AT522711A1 - Stator für eine Axialflussmaschine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Stator (2) für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzähnen (7), die einen Zahnkörper (8) und ein Rückschlusselement (11) aufweisen, und mit mehreren Spulenwicklungen (10), wobei das Rückschlusselement (11) aus einem gerollten Blechpaket besteht, in dem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zahnkörper (8) der Statorzähne (7) angeordnet sind oder welche die Zahnkörper (8) der Statorzähne (7) formen.
Description
aufweisen, und mit mehreren Spulenwicklungen.
Die Erfindung betrifft auch einen Stator für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzähnen, die einen SMC-Werkstoff und einen Zahnkörper aus einem zum SMC-Werkstoff unterschiedlichen, weichmagnetischen Werkstoff aufweisen, und die jeweils einen Zahnfuß und einen Zahnkopf aufweisen, wobei der Zahnkopf ein Flusssammelelement aufweist, und mit mehreren Spulenwicklun-
gen.
Weiter betrifft die Erfindung eine Axialflussmaschine umfassend zumindest einen
Stator und zumindest einen Rotor.
Elektrische Baugruppen mit einem scheibenförmigen Rotor und einem paralle!| dazu angeordneten Stator sind aus dem Stand der Technik bekannt, und finden z.B. in Axialflussmaschinen Anwendung. Üblicherweise weist der Rotor eine Mehrzahl von Permanentmagneten bzw. Dauermagnetpolen auf, welche durch einen Luftspalt getrennt an gegenüberliegenden elektromagnetisch erregbaren Polen des Stators vorbei rotieren. Die elektromagnetisch erregbaren Pole sind dabei z.B. als Statorzähne aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet, wie dies beispielsweise die DE 10 2016 207 943 A1 beschreibt, um deren Zahnkern eine elektrisch leitfähige Wicklung bei Bestromung ein Magnetfeld erzeugt. Durch rotor-
lageabhängige Bestromung der in Umfangsrichtung des Stators gleichmäßig und
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Leistungs- und/oder Drehmomentendichten gefordert sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Stator für eine verbesserte Axi-
alflussmaschine bereitzustellen.
Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung bei dem eingangs genannten Stator dadurch, dass das Rückschlusselement aus einem gerollten Blechpaket besteht, in dem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zahnkörper der Statorzähne angeordnet sind, oder welche die Zahnkörper der Statorzähne formen, und/oder dass ausschließlich die Flusssammelelemente zumindest teilweise aus dem SMCWerkstoff gebildet sind.
Weiter wird die Aufgabe der Erfindung bei der eingangs genannten Axialflussmaschine dadurch gelöst, dass der zumindest eine Stator erfindungsgemäß ausgebildet ist.
Von Vorteil ist dabei, dass durch das gerollte Rückschlusselement die Flussdichte verbessert und der Stanzabfall bei der Herstellung des Stators reduziert werden kann. Durch die hybride Ausführung der Statorzähne aus dem SMC- und dem weichmagnetischen Werkstoff kann die magnetische Flussdichte durch die Statorzähne, bzw. durch diese umschließende Wicklungen, erhöht werden, wodurch je nach Auslegungspriorität der Wirkungsgrad und das Drehmoment bzw. die Drehmomentendichte der Axialflussmaschine erhöht werden können. Durch die Materialkombination kann die dreidimensionale Magnetflussführung, die durch das SMC-Material erreicht wird, selbst dann noch aufrechterhalten werden, wenn die Magnetausnutzung durch die erhöhte Flussdichte im Körper der Zähne wesentlich höher ist. Darüber hinaus ist durch die Verwendung der teureren SMCWerkstoffe nur für die Flusssammelelemente auch eine entsprechende Reduktion
der Herstellkosten des Stators erzielbar.
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Blechelementen aus kornorientiertem Blech bestehen oder dieses umfassen.
Gemäß einer Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen sein, dass die Flusssammelelemente formschlüssig mit den jeweiligen Zahnkörpern verbunden sind. Durch die Formschlüssigkeit der Verbindung kann die Montage der Flusssammelelementen auf den Zahnkörpern vereinfacht und deren Halterung auf den
Zahnkörpern verbessert werden.
Bevorzugt werden gemäß einer weiteren Ausführungsvariante die Zahnkörper jeweils durch ein, gegebenenfalls gerolltes, Blechpaket gebildet, wodurch in den Zahnkörpern Wirbelstromverluste vermieden werden können und eine höhere 2DFlussdichte erreicht werden kann. Durch die Ausführung mit einem gerollten Blech
kann der Stanzabfall bei der Herstellung des Stators reduziert werden.
