DE102014106039A1 - Stator device and method of manufacturing a stator device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Statorvorrichtung für eine elektrische Maschine, umfassend eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung einer von der Statorvorrichtung definierten Achse angeordneten Polkernen und diese umgebende Wicklungen zum Ausbilden eines jeweiligen Pols, wobei die Statorvorrichtung eine Zwei- oder Mehrphasenstatorvorrichtung ist, bei der jeder Phase zumindest zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Pole zugeordnet sind, zwischen denen mindestens ein Pol mindestens einer anderen Phase angeordnet ist. Um eine derartige Statorvorrichtung bereitzustellen, deren Wicklungen mit verringertem Aufwand ausgebildet werden können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Statorvorrichtung eine Mehrzahl von Statoruntereinheiten aufweist, wobei jede Statoruntereinheit einer Phase zuordenbar ist und einen Trägerkörper aufweist, an dem die Polkerne der jeweiligen Phase gehalten sind, wobei die Wicklungen jeder Statoruntereinheit an den ihnen zugeordneten Polkernen in einem nicht miteinander verbundenen Zustand der Statoruntereinheiten bereitstellbar sind, und dass die Statoruntereinheiten verbindbar sind, wobei jeder Pol einer Statoruntereinheit in einen Zwischenraum zwischen Polen jeder der anderen Statoruntereinheiten einführbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Statorvorrichtung.The invention relates to a stator device for an electrical machine comprising a plurality of pole cores arranged in the circumferential direction of an axis defined by the stator device and surrounding windings for forming a respective pole, the stator device being a two- or multi-phase stator device in which each phase has at least two circumferentially spaced apart poles are assigned, between which at least one pole of at least one other phase is arranged. In order to provide such a stator device whose windings can be formed with reduced effort, it is proposed according to the invention that the stator device has a plurality of stator subunits, each stator subunit being assignable to one phase and having a carrier body on which the pole cores of the respective phase are held, wherein the windings of each stator subunit are provided to their associated pole cores in a non-connected state of the stator subunits, and that the stator subunits are connectable, each pole of a stator subunit being insertable into a gap between poles of each of the other stator subunits. Moreover, the invention relates to a method for producing a stator device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Statorvorrichtung für eine elektrische Maschine, umfassend eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung einer von der Statorvorrichtung definierten Achse angeordneten Polkernen und diese umgebende Wicklungen zum Ausbilden eines jeweiligen Pols, wobei die Statorvorrichtung eine Zwei- oder Mehrphasenstatorvorrichtung ist, bei der jeder Phase zumindest zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Pole zugeordnet sind, zwischen denen mindestens ein Pol mindestens einer anderen Phase angeordnet ist.The invention relates to a stator device for an electrical machine comprising a plurality of pole cores arranged in the circumferential direction of an axis defined by the stator device and surrounding windings for forming a respective pole, the stator device being a two- or multi-phase stator device in which each phase has at least two circumferentially spaced apart poles are assigned, between which at least one pole of at least one other phase is arranged.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Statorvorrichtung.Moreover, the invention relates to a method for producing a stator device.
Bei einer Statorvorrichtung der eingangs genannten Art, insbesondere für einen elektrisch kommutierten Motor, gehört es zum Stand der Technik, die Windung jedes Poles für sich auszubilden. Hierfür sind besondere Wicklungstechniken erforderlich, bei denen der Wicklungsdraht durch einen Spalt zwischen benachbarten Polen hindurchgeführt wird. Dies erfordert einen erheblichen Zeitaufwand für den Wicklungsvorgang, verlangsamt die Herstellung der Statorvorrichtung und ist mit hohen Herstellungskosten verbunden.In a stator device of the type mentioned, in particular for an electrically commutated motor, it belongs to the prior art to form the turn of each pole for themselves. For this purpose, special winding techniques are required in which the winding wire is passed through a gap between adjacent poles. This requires a considerable amount of time for the winding process, slows down the production of the stator and is associated with high production costs.
