Titel

Stator für eine elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine mit einer als Steckwicklung ausgeführten Wicklung, die Steckelemente umfasst, die in Statornuten angeordnet sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Stators.

Stand der Technik

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102014221 951 Al ist eine Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine mit einer als Steckwicklung ausgebildeten Wicklung bekannt, wobei die Steckelemente jeweils U-förmig mit einem Brückenabschnitt und zwei davon abstehenden Schenkelabschnitten ausgebildet sind.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung und/oder Montage eines Stators für eine elektrische Maschine mit einer als Steckwicklung ausgeführten Wicklung, die Steckelemente umfasst, die in Statornuten angeordnet sind, zu vereinfachen.

Die Aufgabe ist bei einem Stator für eine elektrische Maschine mit einer als Steckwicklung ausgeführten Wicklung, die Steckelemente umfasst, die in Statornuten angeordnet sind, dadurch gelöst, dass die Steckelemente als Leiterstäbe ausgeführt sind, die mit ersten Enden außerhalb der Statornuten in einer ersten Schalteinrichtung verschaltet sind, und die mit zweiten Enden außerhalb der Statornuten in einer zweiten Schalteinrichtung verschaltet sind.

Die Leiterstäbe umfassen vorzugsweise längliche Leiterkörper, die sich geradlinig, das heißt nicht gebogen, durch die Statornuten hindurch erstrecken. Mit ihren entgegengesetzten Enden ragen die Leiterstäbe aus den Statornuten heraus. Durch die beanspruchte Verschaltung kann die Stromführung in den Leiterstäben des Stators optimiert werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stator ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schalteinrichtungen als einfache Verschalteplatte ausgeführt ist. Die Verschalteplatte umfasst zum Beispiel ein umspritztes Stanzgitter. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine komplexe Schaltplatte oder Verschalteplatte in zwei einfache Schaltplatten oder Verschalteplatten aufgeteilt. Dadurch kann der axiale Bauraum, den die elektrische Maschine mit dem Stator benötigt, vorteilhaft reduziert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stator ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stator mit der mindestens einen Verschalteplatte, vorzugsweise mit zwei Verschalteplatten, einen geringeren axialen Bauraum als ein herkömmlicher Wickelkopf benötigt. Das wirkt sich insbesondere dann vorteilhaft aus, wenn die elektrische Maschine in einem knapp bemessenen Bauraum eingesetzt wird, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellenantrieb. Die erste Schalteinrichtung umfasst vorteilhaft Anschlussverbindungen, durch welche die Leiterstäbe in der ersten Schalteinrichtung mit Außenanschlüssen des Stators verschaltet sind.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stator ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schalteinrichtung mindestens einen definierten Sternpunkt umfasst, in dem die Leiterstäbe in der zweiten Schalteinrichtung verschaltet sind. So werden die unterschiedlichen Funktionen einer komplexen herkömmlichen Schalteinrichtung auf die beiden Schalteinrichtungen verteilt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stator ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schalteinrichtungen mindestens ein Einlegeteil umfasst, das mindestens eine Zusatzfunktion ausübt. Das Einlegeteil dient zum Beispiel vorteilhaft zur Kühlung der Schalteinrichtung. Alternativ oder zusätzlich kann das Einlegeteil zur elektrischen Isolierung in der Schalteinrichtung dienen. Das Einlegeteil ist vorteilhaft, im Schnitt betrachtet, als Winkelprofil ausgeführt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stator ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schalteinrichtungen mindestens eine Sensoreinrichtung umfasst. Durch die Integration der Sensoreinrichtung in die Schalteinrichtung kann der konstruktive Aufwand für die Herstellung des Stators deutlich reduziert werden. Die Sensoreinrichtung umfasst zum Beispiel einen Temperatursensor und/oder einen Hallsensor.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stator ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schalteinrichtungen mindestens eine Öffnung umfasst, die eine Kontaktierung nach außen ermöglicht. Dadurch wird die Darstellung von unterschiedlichen Anschlüssen des Stators erheblich vereinfacht. Besonders vorteilhaft kann der Kontaktierungsaufwand durch die Öffnungen reduziert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stator ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stator außen von einer Hülse begrenzt ist. Das liefert den Vorteil, dass ein ansonsten erforderlicher Verguss des Stators gegebenenfalls entfallen kann.

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Stators ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Leiterstäbe mit ihren ersten Enden außerhalb der Statornuten in der ersten Schalteinrichtung verschaltet werden, wobei die Leiterstäbe mit ihren zweiten Enden außerhalb der Statornuten in der zweiten Schalteinrichtung verschaltet werden. Durch diese Verschaltung kann die Stromführung in den Leitern des Stators optimiert werden.

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Leiterstab, eine Hülse, ein Einlegeteil und/oder eine Schalteinrichtung, insbesondere eine Verschalteplatte, für einen vorab beschriebenen Stator. Die genannten Teile sind separat handelbar. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrische Maschine mit einem vorab beschriebenen Stator. Die elektrische Maschine dient besonders vorteilhaft zum elektrischen Antrieb eines Luftverdichters in einem Brennstoffzellensystem.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Luftverdichters, der durch eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator angetrieben ist;

Figur 2 einen ähnlichen Stator wie in Figur 1 im Halbschnitt, wobei als Leiterstäbe ausgeführte Steckelemente außerhalb der Statornuten in einer ersten Schalteinrichtung und in einer zweiten Schalteinrichtung verschaltet sind.

