Titel

Stator, Axialflussmaschine und Pumpe

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine Axialflussmaschine nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Axialflussmaschine mit einem solchen Stator sowie eine Pumpe mit einer solchen Axialflussmaschine.

Stand der Technik

Bei Pumpen mit Motoren mit Axialflusstopologie wird die Isolationsmaske üblicherweise sowohl für die Wicklungsisolation als auch für die Abdichtung des Motorbereichs gegen das Pumpenmedium verwendet.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile

Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Stator für eine Axialflussmaschine mit einem Statorkern welcher sich in Axialrichtung erstreckende Zähne aufweist. Um die, Zähne sind Wicklungen angeordnet und zwischen den Zähnen und Wicklungen eine Isolationsmaske. Erfindungsgemäß weist die Isolationsmaske wenigstens eine Zahnhalsmaske und wenigstens eine Zahnkopfmaske auf. Das hat den Vorteil, dass die Zahnhalsmaske für die elektrische Isolierung der Wicklungen gegen den Statorkern ausgelegt werden kann und die Zahnkopfmaske für die Abdichtung gegen das Pumpenmedium ausgelegt werden kann. Insbesondere können die Zahnhalsmaske und die Zahnkopfmaske aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein. Daher ist es nicht notwendig, ein Material für die gesamte Isoliermaske zu verwenden, welches Anforderungen an die elektrische Isolierung, ggf. an thermische Belastbarkeit und die Abdichtung gegenüber dem Pumpenmedium erfüllen muss. Folglich kann ein Stator bereitgestellt werden, welcher eine sicher und zuverlässig arbeitende Axialflussmaschine bzw. Pumpe ermöglicht und gleichzeitig materialschonen bzw. materialsparsam und damit auch kostengünstig herstellbar ist.

Dabei soll unter einer Axialflussmaschine eine besondere elektrische Maschine verstanden werden. Unter einer elektrischen Maschine soll insbesondere ein Elektromotor verstanden werden, bevorzugt einen rotativer Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor. Ein Stator ist üblicherweise dazu eingerichtet, Erregerspulen aufzunehmen. Die Erregerspulen können im Betrieb der elektrischen Maschine ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, insbesondere Drehfeld erzeugen, welches dazu vorgesehen ist, den Rotor in Rotation zu versetzten. Der Rotor bzw. der Läufer des Elektromotors kann generell mit Permanentmagneten bestückt sein, stromkommutierte Spulen für die Magnetfelderzeugung aufweisen, oder als so genannter Kurzschlussläufer einer Asynchronmaschine ausgebildet sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung die elektrische Maschine als eine Axialflussmaschine ausgebildet, welche dadurch charakterisiert ist, dass das durch die Erregerspulen des Stators erzeugte Magnetfeld im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse der Axialflussmaschine angeordnet ist. Im Gegensatz dazu erstreckt bei elektrischen Maschinen mit Innen- oder Außenläufern das Magnetfeld in einer Radialebene, also senkrecht zur Rotationsachse. Typischerweise weist der Stator daher Zähne auf, welche sich parallel zur Rotationsachse bzw. in Axialrichtung erstrecken und mit Erregerspulen oder Wicklungen bewickelt sind. Der Rotor ist vorteilhaft weitgehend scheibenförmig ausgebildet und an einer axialen Stirnseite des Stators angeordnet, vorteilhaft an der axialen Stirnseite mit den Zahnköpfen.

Darunter, dass sich eine Struktur im Wesentlichen in eine Richtung oder entlang einer Richtung erstreckt oder angeordnet ist soll insbesondere verstanden werden, dass eine Haupterstreckungsrichtung der Struktur bevorzugt parallel zur Richtung angeordnet ist oder um einen Winkel von höchstens 20°, bevorzugt höchstens 10°, besonders bevorzugt höchstens 5° von einer parallelen Anordnung abweicht. Eine Wicklung, beispielsweise Zahnwicklung oder Sehnenwicklung, wird insbesondere durch einen Leiter bzw. Draht ausgebildet, welcher mindestens einmal, bevorzugt mehrfach um einen Pol gewickelt ist, welcher in einer axialen Richtung der Maschinenkomponente ausgerichtet ist. Bevorzugt weist eine Wicklung einen Kupferleiter bzw. einen Kupferdraht auf. Beispielsweise kann die Wicklung durch zwei unterschiedliche Nuten gewickelt werden. Typischerweise weist eine Wicklung eine Vielzahl von Windungen auf. Es ist vorgesehen, dass die Wicklung im Betrieb der elektrischen Maschine bestromt wird und ein magnetisches Feld ausbildet. Die Ausrichtung des Pols des magnetischen Feldes kann mit einer radialen Haupterstreckungsrichtung von einem der Zähne zusammenfallen, um welche die Wicklung gewickelt ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind die Wicklungen bevorzugt als Zahnwicklungen ausgebildet. Unter einer Zahnwicklung soll insbesondere eine Wicklung verstanden werden, welche um genau einen Zahn gewickelt ist und abschnittsweise durch die beiden an den Zahn angrenzenden Nuten verläuft. Eine solche Wicklung wird auch als Einzelzahnwicklung bezeichnet. Der Pol des magnetischen Feldes fällt bei Zahnwicklungen typischerweise mit der Achse der Haupterstreckungsrichtung des Zahns zusammen. Eine Zahnwicklung wird typischerweise mit der Nadelwickeltechnik oder mit Hilfe von Leitblechen angebracht. Es ist auch möglich, dass die Wicklung vorgewickelt wird und anschließend auf den Zahn aufgeschoben wird. So wird bei Axialflussmaschinen typischerweise zunächst eine Kunststoffhülse bewickelt, welche nach dem Wickeln mit der Wicklung auf den Zahn aufgeschoben wird.

