AT512036B1

AT512036B1 - ELECTRICAL MACHINE

Info

Publication number: AT512036B1
Application number: AT500082011A
Authority: AT
Inventors: Damiean Arestide; Christian Dipl Ing Schmidt
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-05-15
Also published as: AT512036A4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eisenlose elektrische Maschine, mit einem Stator (2) und einem Rotor (3). Um auf möglichst einfache Weise einen geringernLuftspalt zwischen Spulenpaket des Stators und dem Rotor zu erreichen, ist vorgesehen, dass sowohl der Stator (2), als auch der Rotor (3) in einzelne Sektoren unterteilt ist, wobei vorzugsweise jedem Statorsektor (4) ein Rotorsektor (5) zugeordnet ist, und wobei der Rotorsektor (5) innerhalb eines torusförmigen Statorsektor (4) angeordnet ist und wobei vorzugsweise der Statorsektor (4) ein im wesentlichen U-förmiges oder C-förmiges Profil aufweist.The invention relates to an electric machine, in particular an ironless electric machine, with a stator (2) and a rotor (3). In order to achieve as simple a manner as possible a smaller air gap between the coil pack of the stator and the rotor, it is provided that both the stator (2) and the rotor (3) are subdivided into individual sectors, wherein preferably each stator sector (4) is a rotor sector (5), and wherein the rotor sector (5) is arranged within a toroidal stator sector (4) and wherein preferably the stator sector (4) has a substantially U-shaped or C-shaped profile.

Description

österreichisches Patentamt AT512 036B1 2013-05-15Austrian Patent Office AT512 036B1 2013-05-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eisenlose elektrische Maschine, mit einem Stator und einem Rotor. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zu Herstellung dieser elektrischen Maschine.Description: The invention relates to an electric machine, in particular an ironless electric machine, having a stator and a rotor. Furthermore, the invention relates to a method for producing this electrical machine.

[0002] Die DE 10 2005 004 133 A1 beschreibt einen Elektromotor mit einem Stator, der einen an einer Statorachse befestigten Plattenhalter aufweist. Die Platten der Statorplattengruppe sind übereinandergeschichtet und jeweils in eine Vielzahl von Sektoren aufgeteilt, um die Herstellungskosten zu senken.DE 10 2005 004 133 A1 describes an electric motor with a stator having a fixed to a stator axis plate holder. The plates of the stator plate group are stacked and respectively divided into a plurality of sectors to lower the manufacturing cost.

[0003] Ein flacher interaktiver elektrischer Antrieb mit einem flachen Stator und einen magnetisierten Rotor ist aus der US 2006/0238 064 A1 bekannt. Der flache Stator weist einen Statorkern aus Silikonstahl auf und ist zwischen zwei Schichten von Leiterplatten angeordnet. Die Leiterplatten weisen Segmente aus voneinander beabstandeten Leiterbahnen auf.A flat interactive electric drive with a flat stator and a magnetized rotor is known from US 2006/0238 064 A1. The flat stator has a stator core of silicon steel and is sandwiched between two layers of printed circuit boards. The circuit boards have segments of spaced tracks.

[0004] Elektrische Maschine mit eisenlosen Wicklungsanordnungen sind beispielsweise aus der DE 20 2011 001 558 U1, der CN 2011 885 74 Y, der DE 10 2007 058 821 A1 oder der DE 10 2007 015 839 A1 bekannt.Electric machine with ironless winding arrangements are known for example from DE 20 2011 001 558 U1, CN 2011 885 74 Y, DE 10 2007 058 821 A1 or DE 10 2007 015 839 A1.

[0005] Insbesondere bei eisenlosen elektrischen Maschinen mit Luftspulen müssen die Statorwicklungen sehr nahe am Rotor anliegen, wobei ein nur sehr kleiner minimaler Luftspalt erlaubt ist. Dies erfordert eine sehr genaue Fertigung, welche mit klassischen Fertigungsmethoden nur schwer zu erreichen ist.Especially in ironless electric machines with air coils, the stator windings must be very close to the rotor, with only a very small minimum air gap is allowed. This requires a very accurate production, which is difficult to achieve with classic production methods.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise eine elektrische Maschine mit minimalen Luftspalt zu realisieren.The object of the invention is to avoid these disadvantages and to realize the simplest possible way an electric machine with minimal air gap.