Es kann nach einer anderen Ausführungsvariante des Stators auch vorgesehen sein, dass die Statorzähne auf einem Rückschlusselement angeordnet sind, wobei das Rückschlusselement durch ein gerolltes Blech gebildet ist. Durch den gerollten Statorrückschluss kann der Stanzabfall im Vergleich zum „geschichteten“
Rückschluss reduziert werden.
Es kann nach einer weiteren Ausführungsvariante des Stators vorgesehen werden, dass das Rückschlusselement und die Zahnkörper einstückig miteinander ausgebildet sind, womit ein besserer Kontakt zwischen Rückschlusselement und den Zahnkörpern erreicht werden kann. Zudem kann die Anzahl an Einzelteilen für die Montage des Stators reduziert werden. Es kann somit die gesamte Einheit aus dem Rückschlusselement und den Zahnkörpern aus einem einstückigen, geroll-
tem Blech hergestellt sein.
Zur Reduktion des notwendigen Maschinenraums und zur weiteren Vereinfachung der Montage können bei einer anderen Ausführungsvariante des Stators die Spulenwicklungen eine gesteckte konzentrierte Spulenwicklungen sein. Es kann damit
auch der Vorteil eines erhöhten Füllfaktors in der Nut erreicht werden.
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Spannung erreicht werden.
Nach einer Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen werden, dass das
Blechpaket aus mehreren Einzelblechpaketen zusammengesetzt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen sein, dass das Blechpaket oder die Blechpakete Blechlamellen aufweist/aufweisen, die miteilnander verbunden sind. Durch die Verbindung der Blechlamellen kann das ma-
schinelle Handling der Blechpakete verbessert werden.
Bevorzugt werden die Blechlamellen kurzschlussfrei miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verklebt oder mit einem Backlack verbacken. Es ist aber auch möglich, dass die Blechlammen miteinander verschweißt, insbesondere
punktverschweißt, verstemmt oder verklemmt sind.
Das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement und den Zahnkörpern kann bei einer anderen Ausführungsvariante des Stators über Stanzlöcher fixiert sein. Mit dieser Ausführungsvariante kann der Stator erhöhten mechanischen Anforderungen (z.B. Vibrationen) besser ausgesetzt werden. Darüber hinaus kann
damit auf teure Klebe- oder Vergussprozesse verzichtet werden.
Gemäß einer Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen sein, dass das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement und den Zahnkörpern axial in eine Statorgehäuse geschraubt ist, womit eine einfache und ebenfalls kostenreduzierende Ausführungsvariante des Stators erreicht werden kann. Der Stator kann bis zu einem hohen Grad vorgefertigt werden und dann zerlegbar montiert werden. Diese Ausführungsvariante ist insbesondere für große Axialflussmaschi-
nen von Vorteil.
Nach anderen Ausführungsvarianten des Stators kann vorgesehen sein, dass unter den Wickelköpfen auf der dem Luftspalt abgewandten Seite Freiräume ausgebildet sind, in denen zumindest ein Kühlelement und/oder eine Verschaltung der
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womit die Effizienz der Kühlung verbessert werden kann.
Nach einer anderen Ausführungsvariante des Stators kann auch vorgesehen werden, dass zwischen Verbindungsstellen zweier angrenzender Blechpakete eine elektrische Isolierung angeordnet ist, wodurch Wirbelströme besser verhindert
werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Axialflussmaschine weist diese zur Erhöhung der Leistungsdichte zwei Statoren auf, wobei zwischen den
beiden Statoren in der Axialrichtung ein Rotor angeordnet ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden
Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante einer Axialflussmaschine; Fig. 2 eine weitere Ausführungsvariante einer Axialflussmaschine; Fig. 3 einen Stator in Schrägansicht vom Luftspalt gesehen und mit teilweise
entfernten Flusssammelelementen;
Fig. 4 eine erste Ausführungsvariante eines Flusssammelelementes in
Schrägansicht;
Fig. 5 eine Ausführungsvariante eines Stators in Schrägansicht vom Luftspalt
gesehen und mit teilweise entfernten Flusssammelelementen;
Fig. 6 eine zweite Ausführungsvariante eines Flusssammelelementes in
Schrägansicht;
Fig. 7 ein gerolltes Rückschlusselement in Schrägansicht;
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Statorzähne ausgebildeten gerollten Rückschlusselement; Fig. 9 ein Detail von Ausführungsvarianten des Stators; Fig. 10 ein Detail einer anderen Ausführungsvariante des Stators.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-
angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Axialflussmaschine 1 umfassend, zumindest einen Stator 2 und zumindest einen Rotor 3. Die Axialflussmaschine 1 kann beispielsweise zwei Rotoren 3 aufweisen, zwischen denen der Stator 2 angeordnet ist. Es ist aber auch die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsvariante mit nur
einem Stator 2 und nur einem Rotor 3 möglich.