Eine Isolationsmaske ist insbesondere dafür vorgesehen, die Wicklungen vom Statorgrundkörper bzw. vom Statorkern, welcher die Zähne und Nuten aufweist und typischerweise aus einem Metall, insbesondere Elektroblech ausgebildet ist, elektrisch zu isolieren. Typischerweise ist eine Isolationsmaske aus Kunststoff ausgebildet und wird auf den Grundkörper der Maschinenkomponenten aufgesetzt - beispielsweise in Axialrichtung aufgeschoben - oder angespritzt. Bevorzugt ist eine Isolationsmaske so ausgebildet, dass sie im auf die Maschinenkomponente montierten Zustand zumindest den Zahnhals eines Zahns abdeckt oder weitgehend abdeckt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Isolationsmaske zumindest zweistückig ausgebildet und weist wenigstens eine Zahnhalsmaske und eine Zahnkopfmaske auf.

Die Zahnhalsmaske ist ein Bauteil, welches dazu vorgesehen ist, wenigstens einen Zahnhals eines Zahns, bevorzugt die Zahnhälse aller Zähne weitgehend vollständig abzudecken. Vorteilhaft überdeckt die Zahnhalsmaske mit jeweils einem Zahnhalsabschnitt weitgehend vollständig einen Zahnhals eines Zahns. Vorteilhaft überdeckt die Zahnhalsmaske wenigstens einen Nutgrund zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen, bevorzugt alle Nutgründe des Statorkerns weitgehend vollständig.

Darunter, dass eine Fläche weitgehend vollständig überdeckt ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Fläche zu wenigstens 90%, bevorzugt wenigstens 95%, besonders bevorzugt wenigstens 98% überdeckt ist.

In Axialflussmaschinen weist der Statorgrundkörper bzw. Statorkern typischerweise einen weitgehend scheibenförmigen Grundkörper auf, welcher als Joch dient und von welchem aus sich die Zähne in Axialrichtung erstrecken. Die Zähne sind bevorzugt gleichförmig um den Umfang des Grundkörpers angeordnet. Im in der Axialflussmaschine montierten Zustand erstreckt sich der scheibenförmige Grundkörper in der Radialebene senkrecht zur Rotationsachse.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll darunter, dass eine Struktur weitgehend gemäß einer bestimmten geometrischen Figur ausgebildet ist verstanden werden, dass eine solche gedachte geometrische Figur existiert, von welcher diese Struktur mit weniger als 80% ihres Volumens abweicht, bevorzugt um weniger als 90%, besonders bevorzugt um weniger als 95%. Beispielsweise soll darunter, dass eine Struktur weitgehend scheibenförmig ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass eine gedachte Scheibe bzw. Zylinder existiert, von welchem diese Struktur mit weniger als 80% ihres Volumens abweicht, bevorzugt um weniger als 90%, besonders bevorzugt um weniger als 95%.

Vorteilhaft weist der Statorgrundkörper bzw. Statorkern ein S MC- Material auf bzw. ist aus einem solchen ausgebildet. SMC-Material (Soft Magnetic powder iron Composite) ist ein Material, welches mittels einer Pressform in die gewünschte Form gepresst und dann bei einer relativ niedrigen Temperatur wärmebehandelt wird, damit die notwendigen isolierenden Schichten zwischen den Pulverpartikeln nicht zerstört werden. SMC-Materialien sind aus oberflächenisolierten Eisenpartikeln zusammengesetzt, die ungleichmäßig geformt sind, jedoch eine in etwa kugelförmige Struktur gleicher Größe aufweisen. Die Pulvermaterialien weisen Partikel aus Eisenverbindungen auf, die eine Größe aufweisen, die sich zum Verpressen und Formen von Maschinenelementen eignet. Die Partikel können beispielsweise Dimensionen von etwa 0,1 mm aufweisen und in einem einzigen Schritt mit Drücken von etwa 800 MPa verpresst werden, um magnetische Maschinenelemente mit komplexen Formen und engen Toleranzen zu erhalten. Die verpressten SMC- Maschinenelemente werden dann bei Temperaturen von beispielsweise etwa 500°C für etwa 30 Minuten erwärmt, um das Maschinenelement zu erhalten. Ein Statorkern aus einem SMC-Material hat gegenüber laminierten Eisenkörper oder Blechpakete den Vorteil, dass dieser fertigungstechnisch sehr viel einfacher herstellbar ist. Das ist insbesondere bei Statoren für Axialflussmaschinen von Vorteil, da die benötigte Geometrie mit einer axialseitigen Grundplatte als Joch und sich daraus axial erstreckenden Zähnen nur sehr schwer mit Blechpaketen herstellbar ist.

Vorteilhaft ist die Zahnhalsmaske als ein einstückiges Bauteil ausgebildet. Insbesondere kann die Zahnhalsmaske einstückig mit einem oder mehreren Zahnhalsabschnitten ausgebildet sein. Vorteilhaft kann die Zahnhalsmaske einstückig mit einem oder mehreren Nutabschnitten ausgebildet sein. Insbesondere ist es denkbar, dass die Zahnhalsabschnitte einstückig mit den Nutabschnitten ausgebildet sind.

Unter einstückig soll in diesem Zusammenhang insbesondere stoffschlüssig verbunden, wie beispielsweise durch einen Schweißprozess und/oder einen Klebeprozess usw. und besonders vorteilhaft angeformt verstanden werden, wie durch die Herstellung aus einem Guss und/oder durch die Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren.

Es ist auch möglich, dass die Zahnhalsmaske mehrstückig bzw. aus mehreren Teilstücken ausgebildet ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass je ein separater Zahnhalsabschnitt der Zahnhalsmaske dafür vorgesehen ist, jeweils einen Zahnhals weitgehend zu überdecken.