Es sind andere Verfahren bekannt, bei denen die Pole für sich gewickelt werden, d.h. die Wicklungen werden auf den jeweiligen Polkernen ausgeführt, woraufhin die Pole derselben Phase anschließend mit einem Rückschlusskörper für den magnetischen Fluss verbunden werden. Dies erfordert einen höheren Aufwand an die Verdrahtung, da die einzelnen Windungen elektrisch miteinander verbunden werden müssen. Aufgrund der Verbindung der Pole mit dem jeweiligen Rückschlusskörper kann der magnetische Fluss durch die sich daraus ergebende Fügung beeinträchtigt werden.Other methods are known in which the poles are wound on their own, i. the windings are carried out on the respective pole cores, whereupon the poles of the same phase are subsequently connected to a magnetic flux return body. This requires a greater amount of wiring, since the individual windings must be electrically connected to each other. Due to the connection of the poles with the respective return body, the magnetic flux can be affected by the resulting addition.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Statorvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, deren Wicklungen mit verringertem Aufwand ausgebildet werden können.Object of the present invention is to provide a stator of the type mentioned, the windings can be formed with reduced effort.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Statorvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Statorvorrichtung eine Mehrzahl von Statoruntereinheiten aufweist, wobei jede Statoruntereinheit einer Phase zuordenbar ist und einen Trägerkörper aufweist, an dem die Polkerne der jeweiligen Phase gehalten sind, wobei die Wicklungen jeder Statoruntereinheit an den ihnen zugeordneten Polkernen in einem nicht miteinander verbundenen Zustand der Statoruntereinheiten bereitstellbar sind, und dass die Statoruntereinheiten verbindbar sind, wobei jeder Pol einer Statoruntereinheit in einen Zwischenraum zwischen Polen jeder der anderen Statoruntereinheiten einführbar ist.This object is achieved in a generic stator according to the invention in that the stator comprises a plurality of Statoruntereinheiten, each Statoruntereinheit a phase is assigned and has a carrier body on which the Polkerne the respective phase are held, the windings of each stator subunit to them associated pole cores are provided in an unconnected state of the stator subunits, and that the stator subunits are connectable, wherein each pole of a stator subunit is insertable into a gap between poles of each of the other stator subunits.
Bei der erfindungsgemäßen Statorvorrichtung sind mehrere Statoruntereinheiten vorhanden. Jede Statoruntereinheit mit den entsprechenden Polkernen ist einer Phase der Statorvorrichtung zugeordnet. In Umfangsrichtung der Achse sind die Polkerne der jeweiligen Statoruntereinheit so weit voneinander beabstandet, dass sie in einem nichtverbundenen Zustand der Statoruntereinheiten miteinander auf einfache Weise mit Wicklungen versehen werden können. Dementsprechend kann jede Phase für sich gewickelt werden, was mit geringem Zeit- und Kostenaufwand verbunden ist. Anders als bei der gattungsgemäßen Statorvorrichtung, bei der der Wicklungsdraht durch Spalte zwischen benachbarten Polen unterschiedlicher Phasen hindurchgeführt werden muss, sind die Polkerne jeder Statoruntereinheit so weit beabstandet, dass vorzugsweise eine zeitsparende und kostengünstige Flyerwickeltechnik eingesetzt werden kann. Der Gesamtaufwand für das Bereitstellen der Wicklungen kann auf diese Weise relativ gering gehalten werden. Die mit Wicklungen versehenen Statoruntereinheiten können anschließend miteinander verbunden werden. Ein Pol einer Phase, d.h. einer Statoruntereinheit, wird dabei in Zwischenräume zwischen Polen einer jeweiligen anderen Phase eingeführt. Im Ergebnis erhält man eine Statorvorrichtung mit in Umfangsrichtung der Achse angeordneten Polen, die bevorzugt sogar so gering voneinander beabstandet sein können, dass die bei herkömmlichen Statorvorrichtungen eingesetzten Wickeltechniken nicht herangezogen werden könnten. Dadurch kann insbesondere auch eine kompakte Bauform der Statorvorrichtung erzielt werden.In the stator device according to the invention several stator subunits are present. Each stator subunit with the corresponding pole cores is associated with one phase of the stator device. In the circumferential direction of the axis, the pole cores of the respective stator subunit are spaced so far apart that they can be easily provided with one another in a non-connected state of the stator subunits with each other. Accordingly, each phase can be wrapped separately, which is associated with little time and cost. Unlike the generic stator device, in which the winding wire must be passed through gaps between adjacent poles of different phases, the pole cores of each stator subunit are spaced so far that preferably a time-saving and cost-effective flyer winding technique can be used. The total cost of providing the windings can be kept relatively low in this way. The winded stator subunits can then be connected together. One pole of a phase, i. a stator subunit, is introduced into spaces between poles of a respective other phase. As a result, a stator device having poles arranged in the circumferential direction of the axis is obtained, which may preferably even be so small that the winding techniques used in conventional stator devices could not be used. As a result, in particular a compact design of the stator device can be achieved.
Günstig ist es, wenn die Wicklungen mindestens einer Statoruntereinheit für sich und vorzugsweise jeder Statoruntereinheit für sich über den Wicklungsdraht zusammenhängend bereitgestellt und elektrisch verbunden sind und wenn die jeweilige Statoruntereinheit zwei elektrische Anschlusselemente zum Bestromen aller Wicklungen der Statoruntereinheit umfasst. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung und konstruktive Ausgestaltung der Statorvorrichtung. Die zwei oder mehr Wicklungen jeder Statoruntereinheit können bereits beim Wickeln über den Wicklungsdraht miteinander verbunden werden. Dementsprechend können die Wicklungen über den Wicklungsdraht zusammenhängend über mehrere Polkerne nacheinander gewickelt werden. Jede Statoruntereinheit kann dadurch mit nur zwei Anschlusselementen für alle Wicklungen bereitgestellt werden. Der Aufwand für die Verdrahtung jeder Statoruntereinheit und der Statorvorrichtung insgesamt lässt sich dadurch reduzieren.It is favorable if the windings of at least one stator subunit per se and, preferably, of each stator subunit are provided coherently over the winding wire and electrically connected, and if the respective stator subunit comprises two electrical connection elements for energizing all windings of the stator subunit. This allows a particularly simple production and structural design of the stator. The two or more windings of each stator subunit can already be interconnected when winding over the winding wire. Accordingly, the windings can be wound over the winding wire in a continuous manner over a plurality of pole cores. Each stator subunit can thereby be provided with only two connection elements for all windings. The effort for the wiring of each stator subunit and the stator device as a whole can thereby be reduced.
