachse der elektrischen Axialflussmaschine angeordnet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die lokale Vertiefung derart ausgebildet, dass in der Richtung axial zu der Hauptachse eine gemeinsame Höhe des Statorkörpers und der in der lokalen Vertiefung angeordneten Isolationsbeschichtung kleiner oder gleich einer Höhe des Statorkörpers außerhalb eines Bereichs der lokalen Vertiefung ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Statorkörper einen Statorzahn und ein Statorjoch auf und ist die lokale Vertiefung in dem Statorzahn vorgesehen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Isolationsbeschichtung an einer dem Luftspalt zugewandten Seite des Statorjochs auf dem Statorjoch vorgesehen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Isolationsbeschichtung direkt auf dem Stator angeordnet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Isolationsbeschichtung auf einer an das Statorjoch angrenzenden Seitenfläche des Statorzahns vorgesehen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen der Isolationsbeschichtung, die auf der an das Statorjoch angrenzenden Seitenfläche des Statorzahns vorgesehen ist, und der Statorwicklung ein Abstandselement zum Ausbilden eines Kühlkanals zwischen der Isolationsbeschichtung und der Statorwicklung vorgesehen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Isolationsbeschichtung durch Lackieren oder Wirbelsintern oder durch Umspritzen des Stators, insbesondere durch Spritzpressen bzw. Transfer Molding oder Spritzgießen, auf den Stator aufgebracht.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Gemäß dem Aspekt und dessen Ausgestaltungen wird eine kompakte elektrische Maschine realisiert, bei der Abmessungen der elektrischen Maschine und Abmessungen der einzelnen Komponenten optimiert bzw. minimiert werden.

Genauer gesagt wird zum Erhöhen einer Leistungsdichte innerhalb eines vorbestimmten Bauraums der elektrischen Maschine die elektromagnetisch aktive Fläche erhöht bzw. maximiert. Ebenso kann vollständig oder mindestens teilweise auf ein herkömmlich verwendetes Isolierpapier verzichtet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer elektrischen Axialflussmaschine gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 2 eine schematische Explosionsansicht der elektrischen Axialflussmaschine gemäß der Ausführungsform;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Teils eines Statorkörpers mit einer Statorwicklung der elektrischen Axialflussmaschine gemäß der Ausführungsform;

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines Bereichs entlang eines Schnitts B- B in Fig. 3 gemäß der Ausführungsform; und

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht eines Bereichs entlang eines Schnitts A- A in Fig. 3 gemäß der Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsform

Bevor detailliert auf die Beschreibung der Ausführungsform eingegangen wird, ist anzumerken, dass, obgleich die Ausführungsform eine elektrische Axialflussmaschine mit zwei Statoren und einem sich dazwischen befindenden Rotor zeigt, die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Vielmehr ist die vorliegende Erfindung an unterschiedlichen Typen von elektrischen Axialflussmaschinen und an unterschiedlichen Typen von elektrischen Radialflussmaschinen anwendbar.

Die elektrische Maschine der vorliegenden Erfindung kann in einem elektrischen Antriebsstrang eines Kraftahrzeugs verwendet werden. Der elektrische Antriebsstrang weist Komponenten zum Speichern von Energie, zum Wandeln von Energie und zum Leiten von Energie auf. Die Komponenten zum Wandeln von Energie weisen die elektrische Maschine, zum Beispiel in Form einer Axialflussmaschine, auf.

Fig. 1 bis Fig. 5 zeigen schematische Ansichten einer elektrischen Axialflussmaschine gemäß der Ausführungsform.

In Fig. 1 bis Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 1 die elektrische Axialflussmaschine, bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen ersten Stator, bezeichnet das Bezugszeichen 3 einen Statorkörper mit einer Statorwicklung, bezeichnet das Bezugszeichen 4 einen Rotor, bezeichnet das Bezugszeichen 5 einen zweiten Stator, bezeichnet das Bezugszeichen 6 einen Statorzahn, bezeichnet das Bezugszeichen 7 eine Isolationsbeschichtung, bezeichnet das Bezugszeichen 8 die Statorwicklung, bezeichnet das Bezugszeichen 9 ein Gehäuse, bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Statorjoch, bezeichnet das Bezugszeichen 11 eine lokale Vertiefung, bezeichnet das Bezugszeichen 12 eine Flauptachse, bezeichnet das Bezugszeichen 13 eine axiale Richtung, bezeichnet das Bezugszeichen 14 einen Luftspalt und bezeichnet das Bezugszeichen 15 ein Abstandselement.

