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Die Erfindung betrifft einen segmentierten Statorträger nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und einen Stator nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
US 2009/0079278 A1 beschrieben, ein segmentierter Statorträger eines Elektromotors bekannt. Der Statorträger ist aus einer Mehrzahl von Statorträgersegmenten zusammengesetzt, welche doppelwandig ausgeführt sind, um eine Kühlung in axialer Richtung durch die Doppelwand hindurch zu ermöglichen.
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In der
US 2009/0127946 A1 wird ein hohlzylinderförmiger Statorträger beschrieben, welcher an seiner Außenseite einen umlaufenden Kanal zur Kühlung in Umfangsrichtung aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten segmentierten Statorträger für einen Stator einer elektrischen Maschine und einen verbesserten Stator für eine elektrische Maschine anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen segmentierten Statorträger für einen Stator einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Stator für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein segmentierter Statorträger für einen Stator einer elektrischen Maschine umfasst eine Mehrzahl von Statorträgersegmenten.
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Erfindungsgemäß weisen die Statorträgersegmente an einer Außenseite zumindest einen Kühlkanal auf.
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Durch die Bildung des Statorträgers aus mehreren Statorträgersegmenten sind diese um einen Statorring aus Statoreinzelzähnen herum anzuordnen und miteinander zu verbinden, wobei sie die Statoreinzelzähne miteinander verpressen. Dabei sind die Statorträgersegmente vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Verschiebung der Statorträgersegmente in Umfangsrichtung gegeneinander innerhalb vorgegebener Grenzwerte möglich ist, so dass die Statoreinzelzähne durch die Statorträgersegmente zunehmend verspannbar sind, da sich ein innerer Umfang des sich bildenden Statorträgers zunehmend an einen äußeren Umfang der zum Statorring angeordneten Statoreinzelzähne anpasst.
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Auf diese Weise ist eine Montage des Stators erheblich erleichtert und zudem ermöglicht dies größere Produktionstoleranzen der Statoreinzelzähne im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten Statorträger, welcher als einstückiger Hohlzylinder ausgebildet ist, in den die Statoreinzelzähne einzupressen sind. Die Variationsmöglichkeit des Innenumfangs des Statorträgers durch die ermöglichte Verschiebung der Statorträgersegmente in Umfangsrichtung gegeneinander muss dem Produkt aus der Anzahl der Statoreinzelzähne und deren Produktionstoleranzen entsprechen oder größer als dieses sein. Durch die ermöglichte Verwendung von Statoreinzelzähnen mit höheren Produktionstoleranzen ist eine Herstellung des Stators erleichtert und des Weiteren ist eine Kostenreduktion erreicht. Zudem ist eine Herstellung der Statorträgersegmente auf einfache und kostengünstige Weise mit einem sehr geringen Materialverschnitt, geringen Fertigungskosten und in einer geringen Fertigungszeit möglich.
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Durch den zumindest einen Kühlkanal, welcher an der Außenseite der Statorträgersegmente ausgebildet ist, ist eine optimierte Kühlung des Stators bzw. der gesamten elektrischen Maschine während eines Betriebs ermöglicht. Kühlkanalteile der Statorträgersegmente bilden dabei vorzugsweise nach dem Zusammensetzen des Statorträgers einen gemeinsamen Kühlkanal aus, welcher von einem Kühlmedium durchströmbar oder durchströmt ist. Auf diese Weise ist, analog zu aus dem Stand der Technik bekannten, einstückig ausgebildeten Statorträgern auch bei diesem segmentierten Statorträger eine ausreichende Kühlung des Stators bzw. der elektrischen Maschine sichergestellt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Stators für eine elektrische Maschine.
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2 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Statorträgersegmentes,
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3 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Statoreinzelzahnes eines Stators für eine elektrische Maschine und
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4 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Verbindungselementes an einem Statorträgersegment.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung eines Stators 1 für eine elektrische Maschine. Der Stator 1 weist einen hohlzylinderförmigen segmentierten Statorträger 2 auf, welcher aus einer Mehrzahl von in 2 schematisch dargestellten Statorträgersegmenten 3 gebildet ist.
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Der segmentierte Statorträger 2 umschließt einen Statorring 4, welcher aus einer Mehrzahl von Statoreinzelzähnen 5 gebildet ist, von denen ein Ausführungsbeispiel in 3 schematisch dargestellt ist. Diese Statoreinzelzähne 5 sind zu dem Statorring 4 zusammengesetzt und durch den segmentierten Statorträger 2 verspannt.