Die jeweilige Statoruntereinheit weist vorzugsweise mindestens einen Kanal für den Wicklungsdraht auf, in dem dieser zwischen zwei Wicklungen zumindest abschnittsweise verläuft, welche Wicklungen miteinander verbunden sind. Der Wicklungsdraht verläuft zum Beispiel in einem offenen, beispielsweise nutförmigen Kanal am oder im Trägerkörper von einer Wicklung zu der mit ihr elektrisch verbundenen nächsten Wicklung. Der Kanal kann mehrere Abschnitte aufweisen, wobei die Abschnitte zwischen den Wicklungen angeordnet sind, zum Beispiel in Umfangsrichtung der Achse am Trägerkörper.The respective stator subunit preferably has at least one channel for the Winding wire, in which this runs at least in sections between two windings, which windings are connected together. The winding wire runs, for example, in an open, for example, groove-shaped channel on or in the carrier body of a winding to the electrically connected to next winding. The channel may have a plurality of sections, wherein the sections are arranged between the windings, for example in the circumferential direction of the axis on the carrier body.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass ein Wicklungsdraht zumindest abschnittsweise zwischen den durch ihn verbundenen Wicklungen in einem elektrischen Isolationsteil verläuft, welches mit der Statoruntereinheit verbunden ist.Alternatively or additionally, it can be provided that a winding wire extends at least in sections between the windings connected by it in an electrical insulation part which is connected to the stator subunit.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorvorrichtung ist es günstig, wenn drei Statoruntereinheiten vorgesehen sind, die jeweils drei Polkerne und diesen zugeordnete Wicklungen aufweisen. Eine derartige Statorvorrichtung kann für einen Dreiphasen-Elektromotor bereitgestellt werden. Jede Statoruntereinheit umfasst einen Trägerkörper mit drei daran festgelegten Polkernen. Die Polkerne jeder Statoruntereinheit sind in Umfangsrichtung der Achse bevorzugt gleichmäßig voneinander beabstandet, d.h. sie weisen einen Winkelabstand von 120° auf. Vorzugsweise sind die Wicklungen jeder Statoruntereinheit wie vorstehend erwähnt zusammenhängend gewickelt, wodurch die Statorvorrichtung mit nur sechs Anschlusselementen zum Bestromen aller Wicklungen versehen werden muss.In an advantageous embodiment of the stator device according to the invention, it is favorable if three stator subunits are provided which each have three pole cores and windings associated therewith. Such a stator device may be provided for a three-phase electric motor. Each stator subunit comprises a carrier body with three pole cores fixed thereto. The pole cores of each stator subunit are preferably equally spaced circumferentially of the axis, i. they have an angular distance of 120 °. Preferably, the windings of each stator subunit are wound contiguously as mentioned above, whereby the stator device has to be provided with only six connection elements for energizing all windings.
Günstig ist es, wenn zumindest zwei Statoruntereinheiten identisch oder im Wesentlichen identisch ausgestaltet sind, wodurch eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der Statorvorrichtung erzielt werden kann und die Herstellungskosten gesenkt werden können. Als "im Wesentlichen identisch ausgestaltet" wird vorliegend insbesondere angesehen, dass die zwei Statoruntereinheiten identisch ausgestaltete Trägerkörper, Polkerne, gegebenenfalls Polschuhe, Größe und Anordnung der Wicklungen aufweisen und sich die Statoruntereinheiten zum Beispiel in einer Anordnung elektrischer Anschlusselemente und/oder im Verlauf eines Wicklungsdrahtes zwischen zwei durch ihn verbundenen Wicklungen unterscheidet.It is favorable if at least two stator subunits are configured identically or substantially identically, whereby a structurally simple design of the stator device can be achieved and the production costs can be reduced. In the present case, the two stator subunits have identically configured carrier bodies, pole cores, possibly pole shoes, size and arrangement of the windings and the stator subunits, for example, in an arrangement of electrical connection elements and / or in the course of a winding wire between two windings connected by it differs.
Bei Vorhandensein von drei Statoruntereinheiten, wie bei der zu vorletzt erwähnten vorteilhaften Ausführungsform der Statorvorrichtung erwähnt, sind vorzugsweise die beiden jeweils axial endseitig angeordneten Statoruntereinheiten identisch.In the presence of three stator subunits, as mentioned in the last-mentioned advantageous embodiment of the stator, the two each axially end arranged stator subunits are preferably identical.
