DE10048491A1

DE10048491A1 - Stator für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10048491A1
Application number: DE2000148491
Authority: DE
Inventors: Mostafa Yousefi
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Material Handling GmbH
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-11

Abstract

Eine Axialfeldmaschine in Scheibenläuferbauweise weist einen Stator (1) und einen Rotor (2) auf. Der Stator (1) ist mit einer Mehrzahl von Spulen versehen. Der Rotor (2) enthält eine Rotorscheibe (2a) mit mehreren, darauf angeordneten Permanentmagneten (2b). Zwecks Erzielung kompakter Abmessungen, einer hohen Leistungsdichte und einer einfachen Herstellbarkeit weist erfindungsgemäß der Stator (1) einen Statorring (1a) und damit verbundene axiale Stege (1b) auf, wobei auf jedem Steg (1b) eine separate Spulenwicklung (1c) angeordnet ist und die Stege (1b) die Spulenkerne bilden. Die Stege (1b) sind bevorzugt einstückig mit dem Statorring (1a) ausgebildet. Der Draht für die Spulenwicklungen (1) besteht aus Flachdraht. Die Spulenwicklungen (1c) sind an ringförmige Stromschienen (3a, 3b, 3c) angeschlossen, die mit dem Statorring (1a) tragend verbunden, radial übereinander auf dem Statorring (1a) angeordnet und gegeneinander und zum Statorring (1a) elektrisch isoliert sind. Die Spulen sind drei Phasen zugeordnet, die in Sternschaltung miteinander verknüpft sind. Die dem Statorring (1a) fernen Wicklungsenden der Spulenwicklungen (1c) sind mit einem Kurzschlussring (4) verbunden. Jeder Phase ist eine Gruppe von parallel geschalteten Spulen zugeordnet. Die Permanentmagnete (2b) sind auf die Rotorscheibe (2a) aufgeklebt. Zwischen den Permanentmagneten (2b) sind von innen nach außen verlaufende Schrägnuten (N) auf der Rotorscheibe (2a) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialfeldmaschine in Scheibenläuferbauweise mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator mit einer Mehrzahl von Spulen versehen ist und der Rotor eine Rotorscheibe mit mehreren, darauf angeordneten Permanent magneten enthält.

Eine gattungsgemäße elektrische Maschine ist aus der DE 198 47 813 A1 bekannt. Die sektorförmigen, vorgefertigten Spulen des Stators sind dabei zu einem geschlossenen, selbsttragenden Kranz miteinander verbunden. Der Spulenkranz wird durch eine Außenprofilierung, die in eine Innenprofilierung eines ringförmigen Statorgehäuses eingreift, mit dem Statorgehäuse verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Axialfeldmaschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die kompakte Abmessungen aufweist, eine hohe Leistung ermöglicht und einfach herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Stator einen Statorring und damit verbundene axiale Stege aufweist, wobei auf jedem Steg eine separate Spulenwicklung angeordnet ist und die Stege die Spulenkerne bilden.

Die einzelnen Spulen werden also durch eine Statorkonstruktion in Art eines ring förmigen Kammes getragen. Die erfindungsgemäße Axialfeldmaschine zeichnet sich durch einfache Herstellbarkeit, eine kompakte Bauweise und einen hohen Wirkungs grad aus.

Fertigungstechnisch und auch im Hinblick auf eine gute Wärmeübertragung ist es vor teilhaft, wenn die Stege einstückig mit dem Statorring ausgebildet sind. Es bedarf dann lediglich der Montage der vorzugsweise automatisiert vorgefertigten Spulenwicklungen auf die Stege.

Die Spulenwicklungen können leicht dadurch hergestellt werden, dass ein für die Spulenwicklung vorgesehener Draht von einer Wickelmaschine auf einen Wickelkern gewickelt und in die gewünschte Form gebracht wird. Der zum Wickeln erforderliche Wickelkern wird sodann entfernt und die Spulenwicklung auf den Steg aufgeschoben, der im Betrieb den Spulenkern bildet.

Es erweist sich als günstig, wenn der Draht für die Spulenwicklungen mit Klebstoff beschichtet ist. Dadurch werden die vorgefertigten Spulenwicklungen nach dem Entfernen des Wickelkerns in Form gehalten und können vor der Montage auf die Stege zwischengelagert werden.

Der Klebstoff kann darüber hinaus die Funktion einer elektrischen Isolierung über nehmen.

Sofern der Draht für die Spulenwicklungen aus Flachdraht besteht, wird ein hoher Kupferfüllfaktor erzielt. Eine solche Spule besitzt eine hohe thermische Leitfähigkeit. Die in den Spulen entstehende Wärme kann gut abgeführt werden. Die Axialfeld maschine kann daher trotz kompakter Abmessungen eine hohe Leistung abgeben und verfügt über einen hohen Wirkungsgrad.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Spulenwicklungen an ringförmige Strom schienen angeschlossen, die mit dem Statorring tragend verbunden sind. Der Anschluss der Spulenwicklungen an die Stromschienen kann z. B. durch Löten erfolgen.

Zweckmäßigerweise sind zur Erzielung kompakter Abmessungen der erfindungs gemäßen Axialfeldmaschine die Stromschienen radial übereinander angeordnet und gegeneinander und zum Statorring elektrisch isoliert. Die Isolierung kann mit Hilfe von Isolationsmaterialien erfolgen, die Glasfasern enthalten.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Spulen drei Phasen zugeordnet, die in Sternschaltung miteinander verknüpft sind.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn die dem Statorring bzw. den Stromschienen fernen Wicklungsenden der Spulenwicklungen mit einem Kurzschlussring verbunden sind. Diese Anordnung ist sehr platzsparend und leicht herstellbar.