Auf dem Rotor 3 bzw. den Rotoren 3 sind Magnete 4, beispielsweise Permanentmagnete, angeordnet. Der zumindest eine Stator 2 und der zumindest eine Rotor 3 können in einem fakultativ vorhandenen Gehäuse 5 angeordnet sein, wie dies in
Fig. 1 strichliert angedeutet ist.
Es können auch mehrere Statoren 3 angeordnet sein. In diesem Fall sind vorzugsweise alle Statoren 3 gleich ausgebildet, sodass die folgenden Ausführungen auch auf die gegebenenfalls weiter vorhandenen Statoren 3 angewandt werden können. Beispielsweise zeigt die Fig. 2 eine Ausführungsvariante der Axialflussmaschine 1, bei der nur ein Rotor 3 angeordnet ist. Der Rotor 3 ist — in der Axialrichtung betrachtet — zwischen zwei Statoren 2 angeordnet, die entsprechend der Erfindung
ausgebildet sind. Der Rotor 3 ist beidseitig mit mehreren Magneten 4 (Permanent-
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außen, angeordnet sind.
Die Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsvariante des Stators 2 für die Axialflussmaschine 1. Der Stator 2 weist mehrere Statorzähne 7 auf. Die Statorzähne 7 weisen jeweils einen Zahnkörper 8 auf. Weiter weisen die Statorzähne 7 in einer Axialrichtung 9 gegenüberliegende Endabschnitte auf, die einen Zahnkopf und einen Zahnfuß bilden. Die Statorzähne 7 sind jeweils mit einer Spulenwicklung 10 (in Fig. 3 nur schematisch angedeutet) umwickelt. Die Zahnkörper 8 liegen in der Axialrichtung 7 an einem, insbesondere plattenförmigen, Rückschlusselement 11 auf oder sind zumindest teilweise in das Rückschlusselement 11 eingesteckt, wozu dieses entsprechende Ausnehmungen aufweisen kann, in denen die Zahnkörper 8 bevorzugt formschlüssig aufgenommen sind. Das Rückschlusselement 11 ist vorzugs-
weise einstückig ausgebildet.
Zumindest zwischen der Spulenwicklung 10 und dem Zahnkörper 8 ist eine nicht
weiter dargestellte elektrische Isolierung angeordnet.
Die Anzahl der in den Figuren dargestellten Statorzähne 7 ist nicht einschränkend zu verstehen. Vielmehr richtet sich deren Anzahl nach den jeweiligen Gegebenheiten in der Verwendung des Stators 2 bzw. der Axialflussmaschine 1 bzw. deren
gewünschte Leistungsmerkmale.
Die Statorzähne 7 sind gleichmäßig verteilt über den Umfang des Stators 2 angeordnet. Insbesondere weisen in Richtung der Axialrichtung 9 betrachtet eine zu-
mindest annähernd trapezförmigen Querschnittsfläche auf.
In Fig. 3 ist ein Flusssammelelement 6 entfernt worden, um eine bessere Einsicht
auf die Statorzähne 7 zu ermöglichen.
Das, insbesondere ringförmige und bevorzugt plattenförmige Rückschlusselement
11 des Stators 2 kann aus einem hierfür üblichen Werkstoff bestehen.
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bekannt sind, erübrigen sich weitere Ausführungen dazu.
SMC-Werkstoffe sind seit langem bekannt. Es handelt sich um Pulver aus weichmagnetischem Material, deren Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen ist. Diese Pulver werden durch Pressen zu weichmagnetischen Bauteilen konsolidiert. Das SMC-Pulver weist Partikel auf, die einen Kern umfassen, der von einer Isolierschicht oder mehreren Isolierschichten umgeben ist, bzw. besteht aus dem Kern und der zumindest einen Isolierschicht. Gegebenenfalls kann auRen auf der Isolierschicht noch eine Binderschicht aufgebracht sein, mit der die
einzelnen Partikel miteinander verbunden werden können.