"Axial" und "radial" sind vorliegend als auf die Achse der Statorvorrichtung bezogen aufzufassen."Axial" and "radial" are presently considered to be based on the axis of the stator device.
Vorteilhafterweise sind die Trägerkörper Rückschlusskörper, die aus einem magnetisch leitfähigen Material gefertigt sind oder ein solches umfassen, insbesondere aus einem weichmagnetischen Material. Über seine Funktion als Trägerkörper für die Polkerne hinaus kann der Trägerkörper eine weitere Funktion ausüben, nämlich die eines Rückschlusskörpers für den magnetischen Fluss. Ein gesonderter Rückschlusskörper kann dadurch eingespart werden.Advantageously, the carrier body return body, which are made of a magnetically conductive material or include such, in particular of a soft magnetic material. Beyond its function as a carrier body for the pole cores, the carrier body can exert a further function, namely that of a return body for the magnetic flux. A separate return body can be saved.
Von Vorteil ist es, wenn die Trägerkörper, vorzugsweise zusammen mit den Polkernen der jeweiligen Statoruntereinheit, Presskörper aus einem pulverförmigen magnetisch leitfähigen Material sind. Es kommen beispielsweise pulverförmige Metallpartikel, etwa aus Weicheisen, mit einer elektrisch isolierenden Oberfläche, etwa einer Phosphatschicht, zum Einsatz. Die Partikel können in einem Pulverpressverfahren formgebend gepresst und bevorzugt anschließend zur Steigerung der Festigkeit wärmebehandelt werden. Zum Beispiel wird ein Somaloy®-Material der Firma Höganäs verwendet.It is advantageous if the carrier bodies, preferably together with the pole cores of the respective stator subunit, are pressed bodies made of a powdery magnetically conductive material. There are, for example, powdered metal particles, such as soft iron, with an electrically insulating surface, such as a phosphate layer used. The particles may be molded by molding in a powder pressing process and preferably subsequently heat treated to increase strength. For example, a Somaloy ® material Höganäs is used.
Insbesondere bei der zuletzt erwähnten vorteilhaften Ausführungsform ist es günstig, wenn die Polkerne einstückig mit dem jeweiligen Trägerkörper gebildet sind.In particular, in the last-mentioned advantageous embodiment, it is advantageous if the pole cores are formed integrally with the respective carrier body.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Polkerne getrennt vom Trägerkörper gebildet und mit diesem verbunden sind.Alternatively it can be provided that the pole cores are formed separately from the carrier body and connected thereto.
Den Polen sind vorzugsweise Polschuhe zugeordnet, die günstigerweise einstückig mit den Polkernen und dem jeweiligen Trägerkörper einer Statoruntereinheit gebildet sind.The poles are preferably associated with pole pieces, which are advantageously formed integrally with the pole cores and the respective carrier body of a stator subunit.
Es kann vorgesehen sein, dass die Polkerne in unterschiedlichen Schnittebenen senkrecht zur Radialrichtung, bezogen auf die Achse, unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen. Vorzugsweise ist dabei die jeweilige Querschnittsfläche der Polkerne in den unterschiedlichen Schnittebenen konstant.It can be provided that the pole cores in different sectional planes perpendicular to the radial direction, relative to the axis, have different cross-sectional shapes. Preferably, the respective cross-sectional area of the pole cores in the different cutting planes is constant.
Günstigerweise vergrößert sich die Erstreckung der Polkerne in Umfangsrichtung der Achse radial auch außen. Darunter kann vorliegend insbesondere verstanden werden, dass sich die Polkerne, bezogen auf die Umfangsrichtung um die Achse, radial nach außen verbreitern und radial nach innen verjüngen, vorzugsweise kontinuierlich. Bei Polkernen konstanten Querschnitts nimmt der Zwischenraum zwischen den Polkernen in Umfangsrichtung der Achse radial nach außen zu. Dies kann zu einer axialen Überhöhung der Wicklungen radial nach außen führen. Durch die Verbreiterung der Polkerne wie bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Unterschied des Zwischenraums radial außenseitig zu radial innenseitig verringert, und eine mögliche axiale Überhöhung der Wicklungen wird reduziert und vorzugsweise vermieden.Conveniently, the extension of the pole cores in the circumferential direction of the axis increases radially outward. In the present case, this can be understood in particular to mean that the pole cores widen radially outwards relative to the circumferential direction about the axis and taper radially inwards, preferably continuously. For pole cores of constant cross-section, the space between the pole cores increases radially outward in the circumferential direction of the axis. This can lead to an axial elevation of the windings radially outward. Due to the broadening of the pole cores as in the present embodiment, the difference of the gap is reduced radially outward to radially inside, and a possible axial Canting of the windings is reduced and preferably avoided.