[0007] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass sowohl der Stator, als auch der Rotor in einzelne Sektoren unterteilt ist, wobei vorzugsweise jedem Statorsektor ein Rotorsektor zugeordnet ist, und wobei der Rotorsektor innerhalb eines torusförmigen Statorsektors angeordnet ist und wobei vorzugsweise der Statorsektor ein im wesentlichen U-förmiges oder eiförmiges Profil aufweist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an der Innenwand jedes Statorsektors zumindest ein Statorspulenpaket mit mehreren Einzelwicklungen angeordnet, vorzugsweise eingepresst ist.According to the invention this is achieved in that both the stator, and the rotor is divided into individual sectors, preferably each stator sector is associated with a rotor sector, and wherein the rotor sector is disposed within a toroidal stator sector and wherein preferably the Statorsektor a in having significant U-shaped or egg-shaped profile. It is preferably provided that at least one stator coil pack with a plurality of individual windings is arranged, preferably pressed, on the inner wall of each stator sector.

[0008] Eine einfache und sichere Befestigung lässt sich erzielen, wenn das Statorspulenpaket in Harz eingebacken ist.A simple and secure attachment can be achieved when the Statorspulenpaket is baked in resin.

[0009] Weiters ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass jeder Rotorsektor für sich an einer zentralen Nabe befestigt ist, wobei vorzugsweise in jeden Rotorsektor, vorzugsweise im Umfangsbereich, zumindest ein Permanentmagnet eingesetzt ist.Furthermore, it is provided in the context of the present invention that each rotor sector is attached to a central hub, wherein preferably in each rotor sector, preferably in the peripheral region, at least one permanent magnet is used.

[0010] Eine einfache und sichere Verbindung der Statorsektoren ergibt sich, wenn jeweils zwei benachbarte Statorsektoren über zumindest eine vorzugsweise im Umfangsbereich angeordnete Formschlussverbindung miteinander formschlüssig verbunden sind.A simple and secure connection of the stator results in each case two adjacent stator sectors are positively connected to each other via at least one preferably arranged in the peripheral region positive locking connection.

[0011] Die eisenlose elektrische Maschine kann sehr einfach mit minimalem Luftspalt mit den folgenden Schritten hergestellt werden: [0012] - Konzipieren eines mehrteiligen Stators und eines mehrteiligen Rotors, jeweils aus mehreren Stator- und Rotorsektoren, wobei vorzugsweise den Statorsektoren eine gleich große Anzahl an Rotorsektoren zugeordnet wird; [0013] - Einsetzen zumindest eines Statorspulenpaketes mit mehreren Einzelwicklungen an der Innenseite jedes torussektorförmigen Statorsektors; [0014] - Zusammensetzen vorzugsweise je eines Statorsektors und je eines Rotorsektors zu einem Sektormodul, wobei der Rotorsektor innerhalb des Statorsektors angeordnet wird; [0015] - Montieren des Rotorsektors an einer zentralen Nabe; 1 /5 österreichisches Patentamt AT512 036 B1 2013-05-15 [0016] - Assemblierer! des Rotors und des Stators durch modulartiges Aneinanderreihen mehrere Sektormodule in Umfangsrichtung zu einem vollen Kreis.The ironless electric machine can be very easily manufactured with minimal air gap with the following steps: - Designing a multi-part stator and a multi-part rotor, each of a plurality of stator and rotor sectors, preferably the stator sectors an equal number of Rotor sectors is assigned; Inserting at least one stator coil package having a plurality of individual windings on the inside of each toroidal sector stator; - Assembling preferably each of a stator sector and one rotor sector to a sector module, wherein the rotor sector is disposed within the stator sector; - Mounting the rotor sector at a central hub; 1/5 Austrian Patent Office AT512 036 B1 2013-05-15 [0016] Assembler! the rotor and the stator by modularly stringing together several sector modules in the circumferential direction to a full circle.