Der Kern der SMC-Pulver Partikel kann Reineisen aufweisen bzw. daraus bestehen. Es sind aber auch andere magnetisierbare Werkstoffe bzw. Legierungen als Kern einsetzbar, wie z.B. Eisenlegierungen, die üblicherweise für die Herstellung
von Elektroblechen verwendet werden.
Dieser Kern ist vollständig von der zumindest einen Isolierschicht umgeben. Die zumindest eine Isolierschicht kann organischer, z.B. ein Silikonlack, oder metallorganischer oder anorganischer Natur sein, z.B. eine Oxidschicht, eine Silikatschicht, eine Phosphatschicht. Im Fall von mehreren Isolierschichten können diese auch aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, beispielsweise ausgewählt aus
den genannten Werkstoffen.
Die Isolierschicht kann bzw. die Isolierschichten können eine mittlere Schichtdicke (arithmetisches Mittel aus zumindest zehn Einzelwerten) zwischen 0,01 um und
800 um aufweisen.
Die gegebenenfalls vorhandene Binderschicht kann eine Polymerschicht sein, z.B. PTFE, Wachs, etc.
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nik bekannt, sodass sich weitere Ausführungen dazu erübrigen.
Der SMC-Werkstoff wird bei dem Stator 2 ausschließlich für die Flusssammelele-
mente 6 eingesetzt.
Die Zahnkörper 8 der Statorzähne 7 sind hingegen aus einem zum SMC-Werkstoff unterschiedlichen eisenbasierten Werkstoff gebildet bzw. umfassen diesen. Beispielsweise kann ein Elektroblech verwendet werden, wie es für elektrische Maschinen und Magnetkreise mit wechselnden Magnetfeldern bekannterweise einge-
setzt wird.
Zur Anordnung der Flusssammelelemente 6 auf den Zahnkörpern 8 weisen diese bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante jeweils eine Vertiefung 12 bzw. Ausnehmung auf. Die Flusssammelelemente 6 weisen hingegen einen Vorsprung 13 auf, wie dies aus Fig. 4 zu ersehen ist. Der Vorsprung 13 kann eine Höhe aufweisen, die zwischen 5 % und 100 % einer Gesamthöhe 15 des Flusssammelele-
mentes 6 in gleicher Richtung beträgt.
Die Flusssammelelemente 6 werden so auf den Zahnkörpern 8 angeordnet, dass die Vorsprünge 13 der Flusssammelelemente 6 von den Vertiefungen 12 in den
Zahnkörpern 8 aufgenommen sind.
Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, ist auch die umgekehrte Ausbildung möglich. Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante des Stators 2, wobei wiederum ein Flusssammelelement 6 entfernt wurde, um einen besseren Einblick auf den Zahnkörper 8 zu haben. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, weist der Zahnkörper 8 eine Erhebung 16 auf. Dementsprechend weist das Flusssammelelement 6 eine Ausnehmung 17 auf, die insbesondere als Durchbruch durch das Flusssammelelement 6 ausgebildet ist, wie dies aus Fig. 6 zu ersehen ist. Die Erhebungen 16 der Zahnkörper 8 können eine Höhe 18 aufweisen, die zwischen 5 % und 100 % der Ge-
samthöhe 15 des Flusssammelelementes 6 entspricht.
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Die Flusssammelelemente 6 werden so auf den Zahnkörpern 8 angeordnet, dass deren Erhebungen 16 von den Ausnehmungen 17 in den Flusssammelelementen
6 aufgenommen sind.
Bei beiden beschriebenen Ausführungsvarianten des Stators 2 weisen die Flusssammelelemente 6 in Draufsicht betrachtet eine zumindest annähernd kreisbogensegmentförmige Form auf. Sie können aber auch eine andere Form aufweisen,
beispielsweise trapezförmig ausgebildet sein.