Bevorzugt verringert sich die axiale Erstreckung der Polkerne in radialer Richtung nach außen, bezogen auf die Achse. Darunter kann vorliegend insbesondere verstanden werden, dass sich die Polkerne, bezogen auf die Axialrichtung, radial nach außen verjüngen und radial nach innen verbreitern, vorzugsweise kontinuierlich. Beispielsweise in Kombination mit der zuletzt erwähnten vorteilhaften Ausführungsform ist dies günstig, da dadurch eine axiale Überhöhung der Wicklungen auf einfache Weise minimiert und idealerweise vermieden werden kann.Preferably, the axial extension of the pole cores decreases in the radial direction outward, relative to the axis. In the present case, this can be understood in particular to mean that the pole cores, with respect to the axial direction, taper radially outwards and widen radially inward, preferably continuously. For example, in combination with the last-mentioned advantageous embodiment, this is favorable, since thereby an axial elevation of the windings can be minimized in a simple manner and ideally avoided.
Vorteilhafterweise definieren die die Wicklungen axial endseitig jeweils eine quer zur Achse ausgerichtete Ebene. Die Wicklungen können flach oder im Wesentlichen flach sein, um den Raum in axialer Richtung möglichst gut auszunutzen.Advantageously, the windings define axially one end aligned transversely to the axis each plane. The windings may be flat or substantially flat to make the best possible use of the space in the axial direction.
Von Vorteil ist es, wenn die Wicklungen in axialer Richtung nicht über die Trägerkörper hinausragen, wobei die Wicklungen bevorzugt mit axialen Endflächen der Statorvorrichtung fluchten, die von den Trägerkörpern gebildet sind.It is advantageous if the windings do not protrude beyond the carrier bodies in the axial direction, wherein the windings are preferably aligned with axial end faces of the stator device, which are formed by the carrier bodies.
In entsprechender Weise ist es günstig, wenn die Wicklungen in axialer Richtung nicht über die vorstehend erwähnten Polschuhe der Pole hinausragen, wobei die Wicklungen vorzugsweise in axialer Richtung mit den Polschuhen fluchten.Correspondingly, it is favorable if the windings in the axial direction do not protrude beyond the above-mentioned pole shoes of the poles, the windings preferably being aligned in the axial direction with the pole shoes.
Die Trägerkörper sind vorzugsweise ringförmig und koaxial zueinander ausgerichtet.The carrier bodies are preferably annular and coaxially aligned with each other.
Günstig ist es, wenn die Statoruntereinheiten in axialer Richtung zusammenfügbar sind. Die Statoruntereinheiten können einander axial angenähert werden, wobei Pole einer Statoruntereinheit in Zwischenräume zwischen Pole einer jeweils anderen Statoruntereinheit eingreifen können.It is favorable if the stator subunits can be joined together in the axial direction. The stator subunits can be axially approximated, with poles of a stator subunit being able to intervene in gaps between poles of a respective other stator subunit.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn benachbarte Trägerkörper über jeweilige axiale Stirnflächen aneinander anliegen, die einem jeweils benachbarten Trägerkörper zugewandt sind. Die Statoruntereinheiten, insbesondere deren Trägerkörper, können elektrisch isoliert voneinander sein, zum Beispiel durch Lackierung. Diese kann auch eingespart werden, wenn die Trägerkörper wie vorstehend erwähnt aus pulverförmigen Partikeln mit elektrisch isolierender Oberfläche gepresst sind.It proves to be advantageous if adjacent carrier bodies abut each other via respective axial end faces, which face a respectively adjacent carrier body. The stator subunits, in particular their carrier body, can be electrically isolated from each other, for example by painting. This can also be saved if the carrier bodies are pressed from pulverulent particles having an electrically insulating surface as mentioned above.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass benachbarte Trägerkörper mit jeweiligen axialen Stirnflächen ein zwischen benachbarten Trägerkörpern angeordnetes elektrisches Isolationselement kontaktieren. Das Isolationselement ist zum Beispiel aus Kunststoff gefertigt und wird vorzugsweise auch zur Verbindung benachbarter Statoruntereinheiten genutzt. Bevorzugt ist das Isolationselement so dünn, dass der magnetische Fluss zwischen den Trägerkörpern in möglichst geringem Ausmaß beeinträchtigt wird.Alternatively it can be provided that adjacent support body contact with respective axial end faces arranged between adjacent support bodies electrical insulation element. The insulating element is made of plastic, for example, and is preferably also used to connect adjacent stator subunits. The insulating element is preferably so thin that the magnetic flux between the carrier bodies is impaired to the smallest possible extent.