Vorteilhaft ist die Zahnhalsmaske aus einem elektrisch gut isolierenden Material ausgebildet, welches vorteilhaft auch beständig ist gegenüber einer thermischen Belastung. Beispielsweise kann die Zahnhalsmaske einen Kunststoff aufweisen. Von Vorteil haben sich Polyamide und/oder Elastomere herausgestellt, insbesondere thermoplastische Elastomere.

Die Zahnkopfmaske ist ein Bauteil, welches dazu vorgesehen ist, wenigstens einen Zahnkopf eines Zahns, bevorzugt die Zahnköpfe aller Zähne weitgehend vollständig abzudecken.

Vorteilhaft ist die Zahnkopfmaske als ein einstückiges Bauteil ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass die Zahnkopfmaske mehrstückig bzw. aus mehreren Teilstücken ausgebildet ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass je ein separates Teilstück der Zahnkopfmaske genau einem Zahnkopf zugeordnet ist.

Bevorzugt ist die Zahnkopfmaske aus einem gut abdichtenden Material ausgebildet, welches vorteilhaft auch beständig ist gegenüber einer mechanischen Belastung. Beispielsweise kann die Zahnkopfmaske einen Kunststoff aufweisen. Vorteilhaft weist die Zahnkopfmaske ein elastisches Material auf. Das ermöglicht eine gute Abdichtung gegenüber dem Pumpenmedium. Es ist auch von Vorteil, wenn die Zahnkopfmaske ein Material aufweist, welches eine gute chemische Beständigkeit gegenüber dem Pumpenmedium aufweist. Von Vorteil haben sich Polyamide und/oder Elastomere herausgestellt, insbesondere thermoplastische Elastomere, auch Duroplast sind denkbar. Beispielsweise haben Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Kautschuk, insbesondere Nitril- Kautschuk eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber Wasserstoff. Es ist beispielsweise denkbar, dass die Zahnkopfmaske aus einem Grundkörper besteht, welcher aus einem elastischen Material ausgebildet ist und auf einer dem Pumpenmedium zugewandten Seite eine Beschichtung aufweist, welche beständig ist gegenüber dem Pumpenmedium, beispielsweise eine Beschichtung mit PTFE. Es ist auch möglich, dass die Zahnhalsmaske mit Glasfasern und/oder Kohlefasern verstärkt ist, was die mechanische Belastbarkeit verbessern kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Stators möglich.

Es ist von Vorteil, wenn die Zahnhalsmaske einen sich im Wesentlichen axial erstreckenden Zahnhalsabschnitt aufweist, welcher weitgehend einen Zahnhals eines Zahns abdeckt. Das ermöglicht eine besonders gute elektrische Isolierung der Zahnhälse von den Wicklungen.

Die Zahnhalsmaske wird weiter verbessert, wenn sie einen sich im Wesentlichen radial erstreckenden Nutabschnitt aufweist, welcher weitgehend einen Nutgrund zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen abdeckt. Zum einen kann auf diese Weise der Nutgrund elektrisch von der Wicklung isoliert werden, zum anderen ermöglicht ein Nutabschnitt das Verbinden von zwei benachbarten Zahnhalsabschnitten. Insbesondere ermöglicht eine Mehrzahl von Nutgründen die Bereitstellung einer einstückigen Zahnhalsmaske. Das hat den Vorteil einer sehr einfachen Montage der Zahnhalsmaske auf den Statorkern.

Von Vorteil ist, wenn die Zahnkopfmaske sich im Wesentlichen radial erstreckt, weitgehend eben ausgebildet ist und weitgehend einen Zahnkopf eines Zahns abdeckt, vorzugsweise weitgehend die rotorseitige axiale Stirnseite des Statorkerns abdeckt. Insbesondere kann die Zahnkopfmaske weitgehend scheibenförmig ausgebildet sein. Es ist denkbar, dass die Zahnkopfmaske einen weitgehend scheibenförmigen Grundkörper aufweist, welcher Aufnahmen - beispielsweise in der Form von Vertiefungen - für die Zahnköpfe aufweist. Der Stator wird weiter verbessert, wenn die Zahnhalsmaske und Zahnkopfmaske über eine Rastverbindung miteinander formschlüssig verbunden sind. Das ermöglicht eine einfache Montage und einen sicheren Halt der Isolationsmaske. Insbesondere ist eine Clipsverbindung denkbar, so dass die Zahnkopfmaske einfach auf die Zahnhalsmaske aufclipsbar ist. Vorteilhaft weisen dazu die Zahnkopfmaske und die Zahnhalsmaske jeweils zueinander komplementäre Rastelement auf, welche Zusammenwirken und dafür eingerichtet sind, zusammen eine formschlüssige Rastverbindung auszubilden. Beispielsweise können die komplementären Rastelemente Rasthaken und Rastösen sein. Vorteilhaft sind die Rastelemente einstückig mit der Zahnkopfmaske bzw. mit der Zahnhalsmaske ausgebildet.

Es ist weiter von Vorteil, wenn die für die Rastverbindung vorgesehenen Rastelemente jeweils über elastische Verformungselemente mit jeweils einem Nutabschnitt verbunden sind. Auf diese Weise können die Rastelemente besonders sicher und komfortabel eine Rastverbindung herstellen. Es ist besonders von Vorteil, wenn die Verformungselemente in Axialrichtung bzw. in Richtung der Rotationsachse elastisch verformbar sind. Auf diese Weise kann die Zahnkopfmaske elastisch mit der Zahnhalsmaske koppeln, insbesondere kann eine Spannung in Axialrichtung zwischen der Zahnkopfmaske und der Zahnhalsmaske aufgebracht werden. Das hat den Vorteil, dass die unter Spannung stehende Zahnkopfmaske und Zahnhalsmaske Fertigungstoleranzen und/oder Komponententoleranzen ausgleichen können. Weiterhin können auch Betriebstoleranzen - beispielsweise durch eine thermische Dehnung - ausgeglichen werden. Insgesamt lässt sich mit elastischen Verformungselementen eine sichere und dauerhafte Positionierung der Zahnkopfmaske bzw. Zahnhalsmaske gewährleisten.