Weiter ist bei beiden beschriebenen Ausführungsvarianten des Stators 2 auf den Zahnkörpern 8 zumindest eine Auflagefläche 19 vorgesehen, auf der die Flusssammelelemente 6 aufliegen. Die Flusssammelelemente 6 weisen nämlich — wieder in Draufsicht betrachtet - eine größere Fläche auf, als die Zahnkörper 8. Weiter ist bevorzugt, wenn die Flusssammelelement 6 ausschließlich auf diesen Auflageflächen 19 auf den Zahnkörpern 8 aufliegen. Die geometrischen Dimensionen der Vertiefungen 12 bzw. Erhebungen 16 der Zahnkörper 8 sind dementsprechend an die geometrischen Dimensionen der Vorsprünge 13 bzw. der Ausnehmungen 17 der Flusssammelelemente 6 angepasst, um dies zu ermöglichen. Dabei können diese Auflageflächen 19 nur an einer Seite der Zahnkörper 8, also beispielsweise nur radial innen oder radial außen, oder an mehreren Seiten, beispielsweise radial innen und radial außen, ausgebildet. Bevorzugt sind die Auflageflächen 19 umlaufend um die Zahnkörper 8 ausgebildet (in Draufsicht auf die Zahnkörper 8 von Richtung des Luftspaltes aus betrachtet). Eine Breite 20 dieser Auflageflächen 19 kann ausgewählt sein aus einem Bereich von 5 % bis 30 % einer radial äußeren Länge 21 des Kreisbogensegments der Zahnkörper 8 in einer Umfangsrichtung 22. Die Auflageflächen 19 sind also im Wesentlichen streifenförmig bzw. im Fall einer umlaufenden Auflagefläche 19 im Wesentlichen rahmenförmig ausgebildet.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Zahnkörper 8 den von den Spulenwicklungen 10 jeweils umschlossenen Raum bevorzugt zu zumindest 90 %, insbesondere zwischen 90 % und 100 %, ausfüllen. Die Zahnkörper 8 sind keine
Hohlkörper.
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Nach einer anderen, nicht dargestellten, Ausführungsvariante des Stators 2 besteht aber auch die Möglichkeit, dass die die Endflächen der Zahnkörper 8 vollflächig mit den Flusssammelelementen 6 bedeckt und mit diesen verbunden sind. Die Zahnkörper 8 können bei dieser Ausführungsvariante frei von Vertiefungen 12 bzw. Erhebungen 16 und die Flusssammelelemente 6 frei von Ausnehmungen 17
der Flusssammelelemente 6 sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Stators 2 kann vorgesehen sein, dass die Flusssammelelemente 6 formschlüssig mit dem jeweiligen Zahnkörper 8 verbunden sind, wie dies die Fig. 5 zeigt und die Fig. 3 strichliert andeutet. Um dies zu erreichen, können die Formen und geometrischen Dimensionen der Vertiefungen 12 bzw. Erhebungen 16 der Zahnkörper 8 dementsprechend an die Formen und geometrischen Dimensionen der Vorsprünge 13 bzw. der Ausnehmun-
gen 17 der Flusssammelelemente 6 angepasst sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Stators 2 kann vorgesehen sein, dass die Zahnkörper 8 zur Gänze durch ein Blechpaket aus mehreren Blechlamellen 23 gebildet ist, wie dies aus Fig. 8 zu ersehen ist. Es können dazu bekannt Elektrobleche verwendet werden, also beispielsweise nicht orientierte magnetische Stahlbleche. Zur Leistungssteigerung können gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kornorientierte magnetische (Stahl-)Bleche eingesetzt werden. Kornorientierte Bleche an sich sind aus dem Stand der Technik bekannt, sodass darauf verwiesen sel. Die kristallographische Orientierung dieser Bleche ist bei
Anwendung für die Statorzähne 6 in axialer Richtung ausgebildet.
Die Blechlamellen 23 haben vorzugsweise eine Dicke ausgewählt aus einem Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm. Eine Breite und eine Länge der Bleche zur Herstel-
lung der Blechlamellen 23 ist üblicherweise deutlich größer als deren Dicke.
Die Blechlamellen 23 sind senkrecht auf das Rückschlusselement 11 verlaufend angeordnet. Sie sind also stehend angeordnet, wie dies aus den Fig. 8 ersichtlich ist. Weiter ist die durch die Länge und Breite definierte Fläche der Blechlamellen 23 vorzugsweise senkrecht stehend auf eine Radialrichtung 24 durch den Stator-
zahn 7 orientiert im Statorzahn 7 bzw. im Stator 2 angeordnet, wie dies in Fig. 8
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gezeigt ist. Die seitlichen Stirnflächen der Bleche 15 weisen also annähernd in die Umfangsrichtung 22 des Stators 2. Mit „annähernd“ ist dabei gemeint, dass die
ringförmige Ausbildung des Stators 2 zu berücksichtigen ist.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Blechpaket aus einem gerollten Blech hergestellt ist. Dazu wird ein Blech auf einen Dorn auf-
gewickelt.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Begriffe „gewickelt“ und „gerollt“ in Hinblick auf ein aus einem Metallband hegestelltes Blechpakte synonym verwendet
werden.