Werden die Statoruntereinheiten miteinander verbunden, ist es von Vorteil, wenn eine definierte Relativorientierung der Statoruntereinheiten sichergestellt werden kann. Zu diesem Zweck weist die Statorvorrichtung vorzugsweise eine Ausrichteinrichtung mit zusammenwirkenden Ausrichtelementen an den Statoruntereinheiten auf. An jeder Statoruntereinheit ist vorzugsweise mindestens ein Ausrichtelement vorgesehen, das mit mindestens einem weiteren Ausrichtelement mindestens einer weiteren Statoruntereinheit zusammenwirken kann.If the stator subunits are connected to one another, it is advantageous if a defined relative orientation of the stator subunits can be ensured. For this purpose, the stator device preferably has an alignment device with cooperating alignment elements on the stator subunits. At least one alignment element is preferably provided on each stator subunit, which can cooperate with at least one further alignment element of at least one further stator subunit.
Die Ausrichtelemente weisen vorzugsweise an den Trägerkörpern angeordnete Vorsprünge und diesen jeweils zugeordnete Aufnahmen auf, wobei an jedem Trägerkörper mindestens ein Vorsprung in Richtung einer Aufnahme eines benachbarten Trägerkörpers und/oder mindestens eine Aufnahme für einen Vorsprung angeordnet ist, wobei vorzugsweise an jedem Trägerkörper mindestens ein Vorsprung und mindestens eine Aufnahme angeordnet ist.The alignment elements preferably have projections arranged on the carrier bodies and associated receptacles in each case, wherein at least one projection in the direction of a receptacle of an adjacent carrier body and / or at least one receptacle for a projection is arranged on each carrier body, preferably at least one projection on each carrier body and at least one receptacle is arranged.
Beispielsweise erweist es sich als vorteilhaft, wenn jeder Vorsprung in die ihm zugeordnete Aufnahme axial eingreift und quer zur Achse formschlüssig oder im Wesentlichen formschlüssig in der Aufnahme angeordnet ist. Beim Zusammenfügen der Statoruntereinheiten in axialer Richtung, wie vorstehend erwähnt, können die Vorsprünge in die ihnen jeweils zugeordnete mindestens eine Aufnahme eingreifen. Ein Zusammensetzen der Statorvorrichtung unter gleichzeitiger korrekter Ausrichtung der Statoruntereinheiten zueinander kann dadurch handhabungsfreundlich erfolgen.For example, it proves to be advantageous if each projection engages axially in the associated receptacle and is arranged transversely to the axis in a form-fitting or substantially positive fit in the receptacle. When assembling the stator subunits in the axial direction, as mentioned above, the projections can engage in their associated at least one receptacle. Assembly of the stator device with simultaneous correct alignment of the stator subunits relative to one another can thereby be carried out in a manner that is easy to handle.
Die Aufnahmen können zum Beispiel Ausnehmungen am Trägerkörper sein oder umfassen. Die Ausnehmungen sind beispielsweise radial außenseitig oder radial innenseitig am Trägerkörper angeordnet.The recordings may be, for example recesses on the carrier body or include. The recesses are arranged, for example, radially on the outside or radially on the inside of the carrier body.
Bei Vorhandensein von drei oder mehr Statoruntereinheiten greifen vorzugsweise Vorsprünge am Trägerkörper einer axial endseitig angeordneten Statoruntereinheit in Aufnahmen von zumindest zwei Statoruntereinheiten ein. Beispielsweise kann ein Vorsprung der endseitigen Statoruntereinheit eine Aufnahme an der ihm benachbarten Statoruntereinheit durchgreifen und in eine weitere Aufnahme der axial übernächsten Statoruntereinheit eingreifen. Mehrere Statoruntereinheiten können dadurch gemeinsam zueinander ausgerichtet werden.In the presence of three or more stator subunits, preferably projections on the carrier body of a stator subunit arranged axially end engage in receptacles of at least two stator subunits. By way of example, a projection of the end-side stator subunit can pass through a receptacle on its adjacent stator subunit and engage in a further receptacle of the axially downstream stator subunit. Several stator subunits can thereby be aligned together.
Am Trägerkörper einer Statoruntereinheit, zu beiden Seiten derer Statoruntereinheiten angeordnet sind, sind vorzugsweise Vorsprünge angeordnet zum Eingreifen in Aufnahmen an den Trägerkörpern beider benachbarter Statoruntereinheiten. Die Statoruntereinheit kann mit beiden benachbarten Statoruntereinheiten in Eingriff stehen, wozu jeweils mindestens ein Vorsprung in Richtung einer jeweils benachbarten Statoruntereinheit vorgesehen ist. On the carrier body of a stator subunit, on both sides of which stator subunits are arranged, projections are preferably arranged for engaging in receivers on the carrier bodies of both adjacent stator subunits. The stator sub-unit can engage with both adjacent stator sub-units, for which purpose at least one projection is provided in the direction of a respectively adjacent stator sub-unit.