Vorteilhaft sind die Verformungselemente einstückig mit der Zahnhalsmaske und/oder mit einem jeweiligen Nutabschnitt ausgebildet. Vorteilhaft sind die Verformungselemente einstückig mit dem jeweils zugeordneten Rastelement oder Rastelementen ausgebildet. Beispielsweise ist es denkbar, dass ein Verformungselement ein elastisches Material aufweist. Es ist auch denkbar, dass das Verformungselement durch eine besondere geometrische Gestaltung ausgebildet, beispielsweise als ein dünner Steg, welcher senkrecht zu seiner Längserstreckungsrichtung elastisch biegbar ausgebildet ist

Der Stator wird weiter verbessert, wenn die Zahnhalsmaske sich axial erstreckende Nutelemente aufweist, welche jeweils zwischen zwei benachbarten Wicklungen angeordnet sind. Vorteilhaft erstrecken sich die Nutelemente aus den Nutabschnitten. Bevorzugt sind die Nutelemente eben ausgebildet und erstrecken sich vorteilhaft in Radialrichtung. Die Nutelemente haben den Vorteil, dass sie die Wicklungen Stabilisieren. Zusätzlich haben die Nutelemente den Vorteil, dass sie auf diese Weise eine genaue Anordnung der Zahnhalsmaske unterstützen und so insbesondere die Positioniergenauigkeit der Rastelemente der Zahnhalsmaske erhöhen. Vorteilhaft sind die Nutelemente jeweils einstückig mit der Zahnhalsmaske, insbesondere mit den Nutabschnitten der Zahnhalsmaske ausgebildet.

Die mechanische Stabilität und Positioniergenauigkeit der Zahnhalsmaske wird weiter verbessert, wenn die Nutelemente entlang der Rotationsachse miteinander verbunden sind. Vorteilhaft sind die Nutelemente einstückig miteinander ausgebildet.

Von Vorteil ist auch eine Axialflussmaschine mit einem Motorgehäuse, einem Stator gemäß der vorliegenden Erfindung und einem Rotor, wobei der Rotor scheibenförmig ausgebildet ist und wenigstens einen Permanentmagneten aufweist. Eine solche Axialflussmaschine zeichnet sich durch eine hohe Betriebssicherheit aus und lässt sich materialschonend bzw. kostengünstig fertigen.

Von Vorteil ist auch eine Pumpe, insbesondere Wasserstoffpumpe, mit einer Axialflussmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung, einem am Motorgehäuse angeordneten Hydraulikgehäuse, wobei im Hydraulikgehäuse ein Verdichterrad angeordnet ist, welches an den Rotor gekoppelt ist. Eine derartige Pumpe hat aufgrund des erfindungsgemäßen Stators auch bei aggressiven Pumpenmedien eine hohe Betriebsdauer. Zudem ist aufgrund des mehrstückigen Designs der Isoliermaske ein einfacher Austausch der dem Pumpenmedium ausgesetzten Zahnkopfmaske möglich - insbesondere bei einer mit der Rastverbindung an die Zahnhalsmaske gekoppelten Zahnkopfmaske. Das ermöglicht eine einfache und material- bzw. kostenschonende Wartung.

Zeichnungen

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Stators sowie der Pumpe und Axialflussmaschine abgebildet und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine Schnittdarstellung einer Pumpe mit einer Axialflussmaschine und Stator gemäß der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 eine Explosionsdarstellung des Stator gemäß der vorliegenden Erfindung,

Figur 3 eine perspektivische Ansicht des Stator aus Figur 2 im zusammengebauten Zustand,

Figur 4 eine alternative Ansicht des Stators aus den Figuren 2 und 3 mit ausgeblendeten Statorkern und Verschalteplatte und

Figur 5 einer perspektivische Ansicht auf die Zahnhalsmaske des Stators.

Beschreibung

In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.

Figur 1 zeigt eine Pumpe 14 mit einer Axialflussmaschine 12. Beispielhaft ist die Pumpe 14 eine Wasserstoffpumpe. Die Axialflussmaschine 12 weist ein Motorgehäuse 16 mit einem Stator 10 auf. Beispielhaft ist das Motorgehäuse 16 mehrteilig ausgebildet und weist ein Statorgehäuse 16a und ein Stirnseitengehäuse 16b auf. Die Axialflussmaschine 12 weist einen Rotor 18 und einen Stator 10 auf. Der Stator 10 ist innerhalb vom Statorgehäuse 16a angeordnet. Der Stator 10 weist sich in eine Axialrichtung 20 erstreckende Zähne 22 auf. Beispielhaft weist der Stator 10 sechs Zähne 22 auf. Die Erfindung funktioniert für eine beliebige Anzahl an Zähnen 22. Der Stator 10 weist Wicklungen 23 bzw. Erregerwicklungen um die Zähne 22 auf.

Das Stirnseitengehäuse 16b ist mit dem Statorgehäuse 16a verbunden. Beispielhaft ist das Stirnseitengehäuse 16b an einer ersten axialen Stirnseite 24a des Stators 10 angeordnet. Im Stirnseitengehäuse 16b ist vorteilhaft eine Verschalteplatte 26 angeordnet. Die Verschalteplatte 26 ist beispielhaft an der ersten axialen Stirnseite 24a des Stators 10 angeordnet. Die Wicklungen 23 weisen jeweils einen Eingangsdraht 28 und einen Ausgangsdraht 30 auf, welche jeweils aus einer radialen Innenseite bzw. an einer Rotationsachse 32 der Axialflussmaschine 12 angeordnet sind. Die Eingangs- und Ausgangsdrähte 28, 30 verlaufen entlang der Axialrichtung 20 ausgehend von den Zähnen 22 in Richtung der Verschalteplatte 26 und verlaufen dort durch eine zentral an der Rotationachse 32 angeordnete zentrale Verschalteöffnung 33. Die Eingangs- und Ausgangsdrähte 28, 30 weisen eine Biegung auf und sind innerhalb des Stirnseitengehäuses 16b weitgehend in einer Radialebene angeordnet bzw. erstrecken sich weitgehend jeweils in einer Radialrichtung 34. Die Eingangs- und Ausgangsdrähte 28, 30 sind beispielhaft jeweils über eine Schneid-Klemm- Verbindung (SKV) 35 elektrisch mit der Verschalteplatte 26 kontaktiert.