In Figur 1 ist ein Luftverdichter 1 schematisch dargestellt, der durch eine elektrische Maschine 2 angetrieben ist. Der Luftverdichter 1 dient in einem (nicht dargestellten) Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung von Luft, die einer Brennstoffzelle zugeführt wird.

Die elektrische Maschine 2 umfasst einen Rotor 3, der in einem Stator 4 drehbar ist. Der Stator 4 umfasst eine in Figur 1 nur angedeutete Statornut 6. Eine Wicklung 10 des Stators 4 ist als Steckwicklung mit Leiterstäben 11, 12, 13 ausgeführt. Die Leiterstäbe 11, 12, 13 stellen Steckelemente der als Steckwicklung ausgeführten Wicklung 10 dar.

Die Leiterstäbe 11, 12 ragen mit ihren entgegengesetzten Enden auf entgegengesetzten Seiten aus der Statornut 6 heraus. Die in Figur 1 linken Enden der Leiterstäbe 11, 12, 13 sind in einem Verbindungsbereich 7 angeordnet. Die in Figur 1 rechten Enden der Leiterstäbe 11, 12, 13 sind in einem Verbindungsbereich 8 angeordnet. Nach außen wird der Stator 4 von einem Gehäuse 5 begrenzt.

In Figur 2 ist eine elektrische Maschine 22 mit einem nur durch eine Drehachse angedeuteten Rotor 23 und einem Stator 24 im Halbschnitt dargestellt. Der Stator 24 ist in einem Gehäuse 25 untergebracht.

Durch einen Statornutbereich 26 erstrecken sich als Leiterstäbe 31, 32, 33 ausgeführte Steckelemente einer als Steckwicklung ausgeführten Wicklung 30 des Stators 24. Die Leiterstäbe 31 bis 33 ragen mit ihren entgegengesetzten Enden aus dem Statornutbereich 26 heraus in Verbindungsbereiche 27, 28. Radial außerhalb des Statornutbereichs 26 und der Verbindungsbereiche 27, 28 wird der Stator 24 von einer Hülse 29 begrenzt.

Die in Figur 2 linken Enden der Leiterstäbe 31 bis 33 sind in einer ersten Schalteinrichtung 41 verschaltet. Die in Figur 2 rechten Enden der Leiterstäbe 31 bis 33 sind in einer zweiten Schalteinrichtung 42 verschaltet.

Die erste Schalteinrichtung 41 umfasst eine einfache Verschalteplatte 43 mit Außenanschlüssen u, v, w. Die Verschalteplatte oder Schaltplatte 43 umfasst ein (nicht dargestelltes) umspritztes Stanzgitter, über das die Leiterstäbe 31 bis 33 elektrisch mit den Anschlüssen u, v, w verbunden sind.

Die Verschalteplatte 43 ist vorteilhaft mit einem Einlegeteil 51 kombiniert. Über das Einlegeteil 51 kann vorteilhaft Wärme aus dem Inneren der Verschalteplatte 43 abgeführt werden. Je nach Ausführung des Einlegeteils 51 kann gegebenenfalls ein ansonsten benötigter Verguss des Stators 24 an dieser Stelle entfallen. Durch Leitungssymbole 45 ist in Figur 2 unten angedeutet, wie die Leiterstäbe 31 bis 33 mit den Anschlüssen u, v, w verschaltet werden können.

Durch ein Symbol 46 in Figur 2 unten ist angedeutet, dass die Leiterstäbe 31 bis 33 in der zweiten Schalteinrichtung 42 in einem Sternpunkt verschaltet sind, der in die Verschalteplatte 44 integriert ist. Die Verschalteplatte 44 ist vorteilhaft ebenfalls als umspritztes Stanzgitter ausgeführt. Ein Einlegeteil 52 ist in die Verschalteplatte 44 integriert. Das Einlegeteil 52 dient zum Beispiel dazu, die Stabilität und/oder Kühlung der zweiten Schalteinrichtung 42 zu verbessern. Die Verschalteplatte 44 umfasst des Weiteren Öffnungen 55, die eine Kontaktierung nach außen ermöglichen, beispielsweise durch Schweißen.

Darüber hinaus ist eine Sensoreinrichtung 54 in die Verschalteplatte 44 integriert. Die Sensoreinrichtung 54 kann auf einfache Art und Weise stabil in der Schalteinrichtung 42 fixiert werden.

Durch eine Bemaßungslinie 57 ist in Figur 2 angedeutet, dass durch die Verwendung der Schalteinrichtungen 41, 42 weniger axialer Bauraum benötigt wird. Die Montage der Verschalteplatten 43, 44 kann auf einfache Art und Weise durch Einstecken und Aufsetzen erfolgen. Der Aufwand für die Kontaktierung ist deutlich geringer als bei herkömmlichen komplexen Wicklungsköpfen.