Durch das Wickeln des Metallbandes entsteht ein Blechpaket bestehend aus den in radialer Richtung übereinander angeordneten Blechlamellen 23 (unmittelbar nach dem Wickeln sind die Blechlamellen aufgrund des Bandwickelns noch zusammenhängend). Zur besseren Handhabung des gewickelten Blechpaketes, können die Blechlamellen 23 miteinander verbunden werden. Die Verbindung kann beispielsweise durch Stanzpaketieren, Verstemmen der Blechlamellen miteinander, allgemein durch Verklemmen der Blechlamellen miteinander, etc., erfolgen. Neben dieser Art der Verbindung können die Blechlamellen 23 aber auch ausschließlich aufgrund der Reibung zwischen den Blechlamellen 23 verbunden sein. Dazu kann das Metallband unter Zug gewickelt werden. Zusätzlich zu den formschlüssigen bzw. kraftschlüssigen Verbindungsarten können die Blechlamellen 23 auch stoffschlüssig verbunden sein, beispielsweise durch Punktschweißen, Kleben, Backen, etc.. Zum Backen wird auf das Metallband ein sogenannter Backlack zumindest einseitig aufgetragen und danach die Verbindung bei erhöhter Temperatur über den Lack hergestellt werden. Der Lack kann dabei gleichzeitig eine elektrische Isolierung zwischen den Blechlamellen 23 bilden. Generell ist es aber auch möglich, zwischen den Blechlamellen 23 eine elektrische Isolierung anzuordnen, beispielsweise in Streifenform, wobei der Streifen mit dem Metallband
mitgewickelt werden kann.
Die entsprechende Form der Blechpakete für die Zahnkörper kann aus den geroll-
ten Blechpaketen nach einem üblichen Trennverfahren hergestellt werden.
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Die Ausführungen zur Verbindung der Blechlamellen 23 miteinander und zur Isolierung gegeneinander können im Rahmen dieser Beschreibung generell auf genannte Blechpakete angewandt werden. Weiter können diese Ausführungen auch auf die Verbindung der Zahnkörper 8 mit dem jeweiligen Flusssammelelement 6 angewandt werden, sodass also die Flusssammelelemente 6 zusätzlich oder alternativ zu voranstehend genannter formschlüssigen Verbindung auch stoffschlüssig
und/oder kraftschlüssig mit den Zahnkörpern 8 verbunden werden können.
Neben der gerollten Variante zur Herstellung der Blechpakete können diese auch durch Stanzen oder Schneiden der Einzellamellen aus einem größeren Blech her-
gestellt sein.
Das (ringförmige) Rückschlusselement 11 kann als kompakte Platte ausgeführt sein. Nach einer Ausführungsvariante des Stators 2, die in Fig. 7 dargestellt ist, kann vorgesehen sein, dass das Rückschlusselement 11 als gerolltes Blech, d.h. als gerollter Blechstreifen 25 ausgeführt ist. Das Rückschlusselement 11 kann aus
nur einem einzigen Blechstreifen 25 hergestellt sein.
Die Blechdicke des gerollten Blechstreifens 25 kann zwischen 0,05 mm und 0,5
mm betragen.
Mit dieser Ausführungsvariante kann der Stanzabfall für die Herstellung des Rückschlusselementes 11 deutlich reduziert bzw. beinahe eliminiert werden. Zudem kann auch ein anisotroper Werkstoff für das Rückschlusselement 11 eingesetzt werden, insbesondere um das Potential in Bezug auf Leistungsdichte und Wirkungsgrad besser ausnutzen zu können. Die Verwendung eines isotropen Werk-
stoffes ist ebenfalls möglich.
Gemäß einer Ausführungsvariante des Stators 2 dazu kann vorgesehen sein, dass das Rückschlusselement 11 aus einem gerolltem, kornorientiertem Elektroblech gebildet ist, wobei die kristallographische Vorzugsrichtung in tangential Rich-
tung ausgebildet ist.