Es wird auf Fig. 1 und Fig. 2 verwiesen, wobei Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht der elektrischen Axialflussmaschine 1 gemäß der Ausführungsform und Fig. 2 eine schematische Explosionsansicht der elektrischen Axialflussmaschine 1 gemäß der Ausführungsform zeigt.

Die elektrische Axialflussmaschine 1 weist eine Hauptachse 12 auf. Die Hauptachse 12 ist eine Achse, um die sich der Rotor 4 der elektrischen Axialflussmaschine 1 dreht und um die der erste Stator 2 und der zweite Stator 5 im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind. Die axiale Richtung 13 ist eine Richtung, die axial zu der Hauptachse 12 verläuft.

Der erste Stator, der zweite Stator 5 und der Rotor 4 sind mit dem sich dazwischen befindenden Luftspalt 14, der in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigt ist, koaxial zueinander in einer Richtung axial zu der Hauptachse 12 der elektrischen Axialflussmaschine 1 angeordnet. Jeder des ersten Stators 2 und des zweiten Stators 5 weist einen jeweiligen Statorkörper 3 auf, auf dem sich eine jeweilige Statorwicklung 8 befindet. Jeder jeweilige Statorkörper 3 weist mehrere Statorzähne 6 und ein Statorjoch 10 auf, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die jeweiligen Statorwicklungen 8 sind aus einem oder mehreren elektrischen Leitern ausgebildet, um die herum zur elektrischen Isolation der elektrischen Leiter gegenüber einer Umgebung eine elektrische Isolationsschicht vorgesehen ist.

Im weiteren Verlauf wird hier zur Vereinfachung lediglich von einem Stator ausgegangen, wobei die nachfolgenden Ausführungen für mindestens einen des ersten Stators 2 und des zweiten Stators 5 gelten.

Weiterhin wird im weiteren Verlauf lediglich von einem Statorzahn 6 ausgegangen, wobei die nachfolgenden Ausführungen für mindestens einen von mehreren Statorzähnen sowohl des ersten Stators 2 oder des zweiten Stators 5 als auch des ersten Stators 2 und des zweiten Stators 5 gelten.

Es wird auf Fig. 3 verwiesen, wobei Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Teils des Statorkörpers 3 mit der Statorwicklung 8 der elektrischen Axialflussmaschine 1 gemäß der Ausführungsform zeigt.

Die Statorwickung 8 ist in einer radialen Richtung des Stators und einer Umfangsrichtung des Stators um den Statorzahn 6 gewickelt.

Zwischen der Statorwicklung 8 und dem Statorzahn 6 ist eine Isolationsbeschichtung 7 zum Vorsehen einer elektrischen Isolation zwischen der Statorwicklung 7 und dem Statorzahn 6 vorgesehen.

Es wird auf Fig. 4 und Fig. 5 verwiesen, wobei Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines Bereichs entlang eines Schnitts B-B in Fig. 3 gemäß der Ausführungsform und Fig. 5 eine schematische Schnittansicht eines Bereichs entlang eines Schnitts A-A in Fig. 3 gemäß der Ausführungsform zeigt. Der Stator bzw. der Statorzahn 6 ist mit dem Gehäuse 9, das zum Beispiel ein Gehäuse der elektrischen Axialflussmaschine 1 ist, drehfest gekoppelt oder verbunden.

Der Statorzahn 6 weist eine lokale Vertiefung 11 auf, in der die Isolationsbeschichtung 7 angeordnet ist. Die lokale Vertiefung 11 ist an einer dem Luftspalt 14 zugewandten Seite des Statorzahns 6 vorgesehen. Das heißt, dass die lokale Vertiefung über den Luftspalt 14 dem Rotor 4 gegenüberliegt.

Die lokale Vertiefung 11 ist derart ausgebildet, dass in der axialen Richtung 13 , das heißt, der Richtung axial zu der Hauptachse (12), eine gemeinsame Höhe des Statorkörpers bzw. Statorzahns 6 und der in der lokalen Vertiefung 11 angeordneten Isolationsbeschichtung 7 vorzugsweise kleiner oder gleich einer Höhe des Statorkörpers bzw. Statorzahns 6 außerhalb eines Bereichs der lokalen Vertiefung 11 ist.