[0017] Dabei wird vorzugsweise in jeden Statorsektor ein Spulenpaket mit mehreren Einzelwicklungen an der Innenseite des torussektorförmigen Statorsektors eingesetzt und danach mit einem Negativformkern eingepresst. Nach Entfernen des Negativformkernes wird das Spulenpaket in Harz eingebacken.In this case, a coil package is preferably used in each stator sector with a plurality of individual windings on the inside of the toroidal sector stator and then pressed with a negative mold core. After removing the negative mold core, the coil package is baked in resin.

[0018] Nach dem Zusammenbau wird die gewünschte Spulenkonfiguration erstellt.After assembly, the desired coil configuration is created.

[0019] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to the figures.

[0021] Fig. 1 [0022] Fig. 2 [0023] Fig. 3 [0024] Fig. 4 [0025] Fig. 5 [0026] Fig. 6 [0027] Fig. 7 [0028] Fig. 8 [0029] Fig. 9 [0030] Fig. 10 [0020] Es zeigen jeweils in Schrägansichten einen Statorsektor, ein Spulenpaket, eine Einzelwicklung eines Spulenpaketes, einen Statorsektor mit Spulenpaket, einen Statorsektor mit eingebrachtem Negativformkern, einen Statorsektor mit herausgezogenem Negativformkern, einen Statorsektor mit in Harz eingebackenem Spulenpaket, einen Rotorsektor, [0031] Fig. 11 [0032] Fig. 12 einen Rotorsektor samt Permanentmagneten, ein Sektormodul, ein Sektormodul samt Nabe und eine Stator-Rotoreinheit.Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8 [0029 FIG. 9 [0030] FIG. 10 shows in oblique views a stator sector, a coil package, a single winding of a coil package, a stator sector with coil package, a stator sector with inserted negative mold core, a stator sector with a negative mold core pulled out, a stator sector with FIG FIG. 11 shows a rotor sector together with permanent magnets, a sector module, a sector module together with a hub, and a stator-rotor unit. [0032] FIG.

[0033] Die erfindungsgemäße eisenlose elektrische Maschine weist eine Stator-Rotoreinheit 1 auf, wobei der Stator 2 und der Rotor 3 jeweils in Statorsektoren 4 und Rotorsektoren 5 unterteilt ist. Der Stator 2 und der Rotor 3 weisen jeweils die gleiche Anzahl an Statorsektoren 4 und Rotorsektoren 5 auf.The ironless electric machine according to the invention comprises a stator rotor unit 1, wherein the stator 2 and the rotor 3 is divided into stator sectors 4 and rotor sectors 5, respectively. The stator 2 and the rotor 3 each have the same number of stator sectors 4 and rotor sectors 5.

[0034] Die Statorsektoren 4 sind im Profil U-förmig oder C-förmig gestaltet und weisen an Ihrer Innenwand 4a jeweils ein Statorspulenpaket 6 mit Einzelwicklungen 7 auf. Das Statorspulenpaket 6 ist dabei mit einem Negativformkern 8 an die Innenwand 4a des Statorsektors 4 gepresst und danach in Harz 9 eingebacken.The stator 4 are designed in profile U-shaped or C-shaped and have on their inner wall 4a each have a stator coil 6 with individual windings 7. The stator coil package 6 is pressed with a negative mold core 8 to the inner wall 4a of the stator sector 4 and then baked in resin 9.

[0035] An den Rotorsektoren 5 sind Permanentmagnete 10 in Ausnehmungen 11 eingesetzt. Jeder Rotorsektor 5 wird an der zentralen Nabe 12 durch Schrauben 13 befestigt.At the rotor sectors 5 permanent magnets 10 are inserted into recesses 11. Each rotor sector 5 is fastened to the central hub 12 by screws 13.