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Wie in Fig. 7 angedeutet, können die Statorzähne 7 einfach auf das Rückschlusselement 11 aufgesetzt (oder in eine entsprechende Nut in diesem eingesetzt) und
damit verbunden, z.B. verklebt, sein.
Es ist möglich, dass für die Blechlamellen 23 und für das Rückschlusselement 11, d.h. insbesondere den Blechstreifen 25, auch ein anisotroper Werkstoff verwendet
wird. Die Verwendung eines isotropen Werkstoffes ist ebenfalls möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Stators 2, die in Fig. 8 gezeigt ist, besteht die Möglichkeit, dass das Rückschlusselement 11 und die Zahnkörper 8 einstückig ausgebildet sind. Das Rückschlusselement 11 ist hier ebenfalls aus einem (einzigen) gerollten Blechstreifen 25 hergestellt. In diesem Fall wird für das Rückschlusselement 11 und die Blechlamellen 23 der Zahnkörper 8 insbesondere ein isotroper Werkstoff verwendet. Der Blechstreifen 25 weist in diesem Fall eine größere Breite auf, um nach dem Wickeln die Zahnkörper 8 aus den Blechpaket mit einem Trennverfahren, beispielsweise durch Stanzen oder Schneiden, herstel-
len zu können.
In den Figuren sind sie Spulenwicklungen 10 als gesteckte konzentrierte Spulenwicklungen 10 dargestellt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Spulen-
wicklungen 10 gesteckte verteilte Spulenwicklungen 10 sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Stators 2 kann vorgesehen sein, dass das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement 11 und den Zahnkörpern 8 axial in ein Statorgehäuse 26 geschraubt ist, wie dies aus Fig. 9 darge-
stellt ist.
Die Fig. 9 zeigt noch eine weitere Ausführungsvariante des Stators 2. Es besteht nämlich die Möglichkeit, das Blechpaket aus mehreren Einzelblechpakten 27, 28 zusammengesetzt ist. Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsvariante besteht das Blechpaket aus zwei Einzelblechpaketen 27, 28, die sich insbesondere jeweils über 180 ° erstrecken. Das Blechpaket kann aber auch aus mehr als zwei Einzelblechpaketen 27, 28 zusammengesetzt werden, beispielsweise drei, vier, fünf,
sechs, acht, etc.
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Vorzugsweise verläuft die Teilungsebene des Blechpakets zur Ausbildung der Einzelblechpakete 27, 28 durch Zahnkörper 8.
Anstelle der oder zusätzlich zu der axialen Verschraubung des Blechpakets aus dem Rückschlusselement 11 und den Zahnkörpern 8 kann auch eine radiale Fixierung bzw. Sicherung dieses Blechpakets erfolgen, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Dazu können ein oder mehrere Befestigungsmittel, wie beispielswiese Schrauben, Stäbe, Nieten, etc. durch Durchbrüche im Statorgehäuse 26 und im Blechpaket, beispielsweise im Rückschlusselement 11 und/oder in zumindest einzelnen Zahnkörpern 8 geführt sein. Die Durchbrüche im Blechpaket oder im Statorge-
häuse 26 können auch als Blindlöcher ausgeführt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Stators 2 kann vorgesehen sein, dass das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement und den Zahnkör-
pern über Stanzlöcher fixiert ist.
Es ist weiter nach einer anderen Ausführungsvariante möglich, unter den Wickelköpfen auf der dem Luftspalt abgewandten Seite Freiräume auszubilden, in denen zumindest ein Kühlelement und/oder eine Verschaltung der Spulenwicklungen
und/oder zumindest ein Befestigungselement angeordnet ist.
Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass bei Rückschlusselement 11, das aus einem gerolltem Blechpaket besteht, die Zahnköper 8 auch aus separaten Blechpaketen bestehen können. Dabei ist bevorzugt, wenn alle Blechpakete, also das Blechpaket für das Rückschlusselement 11 und/oder die Blechpakete für die
Zahnkörper 8 aus einem kornorientierten Blechpaket hergestellt sind.