Günstig ist es, wenn eine jeweilige Wicklung in radialer Richtung, bezogen auf die Achse, in einem Zwischenraum zwischen einem jeweiligen Polschuh des jeweiligen Pols und mindestens einem Vorsprung angeordnet ist, welcher Vorsprung an dem Trägerkörper angeordnet ist, an dem der der Wicklung zugeordnete Polkern gehalten ist. Die Wicklung kann zwischen dem mindestens einen Vorsprung und dem Polschuh angeordnet sein. Über die Funktion als Ausrichtelement hinaus kann der Vorsprung eine weitere Funktion ausüben, nämlich einen Teil des Pols bilden.It is advantageous if a respective winding in the radial direction, relative to the axis, is arranged in a gap between a respective pole piece of the respective pole and at least one projection, which projection is arranged on the carrier body, on which the pole core associated with the winding is held is. The winding may be arranged between the at least one projection and the pole piece. Beyond the function as an alignment element, the projection can exert a further function, namely to form part of the pole.
Es kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Vorsprünge und der Aufnahmen gleich der Anzahl der Pole der Statorvorrichtung ist.It may be provided that the number of projections and the receptacles is equal to the number of poles of the stator device.
Günstigerweise sind die Vorsprünge und die Aufnahmen in Umfangsrichtung der Achse gleichmäßig voneinander beabstandet.Conveniently, the projections and the receptacles in the circumferential direction of the axis are evenly spaced from each other.
Vorzugsweise ist am Ort eines jeweiligen Polkerns, in Umfangsrichtung der Achse, jeweils mindestens ein Vorsprung am jeweiligen Trägerkörper angeordnet.Preferably, at least one projection on the respective carrier body is arranged at the location of a respective pole core, in the circumferential direction of the axis.
Von Vorteil ist es, wenn die Vorsprünge an den Polkernen angeordnet sind und/oder von diesen umfasst oder gebildet sind. Insbesondere kann mindestens ein Vorsprung, wie vorstehend erwähnt, Bestandteil eines Pols bilden.It is advantageous if the projections are arranged on the pole cores and / or are comprised of these or formed. In particular, at least one projection, as mentioned above, form part of a pole.
Die Vorsprünge sind vorzugsweise einstückig mit dem jeweiligen Trägerkörper gebildet, zum Beispiel durch das vorstehend erwähnte Pulverpressverfahren.The projections are preferably formed integrally with the respective carrier body, for example by the above-mentioned powder pressing method.
Günstig ist es, wenn die Trägerkörper im miteinander verbundenen Zustand der Statoruntereinheiten gemeinsam eine Mantelfläche ausbilden, von der die Polkerne abstehen. Beispielsweise sind die Trägerkörper ringförmig und bilden radial innenseitig oder außenseitig mindestens eine zylindrische Mantelfläche.It is advantageous if the carrier bodies in the interconnected state of the stator subunits together form a lateral surface from which the pole cores protrude. For example, the carrier body are annular and form radially inside or outside at least one cylindrical lateral surface.
In entsprechender Weise ist es von Vorteil, wenn die Trägerkörper auf der den Polkernen gegenüberliegenden Seite gemeinsam eine Mantelfläche ausbilden, insbesondere von ringförmigem, koaxial zueinander ausgerichteten Trägerkörpern.In a corresponding manner, it is advantageous if the carrier body together form a lateral surface on the side opposite the pole cores, in particular of annular, coaxially aligned carrier bodies.
Die Statorvorrichtung kann ein Innenstator sein, bei dem die Polkerne vom jeweiligen Trägerkörper bezogen auf die Achse radial nach außen abstehen. Die der Statorvorrichtung zugeordnete Rotorvorrichtung der elektrischen Maschine ist dann ein Außenläufer. Die Statorvorrichtung weist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise eine zentrale Durchgangsöffnung auf, in die ein Schaft zur Montage der Statorvorrichtung eingreifen kann und/oder eine Lagerung für den Rotor angeordnet sein kann.The stator device may be an inner stator, in which the pole cores protrude radially from the respective carrier body relative to the axis. The rotor device of the electric machine associated with the stator device is then an external rotor. In this embodiment, the stator device preferably has a central passage opening, into which a shaft for mounting the stator device can engage and / or a bearing for the rotor can be arranged.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Statorvorrichtung ein Außenstator sein, bei dem die Polkerne vom jeweiligen Trägerkörper bezogen auf die Achse radial nach innen abstehen. Die der Statorvorrichtung zugeordnete Rotorvorrichtung der elektrischen Maschine ist dann ein Innenläufer.Alternatively, it can be provided that the stator device be an external stator, in which the pole cores protrude radially from the respective carrier body relative to the axis. The rotor device of the electric machine associated with the stator device is then an internal rotor.
Wie erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Statorvorrichtung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Statorvorrichtung der vorstehend genannten Art bereitzustellen.As mentioned, the invention also relates to a method of manufacturing a stator device. The object of the present invention is to provide a method for producing a stator device of the aforementioned type.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen einer Statorvorrichtung der vorstehend genannten Art gelöst, umfassend
- – Bereitstellen von zumindest zwei Statoruntereinheiten umfassend Träger körper, an denen jeweils zwei oder mehr Polkerne gehalten sind;
- – Bereitstellen von Wicklungen an den jeweiligen Polkernen; und
- – Verbinden der mit Wicklungen versehenen Statoruntereinheiten miteinander.