Sofern gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung jeder Phase eine Gruppe von Spulen zugeordnet ist, die parallel geschaltet sind, verfügt die Axialfeldmaschine über eine niedrige Induktivität. Dadurch ist sie für einen Betrieb mit niedrigen Spannun gen besonders geeignet und kann z. B. als Fahrantriebsmotor eines batterie-elektrisch betriebenen Fahrzeugs eingesetzt werden. Durch die erzielbare hohe Leistung der erfindungsgemäßen Axialfeldmaschine kann daher ein Fahrantrieb mit Direktantrieb der Räder (d. h., ohne nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe) realisiert werden, der aus einer Traktionsbatterie gespeist wird.

Im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Fertigung ist es von Vorteil, wenn die Permanentmagnete auf die Rotorscheibe aufgeklebt sind.

Es erweist sich als günstig, zwischen den Permanentmagneten von innen nach außen verlaufende Schrägnuten auf der Rotorscheibe vorzusehen. Dadurch wird das Rast moment bzw. Pulsationsmoment reduziert.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schema tischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Axialfeldmaschine in räumlicher Darstellung,

Fig. 2 den Stator der Axialfeldmaschine gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 den Rotor der Axialfeldmaschine gemäß Fig. 1.

Die erfindungsgemäße Axialfeldmaschine weist einen Stator 1 und einen Rotor 2 auf. Der Stator 1 umfasst einen Statorring 1a und daran angeformte axiale Stege 1b, die als Spulenkerne vorgesehen sind. Auf dem Statorring 1a sind radial übereinander drei Stromschienen 3a, 3b und 3c angeordnet. Diese sind gegeneinander und zum Stator ring 1a elektrisch isoliert, beispielsweise durch mit Glasfasern gefüllte Isolations materialien. Jede Stromschiene 3a, 3b bzw. 3c ist jewiels einer von drei elektrischen Phasen zugeordnet.

Auf jedem Steg 1b befindet sich eine Spulenwicklung 1c, die mit ihrem einen Wick lungsende an eine der drei Stromschienen 3a, 3b oder 3c angeschlossen ist und mit ihrem anderen, dem Statorring 1a bzw. den Stromschienen 3a, 3b, 3c fernen Wick lungsende an einen Kurzschlussring 4. Die sektorförmigen, jeweils aus einem Steg 1b und einer Spulenwicklung 1c bestehenden Spulen sind gruppenweise jeweils einer von drei Phasen (Verbindungspunkte A, B, C zu den Stromschienen 3a, 3b, 3c) zugeord net, die in Sternschaltung miteinander verknüpft sind. Die Spulen jeder Gruppe sind parallel geschaltet, um eine niedrige Induktivität der Axialfeldmaschine zu erzielen.

Die Spulenwicklungen 1c bestehen zwecks Erzielung eines hohen Kupferfüllfaktors aus Flachdraht und werden jeweils von einer Wickelmaschine auf einen Wickelkern gewickelt und in die gewünschte Form gebracht. Nach dem Entfernen des zum Wickeln erforderlichen Wickelkerns wird die Spulenwicklung 1c auf den Steg 1b aufgeschoben, der im Betrieb den Spulenkern bildet.

Um die Spulenwicklungen 1c zwischen ihrer Fertigstellung auf der Wickelmaschine und der Montage auf den Stegen 1b in Form zu halten, ist der Draht für die Spulenwicklun gen 1c mit Klebstoff beschichtet.

Der Rotor 2 der erfindungsgemäßen elektrischen Axialfeldmaschine umfasst eine Rotorscheibe 2a mit aufgeklebten Permanentmagneten 2b und eine Maschinenwelle 2c. Zwischen den Permanentmagneten 2b sind von innen nach außen verlaufende Schrägnuten N auf der Rotorscheibe 2a angeordnet, um das Rastmoment bzw. Pulsationsmoment zu reduzieren.

Claims

1. Axialfeldmaschine in Scheibenläuferbauweise mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator mit einer Mehrzahl von Spulen versehen ist und der Rotor eine Rotorscheibe mit mehreren, darauf angeordneten Permanentmagneten enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) einen Statorring (1a) und damit verbundene axiale Stege (1b) aufweist, wobei auf jedem Steg (1b) eine separate Spulenwicklung (1c) angeordnet ist und die Stege (1b) die Spulenkerne bilden.

2. Axialfeldmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (1b) einstückig mit dem Statorring (1a) ausgebildet sind.

3. Axialfeldmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht für die Spulenwicklungen (1c) mit Klebstoff beschichtet ist.

4. Axialfeldmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht für die Spulenwicklungen (1) aus Flachdraht besteht.

5. Axialfeldmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklungen (1c) an ringförmige Stromschienen (3a, 3b, 3c) angeschlossen sind, die mit dem Statorring (1a) tragend verbunden sind.

6. Axialfeldmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom schienen (3a, 3b, 3c) radial übereinander auf dem Statorring (1a) angeordnet und gegeneinander und zum Statorring (1a) elektrisch isoliert sind.

7. Axialfeldmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen drei Phasen zugeordnet sind, die in Sternschaltung miteinander verknüpft sind.

8. Axialfeldmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Statorring (1a) fernen Wicklungsenden der Spulenwicklungen (1c) mit einem Kurzschlussring (4) verbunden sind.

9. Axialfeldmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Phase eine Gruppe von Spulen zugeordnet ist, die parallel geschaltet sind.

10. Axialfeldmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (2b) auf die Rotorscheibe (2a) aufgeklebt sind.

11. Axialfeldmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Permanentmagneten (2b) von innen nach außen verlaufende Schrägnuten (N) auf der Rotorscheibe (2a) vorgesehen sind.