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Das Verspannen der Statoreinzelzähne 5 erfolgt durch Anordnen der Mehrzahl von Statorträgersegmenten 3, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Statorträgersegmente 3, um den Statorring 4 herum, wobei die den Statorring 4 bildenden Statoreinzelzähne 5 in einem hier nicht dargestellten Montagewerkzeug angeordnet sind, und Zusammenfügen der Statorträgersegmente 3 zum Statorträger 2, wodurch ein Verpressen des Statorrings 4 im Inneren des sich bildenden Statorträgers 2 erfolgt. Dabei sind die Statorträgersegmente 3, wie im Folgenden noch näher erläutert wird, derart ausgebildet, dass eine Verschiebung der Statorträgersegmente 3 in Umfangsrichtung gegeneinander innerhalb vorgegebener Grenzwerte möglich ist. D. h. die Statorträgersegmente 3 weisen in begrenztem Maße variable Zusammenfügungsstellen auf, so dass die Statoreinzelzähne 5 durch die Statorträgersegmente 3 zunehmend verspannbar sind, da sich ein Innerer Umfang des sich bildenden Statorträgers 2 zunehmend an einen äußeren Umfang der zum Statorring 4 angeordneten Statoreinzelzähne 5 anpasst.
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Auf diese Weise ist eine Montage des Stators 1 erheblich erleichtert und es ist eine kostengünstigere Herstellung des Stators 1 möglich, da auch Statoreinzelzähne 5 verwendbar sind, welche etwas größere Produktionstoleranzen aufweisen. Die Variationsmöglichkeit des Innenumfangs des Statorträgers 2 durch die ermöglichte Verschiebung der Statorträgersegmente 3 in Umfangsrichtung gegeneinander muss dabei dem Produkt aus der Anzahl der Statoreinzelzähne 5 und deren Produktionstoleranzen entsprechen oder größer als dieses sein.
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Zudem sind durch diese Ausbildung und Montage des Statorträgers 2 im Vergleich zu einem Elektromotorstator nach dem Stand der Technik, bei welchem ein einstückiger, hohlzylinderförmiger metallischer Träger als Topf, Gussteil, Tiefziehteil oder Strangpressteil ausgebildet ist oder mittels eines spanenden Verfahrens ausgebildet ist, und in welchen die Einzelzähne einzupressen sind, Fügetoleranzen der zum Statorring 4 zusammengesetzten Statoreinzelzähne 5 minimierbar und ausgleichbar, da, wie bereits beschrieben, die Produktionstoleranzen der Statoreinzelzähne 5 durch den segmentierten Statorträger 2 korrigierbar sind. Bei einem Träger nach dem Stand der Technik sind hingegen vorgegebene Produktionstoleranzen der Einzelzähne unbedingt einzuhalten, da sonst ein Einpressen der Einzelzähne in den Träger nicht mehr möglich ist, weil sich die Produktionstoleranzen der Einzelzähne über deren Summe aufaddieren, so dass bei einer Überschreitung vorgegebener Toleranzen ein Außenumfang der Einzelzähne einen Innenumfang des Trägers, welcher bei einem einteiligen Träger unveränderlich ist, stark überschreitet. Aus dieser Einhaltung geringer Fehlertoleranzen resultieren bei einem Elektromotorstator nach dem Stand der Technik höhere Produktionskosten als für den Stator 1 mit dem segmentierten Statorträger 2.
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Vorzugsweise sind die verwendeten Statorträgersegmente 3 alle gleich ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache und standardisierte Herstellung mit hohen Fertigungsstückzahlen und geringen Fertigungszeiten und zudem eine einfache Montage des Statorträgers 2, da keine Reihenfolge der Anordnung der Statorträgersegmente 3 um den Statorring 4 herum zu beachten ist. Eine Anzahl verwendeter Statorträgersegmente 3 ist von deren Ausbildungsmöglichkeit während der Herstellung abhängig. Des Weiteren beeinflusst die Anzahl verwendeter Statorträgersegmente 3 eine Anzahl von Montageschritten, da bei einer höheren Anzahl von Statorträgersegmenten 3 entsprechend mehr Montageschritte erforderlich sind, beispielsweise zum Verbinden der einzelnen Statorträgersegmente 3 miteinander.