Das Stirnseitengehäuse 16b ist auf einer dem Statorgehäuse 16a gegenüberliegenden Seite beispielhaft mit einem Elektronikgehäuse 36 verbunden. Im Elektronikgehäuse 36 ist eine Steuerelektronik 38 angeordnet, welche über in Figur 1 nicht sichtbare Kontaktierfahnen 40 (siehe Figur 2) elektrisch mit der Verschalteplatte 26 verbunden ist. Auf diese Weise sind insbesondere die Wicklungen 23 über die Eingangs- und Ausgangsdrähte 28, 30, die Verschalteplatte 26 und die Kontaktierfahnen 40 mit der Leistungselektronik verschaltet. An einer der ersten axialen Stirnseite 24a gegenüberliegend angeordneten zweiten axialen Stirnseite 24b des Stators 10 ist am Statorgehäuse 16a ein Hydraulikgehäuse 42 bzw. Verdichtergehäuse angeordnet Der Rotor 18 ist an der zweiten axialen Stirnseite 24b des Stators 10 angeordnet. Der Rotor 18 ist weitgehend im Hydraulikgehäuse 42 angeordnet. Im Hydraulikgehäuse 42 ist ein Verdichterrad 44 bzw. ein Pumpenrad angeordnet. Das Verdichterrad 44 ist über eine Rotorwelle 46 drehtest mit dem Rotor 18 verbunden. Das Hydraulikgehäuse 42 und das Motorgehäuse 16a weisen an den jeweils zueinander zugewandten axialen Stirnseiten jeweils einen um die Rotationsachse 32 in einer Umfangsrichtung 48 (siehe Figur 2) verlaufenden, weitgehend ringförmig ausgebildeten Kanal auf, wobei die Kanäle zusammen ein weitgehend ringförmigen Verdichterkanal 52 ausbilden. Das Verdichterrad 44 ist teilweise, insbesondere mit Verdichterschaufeln im Verdichterkanal 52 angeordnet.

Das Pumpenmedium, in vorliegenden Ausführungsbeispiel Wasserstoff, wird im Betrieb der Pumpe 14 im Wesentlichen durch den Verdichterkanal 52 durch das Verdichterrad 44 bewegt. Somit ist das Pumpenmedium im Wesentlichen im Hydraulikgehäuse 42 angeordnet. Der Stator weist eine Isolationsmaske 50 auf. Der Stator 10 ist beispielhaft mit seiner zweiten axialen Stirnseite 24b dem Rotor 18 zugewandt und kann dort mit dem Pumpenmedium in Kontakt geraten. In diesem Bereich weist die Isolationsmaske 50 des Stators 10 eine Zahnkopfmaske 50a auf, welche mit dem Pumpenmedium im Betrieb der Pumpe 14 in Kontakt ist.

Figur 2 zeigt zur Illustration der Isolationsmaske 50 eine Explosionsansicht des Stators 10 entlang der Rotationsachse 32. Der Stator 10 weist einen Statorkern 54 bzw. Statorgrundkörper 54 auf. Der Statorkern 54 weist eine Grundplatte 56 auf, von welcher aus sich die Zähne 22 entlang der Axialrichtung 20 erstrecken. Insbesondere hat die Grundplatte 56 die Funktion eines Jochs. Die Grundplatte 56 hat eine radial äußere, weitgehend kreisförmige Kontur und zentral an der Rotationsachse 32 eine zentrale Statoröffnung 57, welche insbesondere für die Eingangs- und Ausgangsdrähte 28, 30 der Wicklungen 23 vorgesehen ist. Insbesondere ist die Grundplatte 56 weitgehend ringförmig ausgebildet. Die Zähne 22 sind entlang der Umfangsrichtung 48 gleichmäßig um die Grundplatte 56 angeordnet. Die Grundplatte 56 ist an der ersten axialen Stirnseite 24a des Stators 10 angeordnet. Insbesondere bildet die von den Zähnen 22 abgewandte Seite der Grundplatte 56 die erste axiale Stirnseite 24a. Die Zähne 22 erstrecken sich von der Grundplatte 56 aus entlang der Axialrichtung 20 in Richtung der zweiten axialen Stirnseite 24b des Stators 10. Die Zähne 22 weisen sich in Axialrichtung 20 erstreckende Zahnhälse 58 auf. Die Zahnhälse 58 sind insbesondere zur Anordnung der Wicklungen 23 vorgesehen. An ihren von der Grundplatte 56 abgewandten Ende weisen die Zähne 22 jeweils ihren Zahnkopf 60 auf. Die Zahnköpfe 60 weisen eine Zahnoberfläche auf, welche sich im Wesentlichen in Radialrichtung 34 erstreckt. Die Zahnköpfe 60 sind an der zweiten axialen Stirnseite 24b angeordnet. Insbesondere bilden die Zahnköpfe 60 die zweite axiale Stirnseite 24b aus.

Im Ausführungsbeispiel ist die Grundpatte 56 einstückig mit dem Statorkern 54 ausgebildet. Vorteilhaft sind die Zähne 22 einstückig mit dem Statorkern 54 ausgebildet. Insbesondere ist die Grundplatte 56 einstückig mit den Zähnen 22 ausgebildet. Unter einstückig soll in diesem Zusammenhang insbesondere stoffschlüssig verbunden, wie beispielsweise durch einen Schweißprozess und/oder einen Klebeprozess usw. und besonders vorteilhaft angeformt verstanden werden, wie durch die Herstellung aus einem Guss und/oder durch die Herstellung in einem Einoder Mehrkomponentenspritzverfahren.