- - Providing at least two stator subunits comprising carrier body, on each of which two or more pole cores are held;
- - Providing windings on the respective pole cores; and
- - Connecting the winded stator subunits with each other.
Die bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung der erfindungsgemäßen Statorvorrichtung erwähnten Vorteile können unter Einsatz des Verfahrens erzielt werden. Insbesondere können die Wicklungen jeder Phase, der die jeweilige Statoruntereinheit zugeordnet ist, bereitgestellt werden, bevor die Statoruntereinheiten miteinander verbunden werden.The advantages already mentioned in connection with the explanation of the stator device according to the invention can be achieved by using the method. In particular, the windings of each phase associated with the respective stator subunit may be provided before the stator subunits are interconnected.
Günstig ist es, wenn die Wicklungen mindestens einer Statoruntereinheit für sich und vorzugsweise jeder Statoruntereinheit für sich zusammenhängend gewickelt werden, wobei die jeweilige Statoruntereinheit zwei elektrische Anschlusselemente zum Bestromen aller Wicklungen der Statoruntereinheit umfasst. Der Wicklungsdraht kann die Wicklungen der jeweiligen Statoruntereinheiten miteinander verbinden und beispielsweise, wie erwähnt, zwischen diesen zumindest abschnittsweise in einem Kanal verlaufen. Jede Statoruntereinheit kann mit nur zwei elektrischen Anschlusselementen versehen werden und dadurch die Verdrahtung vereinfacht werden.It is favorable for the windings of at least one stator subunit to be wound together by itself and preferably each stator subunit, wherein the respective stator subunit comprises two electrical connection elements for energizing all windings of the stator subunit. The winding wire can connect the windings of the respective stator subunits with one another and, for example, as mentioned, run between them at least in sections in a channel. Each stator subunit can be provided with only two electrical connection elements, thereby simplifying the wiring.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Wicklungen mit einer Flyerwickeltechnik gewickelt werden.It proves to be advantageous if the windings are wound with a flyer winding technology.
Die weiteren im Zusammenhang mit vorteilhaften Ausführungsformen der Statorvorrichtung erwähnten Merkmale können zur Definition vorteilhafter Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden und dementsprechend verfahrensmäßig umgesetzt sein. Diesbezüglich wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf voranstehende Ausführungen verwiesen. The other features mentioned in connection with advantageous embodiments of the stator device can be used to define advantageous embodiments of the method according to the invention and accordingly be implemented in terms of the method. In this regard, reference is made to the above statements to avoid repetition.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The following description of a preferred embodiment of the invention serves in conjunction with the drawings, the detailed explanation of the invention. Show it:
Die Statorvorrichtung
In der Zeichnung sind die Statoruntereinheiten
Die Statoruntereinheiten
Die Statoruntereinheit
Den Polschuhen
Die Polkerne
Die Statoruntereinheit
Zum Bereitstellen der Wicklungen
Die Statoruntereinheit
Weiter kann eine kostengünstige Fertigung der Statoruntereinheit
Der Trägerkörper
Am Trägerkörper
Wie bereits erwähnt, ist die Statoruntereinheit
Auch die Statoruntereinheit
Im Gegensatz zur Statoruntereinheit
Auch der Trägerkörper
Die axial zwischen den Statoruntereinheiten
Die Statoruntereinheit
Auch die Wicklungen
Auch bei der Statoruntereinheit
Die Pole
Die Pole
Auch am Trägerkörper
Die Vorsprünge
Bei der Herstellung der Statorvorrichtung
Zum Zusammensetzen der Statorvorrichtung
Beim Zusammenfügen durchgreift jeder Vorsprung
Benachbarte Trägerkörper
Der magnetische Rückschluss wird insgesamt aus allen drei Trägerkörpern
Außerdem kann der magnetische Fluss zwischen den Polen
Im zusammengesetzten Zustand der Statorvorrichtung
Von der Mantelfläche
Zentral ist eine Durchgangsöffnung an der Statorvorrichtung
Durch die separate Wicklung jeder Statoruntereinheit
Die Vorsprünge
Wie insbesondere aus den
Die Querschnittsfläche der Polkerne, bezogen auf Schnittebenen quer zur Radialrichtung, bleibt konstant.The cross-sectional area of the pole cores, relative to sectional planes transverse to the radial direction, remains constant.
Durch die Verbreiterung in Umfangsrichtung der Achse
Vorzugsweise sind die Wicklungen
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CN109194070A (en) * | 2018-09-07 | 2019-01-11 | 华中科技大学 | A kind of assembled stator and its assembling method of axial flux permanent magnet motor |
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DE10319190A1 (en) * | 2003-04-29 | 2004-11-18 | Robert Bosch Gmbh | Electrical machine |
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Wikipedia: Spulenwickeltechnik - Version vom 12.12.2013 * |
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