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Um eine ausreichende Kühlung des Stators 1 bzw. der gesamten elektrischen Maschine insbesondere während eines Betriebs zu ermöglichen, weisen die Statorträgersegmente 3, welche einwandig ausgebildet sind, an einer Außenseite 6 zumindest einen Kühlkanal 7 auf. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Statorträgersegmente 3 jeweils eine Mehrzahl von Kühlkanälen 7 auf, welche in Umfangsrichtung des Statorträgers 2 verlaufen und sich durch das Zusammenfügen der Statorträgersegmente 3 beispielsweise zu einer Mehrzahl an der Außenseite 6 um den Statorträger 2 umlaufender Kühlkanäle 7 oder zum Beispiel zu lediglich einem, spiralförmig um den Statorträger 2 umlaufenden Kühlkanal 7 zusammensetzen. Der Kühlkanal 7 oder die Mehrzahl von Kühlkanälen 7 ist von einem Kühlmedium, beispielsweise Getriebeöl, durchströmbar oder durchströmt. Auf diese Weise ist, analog zu aus dem Stand der Technik bekannten, einstückig ausgebildeten Trägern, auch bei diesem segmentierten Statorträger 2 eine ausreichende Kühlung des Stators 1 bzw. der elektrischen Maschine sichergestellt.
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Wie in 2 näher dargestellt, weisen Berührungsseiten 8 der Statorträgersegmente 3 Verzahnungen 9 auf, wobei im Statorträger 2 jeweils Berührungsseiten 8 benachbarter Statorträgersegmente 3 korrespondierend zueinander ausgebildet sind, so dass im Statorträger 2 die Statorträgersegmente 3 miteinander verzahnt sind. Dies ermöglicht die Verschiebung der Statorträgersegmente 3 in Umfangsrichtung gegeneinander innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte, da die Verzahnungen 9 eine gegenseitige Überdeckung der Statorträgersegmente 3 zum Umfangstoleranzausgleich ermöglichen.
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Zudem ermöglicht dies eine Verbindung der Kühlkanäle 7 der Statorträgersegmente 3 miteinander, da sich die Kühlkanäle 7 der Statorträgersegmente 3 in den Verzahnungen 9 überschneiden, wodurch eine Dichtigkeit der Kühlkanäle 7 auch bei der Verschiebung der Statorträgersegmente 3 in Umfangsrichtung zum Umfangstoleranzausgleich sichergestellt ist. Des Weiteren ermöglichen diese Verzahnungen 9 eine gute Einpassung der Statorträgersegmente 3 und dadurch eine einfachere Montage. Zudem ist durch das Verzahnen der Statorträgersegmente 3 miteinander eine Aufnahme von Verschränkungskräften ermöglicht, wodurch im Folgenden noch näher beschriebene Mittel zum Verbinden der Statorträgersegmente 3 teilweise entlastet sind.
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Zur Verbindung der Statorträgersegmente 3 miteinander weisen diese im Bereich der Berührungsseiten 8 jeweils Verbindungselemente 10 auf, d. h. an jeder Berührungsseite 8 jeweils zumindest ein Verbindungselement 10. Die Verbindungselemente 10 sind im in 2 näher dargestellten Ausführungsbeispiel der Statorträgersegmente 3 als radial von der Außenseite 6 abstehende Fahnen ausgebildet, welche mittig im Bereich der Berührungsseiten 8 angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich können derartige Verbindungselemente 10 beispielsweise auch, wie in 4 näher dargestellt, als Durchgangsbohrungen in den Statorträgersegmenten 3 ausgebildet sein. Insbesondere im Falle der Ausbildung der Verbindungselemente 10 als Fahnen können diese, alternativ oder zusätzlich und hier nicht näher dargestellt, beispielsweise auch im Bereich zumindest einer Stirnseite 11 des jeweiligen Statorträgersegmentes 3 angeordnet sein, d. h. an axialen Enden der Statorträgersegmente 3 und beispielsweise über die Stirnseiten 11, d. h. die axialen Enden, überstehend.
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Sind die Verbindungselemente 10 als Fahnen ausgebildet, so weisen diese, wie in 2 dargestellt, beispielsweise Bohrungen 12 zum Verschrauben auf, wobei diese Bohrungen 12 beispielsweise ohne Gewinde ausgebildet sein können, so dass zum Verschrauben von Verbindungselementen 10 jeweils benachbart angeordneter Statorträgersegmente 3 miteinander jeweils eine Schraube und eine Mutter zu verwenden ist. Alternativ können die als Fahnen ausgebildeten Verbindungselemente 10 jeweils einer Berührungsseite 8 der Statorträgersegmente 3 beispielsweise jeweils ein Gewinde aufweisen und die als Fahnen ausgebildeten Verbindungselemente 10 der anderen Berührungsseite 8 der Statorträgersegmente 3 weisen kein Gewinde auf. Auf diese Weise sind jeweils eine Fahne eines Statorträgersegmentes 3 mit Gewinde und eine Fahne eines benachbarten Statorträgersegmentes 3 ohne Gewinde miteinander zu verbinden. Dies kann unter Verwendung einer Schraube erfolgen, wobei durch das Gewinde in einer der Fahnen keine Mutter erforderlich ist.