Der Stator 2 nach der Erfindung kann beispielsweise in einer Traktionsmaschine
für Kraftfahrzeuge oder Luftfahrzeuge eingesetzt werden.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Stators 2, wobei auch Details der gezeigten oder beschriebenen Ausführungsvariante oder auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind. So kann 1.ein Stator 2 für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzähnen 7, die einen Zahnkörper 8 und ein Rückschlusselement 11
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aufweisen, und der mehrere Spulenwicklungen 10 aufweist, eine eigenständige Erfindung sein, wenn das Rückschlusselement 11 aus einem gerollten Blechpaket besteht, in dem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zahnkörper 8 der Statorzähne 7 angeordnet sind. Selbstverständlich kann diese Erfindung auch mit den weiteren in der Beschreibung genannten Ausführungsvarianten des Stators 2 kombiniert werden, insbesondere mit jenen in den Ansprüchen niedergeschriebe-
nen Ausführungsvarianten des Stators 2.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Axialflussmaschine 1, des Stators 2 bzw. des Stator-
zahns 7 diese nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt sind.
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Bezugszeichenliste
Axialflussmaschine Stator
Rotor
Magnet
Gehäuse Flusssammelelement Statorzahn Zahnkörper Axialrichtung Spulenwicklung Rückschlusselement Vertiefung Vorsprung
Höhe Gesamthöhe Erhebung Ausnehmung
Höhe Auflagefläche Breite
Länge Umfangsrichtung Blechlamelle Radialrichtung Blechstreifen Statorgehäuse Einzelblechpaket Einzelblechpaket
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Claims (18)
1. Stator (2) für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzähnen (7), die einen Zahnkörper (8) und ein Rückschlusselement (11) aufweisen, und mit mehreren Spulenwicklungen (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlusselement (11) aus einem gerollten Blechpaket besteht, in dem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zahnkörper (8) der Statorzähne (7)
angeordnet sind oder welche die Zahnkörper (8) der Statorzähne (7) formen.
2. Stator (2) für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzähnen (7), die einen SMC-Werkstoff und einen Zahnkörper (8) aus einem zum SMC-Werkstoff unterschiedlichen, weichmagnetischen Werkstoff aufweisen, wobei der Zahnkopf ein Flusssammelelement (6) aufweist, und mit mehreren Spulenwicklungen (10), dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Flusssamm-
elelemente (6) zumindest teilweise aus dem SMC-Werkstoff gebildet sind.
3. Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnkörper aus Blechelementen aus kornorientiertem Blech bestehen oder dieses umfas-
sen.
4. Stator (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusssammelelemente (6) formschlüssig mit den jeweiligen Zahnkörper (8) ver-
bunden sind.
5. Stator (2) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnkörper (8) jeweils durch ein, gegebenenfalls gerolltes, Blechpaket gebildet
sind.
6. Stator (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorzähne (8) auf einem Rückschlusselement (11) angeordnet
sind, wobei das Rückschlusselement (11) durch ein gerolltes Blech gebildet ist.
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7. Stator (2) nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Rückschlusselement (11) einstückig mit den Zahnkörpern (8) ausgebildet ist.
8. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklungen (10) gesteckte konzentrierte Spulenwicklungen (10) sind.
9. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklungen (10) gesteckte verteilte Spulenwicklungen (10)
sind.
10. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket aus mehreren Einzelblechpaketen (27, 28) zusammen-
gesetzt ist.
11. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket oder die Blechpakete miteinander verbundene Blechla-
mellen (23) aufweist/aufweisen.
12. Stator (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechlamellen (23) bereichsweise verschweißt oder verklebt oder mit einem Back-
lack verbacken oder verstemmt oder verklemmt sind.
13. Stator (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement (11) und den
Zahnkörpern (8) axial in ein Statorgehäuse geschraubt ist.
14. Stator (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement (11) und den
Zahnkörpern (8) über Stanzlöcher fixiert ist.
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15. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass unter den Wickelköpfen auf der dem Luftspalt abgewandten Seite Freiräume ausgebildet sind, in denen zumindest ein Kühlelement und/oder eine Verschaltung der Spulenwicklungen und/oder zumindest ein Befestigungselement an-
geordnet ist.
16. Stator (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Blechlamellen (23) eine elektrische Isolierung angeordnet
ist.
17. Axialflussmaschine (1) umfassend einen Stator (2) oder mehrere Statoren (2) und zumindest einen Rotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) oder die Statoren (2) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet
ist oder sind.
18. Axialflussmaschine (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei Statoren (2) umfasst, wobei zwischen den beiden Statoren (2) in
der Axialrichtung ein Rotor (3) angeordnet ist.
21730 N2019/09500-AT-00
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Family Applications (1)
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