[0036] Die Herstellung der Stator-Rotoreinheit 1 geschieht wie folgt: [0037] Die Einzelwicklungen 7 des Spulenpaketes 6 (eine Spule einer Phase) wird in einer Ebene gewickelt und anschließend in den Statorsektoren 4 in Form gebracht. Dabei wird ein Negativformkern 8 in den Statorsektor eingeschoben und das Spulenpaket 6 gegen die Innenwand 4a des Statorsektors 4 gedrückt. Danach wird der Negativformkern 8 wieder entfernt, wie in Fig. 6 gezeigt ist, und das Spulenpaket 6 in Harz in den Statorsektor 4 eingebacken.The production of the stator rotor unit 1 is as follows: The individual windings 7 of the coil package 6 (a coil of a phase) is wound in a plane and then brought into shape in the stator sectors 4. In this case, a negative mandrel 8 is inserted into the stator sector and the coil package 6 is pressed against the inner wall 4a of the stator sector 4. Thereafter, the negative mold core 8 is removed again, as shown in Fig. 6, and bake the coil package 6 in resin in the stator sector 4.

[0038] Je ein Rotorsektor 5 und ein Statorsektor 4 werden zu einem Sektormodul zusammengesetzt 45 und an der Nabe 12 montiert. Die Statorsektoren 4 weisen an Ihrem äußeren Umfang ineinander greifende Formschlussverbindungen 14 auf, wodurch die Statorsektoren 4 in radialer Richtung unverschiebbar miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird ein sicherer Zusammenhalt des Stators 2 erreicht.Depending on a rotor sector 5 and a stator sector 4 are assembled to a sector module 45 and mounted on the hub 12. The stator sectors 4 have at their outer periphery interlocking form-locking connections 14, whereby the stator sectors 4 are immovably connected to each other in the radial direction. In this way, a secure cohesion of the stator 2 is achieved.

[0039] Durch die Anwendung des Negativformkerns 8 kann die erwünschte Passgenauigkeit des Spulenpaketes 6 erreicht werden und damit der Abstand zum Rotor 3 im optimalen Bereich 2/5By applying the negative mold core 8, the desired fit of the coil package 6 can be achieved and thus the distance to the rotor 3 in the optimum range 2/5

Claims

Austrian Patent Office AT512 036B1 2013-05-15 be executed. Through the manufacturing process close tolerances can be met and thereby a very small air gap can be realized. 1. Electric machine, in particular ironless electric machine, with a stator (2) and a rotor (3), characterized in that both the stator (2), and the rotor (3) is divided into individual sectors, preferably each stator sector (4) is associated with a rotor sector (5), and wherein the rotor sector (5) within a toroidal stator sector (4) is arranged and preferably wherein the stator sector (4) has a substantially U-shaped or C-shaped profile.

2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that on the inner wall (4a) of each stator sector (4) at least one Statorspulenpaket (6) with a plurality of individual windings (7) is arranged, is preferably pressed.

3. Electrical machine according to claim 2, characterized in that the Statorspulenpaket (6) is baked in resin.

4. Electrical machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that each rotor sector (5) is fastened by itself to a central hub (12).

5. Electrical machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that in each rotor sector (5), preferably in the peripheral region, at least one permanent magnet (10) is inserted.

6. Electrical machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that in each case two adjacent stator sectors (4) via at least one preferably arranged in the peripheral region positive connection (14) are positively connected to each other.

7. A method for producing an electrical machine, comprising the following steps: - Designing a multi-part stator (2) and a multi-part rotor (3), each of a plurality of stator and rotor sectors (4, 5), preferably the stator sectors (4) the same number of rotor sectors (5) is assigned; - inserting at least one stator coil package (6) with a plurality of individual windings (7) on the inner side (4a) of each torus segment-shaped stator sector (4); - Assembling preferably each of a stator sector (4) and a respective rotor sector (5) to a sector module (45), wherein the rotor sector (5) within the stator sector (4) is arranged; - mounting the rotor sector (5) on a central hub (12); - Assembling the rotor (3) and the stator (2) by modularly stringing together several sector modules (45) in the circumferential direction to a full circle.

8. The method according to claim 7, characterized in that the Statorspulenpaket (6) with a negative mold core (8) of the stator sector (4) in the stator sector (4) is pressed.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that, preferably after the press-fitting process, the stator coil package (6) is baked in resin. For this 2 sheets of drawings 3/5