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Im Falle der als Durchgangsbohrungen in den Statorträgersegmenten 3 ausgebildeten, in 4 dargestellten Verbindungselemente 10 weisen diese vorzugsweise ebenfalls an einer Berührungsseite 8 des jeweiligen Statorträgersegmentes 3 ein Gewinde und an der anderen Berührungsseite 8 des jeweiligen Statorträgersegmentes 3 jeweils kein Gewinde auf. Auf diese Weise ist bei zusammengesetztem Statorträger 2 jeweils ein Verbindungselement 10 mit Gewinde eines Statorträgersegmentes 3 mit einem Verbindungselement 10 ohne Gewinde eines benachbarten Statorträgersegmentes 3 zu verbinden. Dies kann im Falle der als Durchgangsbohrungen ausgebildeten Verbindungselemente 10 beispielsweise mittels Madenschrauben erfolgen.
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Alternativ oder zusätzlich zu den Verbindungselementen 10 sind, um die Statorträgersegmente 3 miteinander zu verspannen, beispielsweise eine oder mehrere hier nicht dargestellte Spannvorrichtungen verwendbar, welche zum Beispiel als geteilte Scheibennabe oder geschlitzte Hebelnabe ausgebildet sind. Diese sind beispielsweise auch lediglich als Hilfselemente verwendbar, welche das Verspannen der Statorträgersegmente 3 und das Verbinden von deren Verbindungselementen 10 erleichtern und nach der Fertigstellung des Stators 1 wieder abzunehmen sind, oder sie sind als Alternative zu den Verbindungselementen 10 oder zusätzlich zu den Verbindungselementen 10 vorgesehen und bleiben auch am fertiggestellten Stator 1 montiert.
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Die Verbindungselemente 10 und/oder die Spannvorrichtungen ermöglichen ein ausreichendes Verspannen der Statorträgersegmente 3 gegeneinander und gegen die Statoreinzelzähne 5, um die Statoreinzelzähne 5 in ihrer Lage zu fixieren und eine ausreichende Drehmomentübertragung von den Statoreinzelzähnen 5 auf den Statorträger 2 zu ermöglichen. Die Drehmomentübertragung ist zudem durch eine geeignete Ausbildung von Rückseiten 13 der Statoreinzelzähne 5, wie in 3 dargestellt, und bevorzugt auch durch eine entsprechende Ausbildung von Innenflächen der Statorträgersegmente 3, beispielsweise korrespondierend zu den Rückseiten 13 der Statoreinzelzähne 5, optimiert. Insbesondere durch ein gezieltes drehmomentgesteuertes Anziehen jeweils einzelner Verbindungselemente 10 und/oder Spannvorrichtungen während des Verspannens der Statorträgersegmente 3 sind die Fertigungstoleranzen der Statoreinzelzähne 5 ausgleichbar, um auf diese Weise eine Minimierung der Fügetoleranzen zu erreichen.
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Die Herstellung, d. h. die Ausbildung der Statorträgersegmente 3 mit deren Kühlkanälen 7, Verzahnungen 9 und Verbindungselementen 10 erfolgt beispielsweise aus Metall und/oder Kunststoff und zum Beispiel durch Zuschneiden eines Materials, beispielsweise in einem spanenden oder spanlosen Verfahren, zum Beispiel durch Drehen, Fräsen, Sägen und/oder mittels eines Lasers. Dabei tritt im Vergleich zu einer Herstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten einteiligen Trägers ein wesentlich geringerer Materialverschnitt auf. Des Weiteren sind eine Fertigungszeit und Fertigungskosten reduziert. Alternativ sind die Statorträgersegmente 3 beispielsweise auch in einem Gussverfahren herstellbar, im Falle der Verwendung von Kunststoff beispielsweise in einem Spritzgussverfahren. Auch eine Kombination verschiedener Ausformungsverfahren ist möglich, beispielsweise zunächst ein Gießen eines Rohteils, aus welchem dann das Statorträgersegment 3 auszuschneiden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Statorträger
- 3
- Statorträgersegment
- 4
- Statorring
- 5
- Statoreinzelzahn
- 6
- Außenseite
- 7
- Kühlkanal
- 8
- Berührungsseite
- 9
- Verzahnung
- 10
- Verbindungselement
- 11
- Stirnseite
- 12
- Bohrung
- 13
- Rückseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0079278 A1 [0002]
- US 2009/0127946 A1 [0003]