Beispielhaft ist der Statorkern 54 im Ausführungsbeispiel einstückig aus SMC-Material hergestellt bzw. ausgebildet.

An der ersten axialen Stirnseite 24a ist die Verschalteplatte 26 angeordnet. Beispielhaft erstrecken sich drei Paare von Kontaktierfahnen 40 von der Leiterplatte 26 in Axialrichtung 20 in die vom Statorkern 54 wegweisende Richtung. Die drei Paare von Kontaktierfahnen 40 sind zum Anschluss an die Steuerelektronik 38 bzw. Leistungselektronik vorgesehen und sind jeweils den beispielhaft drei Phasen der Axialflussmaschine 12 zugeordnet. Wie deutlich zu erkennen ist, weist die Verschalteplatte 26 beispielhaft zwölf SKV 35 angeordnet. Die SKV 35 sind für die elektrische Kontaktierung der Eingangs- und Ausgangsdrähte 28, 30 der sechs Wicklungen 23 vorgesehen. Beispielhaft sind dabei jeweils vier der SKV 35 jeweils einer Phase der Axialflussmaschine 12 zugeordnet Insbesondere sind jeweils zwei Wicklungen 23 jeweils einer Phase der Axialflussmaschine 12 zugeordnet

In der Darstellung in Figur 2 erstrecken sich die Eingangs- und Ausgangsdrähte 28, 30 der sechs Wicklungen 23 in Axialrichtung 20. Auf diese Weise können sie bei der Montage durch die zentrale Statoröffnung 57 des Statorkerns 54 bzw. seiner Grundplatte 56 und durch die zentrale Verschalteöffnung 33 der Verschalteplatte 26 durchgesteckt werden. Anschließend können die Eingangsund Ausgangsdrähte 28, 30 der sechs Wicklungen 23 in Radialrichtung 34 umgebogen werden und die entsprechenden SKV 35 kontaktieren bzw. in diese eingeklemmt werden.

Die Isolationsmaske 50 weist die Zahnkopfmaske 50a auf. Weiterhin weist die Isolationsmaske 50 die Zahnhalsmaske 50b auf. Die Zahnhalsmaske 50b weist einen sich im Wesentlichen entlang der Axialrichtung 20 erstreckenden Zahnhalsabschnitt 62 auf, welcher dazu vorgesehen ist, die Zahnhälse 58 weitgehend abzudecken. Die Zahnhalsabschnitte 62 erstrecken sich aus einem Nutabschnitt 64 der Zahnhalsmaske 50b heraus. Der Nutabschnitt 64 erstreckt sich im Wesentlichen in einer Radialebene. Die Zahnkopfmaske 50a weist auf ihrer ersten axialen Stirnseite 24a eine an der Rotationsachse 32 angeordnete, zentrale Maskenöffnung 65 auf. Die Maskenöffnung 65 ist im Wesentlichen zum Durchführen der Eingangs- und Ausgangsdrähte 28, 30 der Wicklungen 23 vorgesehen. Beispielhaft erstrecken sich die Nutabschnitte 64 ausgehend von der Maskenöffnung 65 in Radialrichtung 34 nach außen. Im Ausführungsbeispiel weist der Nutabschnitt 64 sechs Teilstücke aus, welche sich jeweils in Radialrichtung 34 und in Umfangsrichtung 48 erstrecken und dafür vorgesehen sind, jeweils einen Nutgrund 66 zwischen zwei Zähnen 22 abzudecken. Ein Nutgrund 66 ist insbesondere der Abschnitt einer dem Zähnen 22 zugewandten Seiten der Grundplatte 56, welcher zwischen zwei in Umfangsrichtung 48 zueinander benachbarten Zähnen 22 angeordnet ist. Die sich aus dem Nutgrund 66 erstreckenden Zahnhalsabschnitte 62 sind tubular ausgebildet und weisen an der ersten axialen Stirnseite 24a Durchführungen auf, durch welche die Zähne 22 durchsteckbar sind. Weiterhin weisen die Zahnhalsabschnitte 62 Durchführungen auf der zweiten axialen Stirnseite 24b auf, durch welche die Zähne 22 teilweise herausragen, insbesondere die Zahnköpfe 60. Anders formuliert umgreifen die Zahnhalsabschnitte 62 im an dem Statorkern 54 montierten Zustand die Zahnhälse 58 weitgehend entlang der Umfangsrichtung 48 und der Radialrichtung 34 und lassen die Zahnköpfe 60 bzw. die zweite axiale Stirnseite 24b der Zähne 22 frei.

Die Zahnkopfmaske 50a ist an der zweiten axialen Stirnseite 24b der Zähne 22 bzw. an der Zahnköpfen 60 angeordnet. Insbesondere deckt die Zahnkopfmaske 50a im montierten Zustand die zweite axiale Stirnseite 24 des Statorkerns 54 ab. Die zweite axiale Stirnseite 24b ist im montierten Zustand die rotorseitige axiale Stirnseite 24b des Stators 10 bzw. des Statorkerns 54, siehe Figur 1 . Die Zahnkopfmaske 50a ist weitgehen eben ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen in der Radialebene bzw. in Radialrichtung 34 und in Umfangsrichtung 48. Beispielhaft ist die Zahnkopfmaske 50a weitgehend scheibenförmig oder kreisförmig ausgebildet. Vorteilhaft deckt die Zahnkopfmaske 50a die zweite axiale Stirnseite 24b aller Zähne 22 bzw. alle Zahnköpfe 60 ab.