Zusätzlich zum Vorsehen der Isolationsbeschichtung 7 an der dem Luftspalt 14 zugewandten Seite des Statorzahns 6 kann die Isolationsbeschichtung 7 an einer dem Luftspalt 14 zugewandten Seite des Statorjochs 10 auf dem Statorjoch 10 vorgesehen sein.

Weiterhin kann die Isolationsbeschichtung 7 auf einer an das Statorjoch 10 angrenzenden Seitenfläche des Statorzahns 6 vorgesehen sein.

Die Isolationsbeschichtung 7 kann weiterhin direkt auf dem Stator angeordnet sein.

Um ein Kühlen der Statorwicklung 8 mittels eines Kühlfluids, zum Beispiel eines Kühlöls, zuzulassen, kann ein Abstandselement 15 zum Ausbilden eines Kühlkanals zwischen der Isolationsbeschichtung 7 und der Statorwicklung 8 vorgesehen sein. Vorzugsweise ist das Abstandselement 15 zwischen der Isolationsbeschichtung 7, die auf der an das Statorjoch 10 angrenzenden Seitenfläche des Statorzahns 6 vorgesehen ist, und der Statorwicklung 8 vorgesehen. Die Isolationsbeschichtung 7 kann eine Beschichtung sein, die zum Beispiel in einem automatisierten Verfahren in einer durchgängigen Schicht auf die zu beschichteten Bereiche auftragbar ist. Die Beschichtung kann zum Beispiel durch Lackieren oder Wirbelsintern aufgetragen sein.

Weiterhin kann die Isolationsbeschichtung 7 durch Umspritzen des Stators in einem Werkzeug, insbesondere durch Spritzpressen bzw. Transfer Molding oder Spritzgießen, aufgetragen sein.

Die Isolationsbeschichtung 7 ist vorzugsweise direkt auf die zu beschichtenden Bereiche des Stators aufgetragen, so dass die Isolationsbeschichtung 7 fest mit den zu beschichtenden Bereichen des Stators verbunden ist, wodurch eine mechanische und thermische Anbindung zwischen der Isolationsbeschichtung 7 und Flächen der zu beschichtenden Bereiche des Stators entsteht.

Aus den vorhergehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass eine Isolationsbeschichtung 7 zwischen der Statorwicklung 8 und dem Stator 2, 5 in einer elektrischen Maschine, vorzugsweise einer Axialflussmaschine, in beliebiger Bauform, vorgesehen ist. Die Hauptfunktion der Isolationsbeschichtung 7 ist ein Realisieren einer zusätzlichen zweiten Isolationsmaßnahme, die den mit der Isolationsschicht isolierten elektrischen Leiter im Fehlerfall der Isolationsschicht des elektrischen Leiters, das heißt, einer Wicklungsisolation, gegenüber dem Stator und angrenzenden elektrisch leitenden Bauteilen wirksam elektrisch isoliert. Die Isolationsbeschichtung 7 bedeckt bzw. umhüllt die Bereiche, in denen ein Unterschreiten von Luft- und Kriechstrecken im Fehlerfall der Wicklungsisolation vorliegt, mit einer ausreichenden Dicke. Zu den Bereichen zählen unter anderem Flächen des Statorzahns, des Statorjochs und allgemein angrenzende und nahe Flächen elektrisch leitender Bauteile.

Der Statorkörper ist zum Unterbringen der Isolationsbeschichtung 7 lokal freigestellt, so dass die Isolationsbeschichtung die Abmessungen der elektromagnetisch aktiven Komponenten nicht vergrößert bzw. im Verhältnis zu einem mechanischen Luftspalt der Maschine lediglich geringfügig oder lediglich lokal vergrößert. Obgleich die vorliegende Erfindung vorhergehend anhand von Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Ausgestaltungen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Zeichnung verwiesen.

Liste der Bezugszeichen

1 elektrische Axialflussmaschine

2 erster Stator

3 Statorkörper mit Statorwicklung

4 Rotor

5 zweiter Stator

6 Statorzahn

7 Isolationsbeschichtung

8 Statorwicklung

9 Gehäuse

10 Statorjoch

11 lokale Vertiefung

12 Hauptachse

13 Axiale Richtung

14 Luftspalt

15 Abstandselement