Wie deutlich zu erkennen ist, weist die Zahnkopfmaske 50a sich in Axialrichtung 20 erhebende Nutstege 68 auf. Die Nutstege 68 erstrecken sich in Richtung des Statorkerns 54. Vorteilhaft erstrecken sich die Nutstege 68 in Radialrichtung 34. Im montierten Zustand sind die Nutstege 68 jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung 48 benachbarten Zähnen 22 angeordnet. Das hat den Vorteil, dass die Nutstege 68 die Zahnkopfmaske 50a versteifen können. Weiterhin ist deutlich zu erkennen, dass die Zahnkopfmaske 50a eine zentrale Aufnahme 70 aufweist. Die Aufnahme 70 ist beispielhaft als eine rotorseitige, konkave Vertiefung auf der zweiten axialen Stirnseite 24b der Zahnkopfmaske 50a ausgebildet. Die Aufnahme 70 ist dazu vorgesehen, den Rotor 18 zu lagern, insbesondere die Rotorwelle 46 zu lagern. Beispielsweise kann die Aufnahme 70 ein Lager aufnehmen, welches die Rotorwelle 46 lagert.

Im Ausführungsbeispiel weist die Zahnhalsmaske 50b Rasthaken 72 auf. Die Rasthaken 72 sind an der zweiten axialen Stirnseite 24b angeordnet. Beispielhaft sind die Rasthaken 72 in Umfangsrichtung 48 zwischen zwei benachbarten Zahnhalsabschnitten 62 angeordnet. Beispielhaft sind die Rasthaken 72 an stabförmigen Erstreckungen 74 angeordnet, welche sich im Wesentlichen entlang der Axialrichtung 20 erstecken. Im Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Erstreckungen 74 ausgehend von einem jeweiligen Nutabschnitt 64 in Richtung der zweiten axialen Stirnseite 24b. Insbesondere sind die Erstreckungen 74 jeweils radial außen am Nutabschnitt 64 angeordnet. Die Rasthaken 72 sind an dem der zweiten axialen Stirnseite 24b zugeordneten Ende der jeweiligen Erstreckung 74 angeordnet.

Beispielhaft weist die Zahnkopfmaske 50a Rastösen 76 aus. Die Rastösen 76 sind entlang des Umfangs der Zahnkopfmaske 50a angeordnet. Die Rastösen 76 sind komplementär zur den Rasthaken 72. Insbesondere können die Rasthaken 72 formschlüssig mit den Rastösen 76 Zusammenwirken bzw. an diese koppeln und eine Rastverbindung 78 ausbilden. Im montierten Zustand ist die Zahnkopfmaske 50a über die Rastverbindung 78 formschlüssig mit der Zahnhalsmaske 50b verbunden.

Bei der Montage bzw. einem Verfahren zur Herstellung des Stators 10 wird zunächst die Zahnhalsmaske 50b in Axialrichtung 20 auf den Statorgrundkörper 54 aufgeschoben. Dabei werden die Zähne 22 durch die Zahnhalsabschnitte 62 durchgeführt. Anschließend sind die Zahnköpfe 60 durch die Zahnhalsabschnitte 62 durchgeführt und auf der zweiten axialen Stirnseite 24b der Zahnhalsabschnitte 62 angeordnet. In einem weiteren Schritt werden die Spulen 23 an dem Statorgrundkörper 54 mit der Zahnhalsmaske 50b angeordnet. Anschließend wird die Zahnkopfmaske 50a an die Zahnköpfe 60 angeordnet und bevorzugt über die Rastverbindung 78 mit der Zahnhalsmaske 50b verbunden. Insbesondere sind durch die Zahnkopfmaske 50a die Wicklungen 23 gegen ein axiales Verschieben abgesichert bzw. abgestützt.

Beispielhaft weist die Zahnhalsmaske 50b an der Maskenöffnung 65 weitere, sekundäre Rasthaken 80 auf. Die sekundären Rasthaken 80 erstrecken sich vom Rand der Maskenöffnung 65 in Axialrichtung 20 in Richtung der Verschalteplatte 26 bzw. in Richtung der Grundplatte 56 des Statorkerns 54. Anders formuliert erstrecken sich die sekundären Rasthaken 80 von den Zahnhalsabschnitten 62 weg oder von den Wicklungen 23 weg. Beispielhaft sind die sekundären Rasthaken 80 in Umfangsrichtung 48 äquidistant um die zentrale Maskenöffnung 65 angeordnet. Beispielhaft weist die Zahnhalsmaske 50b sechs sekundäre Rasthaken 80 auf, welche jeweils an einem Zahnhalsabschnitt 62 angeordnet sind.

Die sekundären Rasthaken 80 sind insbesondere dazu vorgesehen, die Zahnhalsmaske 50b mittelbar oder unmittelbar formschlüssig mit dem Statorkern 54 zu koppeln. Im in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die sekundären Rasthaken 80 dazu vorgesehen, an die Verschalteplatte 26 zu koppeln. Dazu weist die Verschalteöffnung 33 komplementäre Aufnahmen bzw. Nuten auf, in welche die komplementären Rasthaken 80 einkoppeln können bzw. einhaken können. Auf diese Weise können die Rasthaken 80 mit der Verschalteplatte 26 eine formschlüssige Verbindung ausbilden. Im montierten Zustand greifen dazu die komplementären Rasthaken 80 durch die Statoröffnung 57 und durch die Verschalteöffnung 33 durch und koppeln dann an die Aufnahmen bzw. Nuten, welche am Rand der Verschalteöffnung 33 angeordnet sind. Dadurch, dass die komplementären Rasthaken 80 durch die Statoröffnung 57 durchgreifen, kann mittels der komplementären Rasthaken 80 eine formschlüssige Verbindung zwischen der Verschalteplatte 26, dem Statorgrundkörper 54 und der Zahnhalsmaske 50b hergestellt werden.

Bei der Montage bzw. einem Verfahren zur Herstellung des Stators 10 nach der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform kann zunächst die Verschalteplatte 26 am Statorgrundkörper 54 angeordnet werden. Anschließen wird die Zahnhalsmaske 50b in Axialrichtung 20 auf den Statorgrundkörper 54 aufgeschoben, wobei die komplementären Rasthaken 80 zunächst durch die Statoröffnung 57 und dann durch die Verschalteöffnung 33 geschoben werden und an der Verschalteöffnung 33 mit der Verschalteplatte 26 verrasten. Alternativ kann auch zuerst die Zahnhalsmaske 50b in Axialrichtung 20 auf den Statorgrundkörper 54 aufgeschoben werden, wobei die komplementären Rasthaken 80 durch die Statoröffnung 57 geführt werden. Anschließend wird die Verschalteplatte 26 auf den Statorgrundkörper 54 aufgesetzt und dabei die aus der Statoröffnung 57 herausragenden sekundären Rasthaken 80 durch die Verschalteöffnung 33 geführt wobei diese mit der Verschalteplatte 26 verrasten. In diesem Fall dienen die sekundären Rasthaken 80 auch vorteilhaft als Positionierhilfe für die Anordnung der Verschalteplatte 26.

In alternativen Ausführungsformen ist es auch denkbar, dass die sekundären Rasthaken 80 dafür ausgebildet bzw. vorgesehen sind, direkt mit dem Statorgrundkörper 54 zu koppeln. Beispielsweise können die sekundären Rasthaken 80 im montierten Zustand mit dem Rand der zentralen Statoröffnung 57 verrasten bzw. mit am Rand der zentralen Statoröffnung 57 angeordneten Rastelementen, welche zusammen mit den sekundären Rasthaken 80 eine formschlüssige Verbindung ausbilden.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf den Stator 10 aus Figur 2 im zusammengebauten Zustand. Wie deutlich zu erkennen ist, greifen die Rasthaken 72 in die Rastösen 76 ein und stellen insbesondere eine formschlüssige Rastverbindung 78 zwischen der Zahnhalsmaske 50b und der Zahnkopfmaske 50a her. Die Zahnkopfmaske 50a deckt den Stator 10 von der zweiten axialen Stirnseite 24b weitgehend vollständig ab. Insbesondere verschließt die Zahnkopfmaske 50a den Stator 10 in der Pumpe 14 weitgehend gegenüber dem Hydraulikgehäuse 42.

Figur 4 zeigt eine Ansicht des Stators 10 auf die erste axiale Stirnseite 24a. Der Übersicht halber sind die Verschalteplatte 26 und der Statorgrundkörper 54 nicht abgebildet. Wie deutlich zu erkennen ist, weisen die Eingangs- und Ausgangsdrähte 28, 30 nach einem axialen Verlauf durch die Maskenöffnung 65 (und die in Figur 4 nicht sichtbare Statoröffnung 57 und Verschalteöffnung 33) jeweils eine Biegung um etwa 90° auf und verlaufen anschließend jeweils in die Radialrichtung 34. Es ist auch deutlich zu erkennen, dass die Zahnhalsabschnitte 62 der Zahnhalsmaske 50b auf der ersten axialen Stirnseite 24a Öffnungen für die Zähne 22 aufweisen, welche insbesondere zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung 48 benachbarten Nutabschnitten 64 angeordnet sind.

Die Erstreckungen 74 mit den Rasthaken 72 erstrecken sich jeweils von einem Nutabschnitt 64 aus entlang der Axialrichtung 20 in Richtung der Zahnkopfmaske 50a. Im in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Rasthaken 72 bzw. Erstreckungen 74 jeweils mit einem Verformungselement 82 des jeweiligen Nutabschnitts 64 verbunden. Die Verformungselemente 82 sind elastisch ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel weist der Nutabschnitt 64 einen Schlitz auf, welcher sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung 48 erstreckt und radial unmittelbar vor der Kontaktstelle des Rasthakens 72 bzw. der Erstreckung 74 mit dem Nutabschnitt 64 angeordnet. Auf diese Weise bildet der Nutabschnitt 64 an der der Kontaktstelle des Rasthakens 72 bzw. der Erstreckung 74 mit dem Nutabschnitt 64 einen sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung 48 erstreckenden Steg aus, welcher das Verformungselement 82 ausbildet. Auf diese Weise ist das Verformungselement 82 insbesondere in Axialrichtung 20 elastisch auslenkbar.

Figur 5 zeigt eine Ansicht auf einen Ausschnitt der Zahnhalsmaske 50b auf die zweite axiale Stirnseite 24b. Es ist deutlich zu erkennen, wie sich die Erstreckungen 74 mit den Rasthaken 72 an der zweiten axialen Stirnseite 24b jeweils ausgehend von den Verformungselementen 82 in Axialrichtung 20 erstrecken. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwischen in Umfangsrichtung 48 benachbarten Zahnhalsabschnitten 62 jeweils ein Nutelement 84 angeordnet. Im in Stator 10 montierten Zustand sind die Nutelemente 84 jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung 48 benachbarten Wicklungen 23 angeordnet. Die Nutelemente 84 sind beispielhaft weitgehend plattenförmig ausgebildet. Die Nutelemente 84 erstrecken sich jeweils in Axialrichtung 20. Beispielhaft erstrecken sich die Nutelemente 84 von den Nutabschnitten 64 ausgehend in Richtung der zweiten axialen Stirnseite 24b. Vorteilhaft erstrecken sich die Nutelemente 84 jeweils in der Radialrichtung 34. Vorteilhaft ist zwischen einem Nutelement 84 und dem nächsten Rastelement 72 ein radialer Abstand ausgebildet. Auf diese Weise kann insbesondere ein Rasthaken 72 bei der Montage radial nach innen ausgelenkt werden. Im in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel treffen die Nutelemente 84 in der Rotationsachse 32 zusammen und sind entlang der Rotationsachse 32 miteinander verbunden.