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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine hybriderregte elektrische Maschine und insbesondere einen Stator für eine derartige elektrische Maschine.
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Hintergrund der Erfindung
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In Elektrofahrzeugen können verschiedene Typen von Elektromotoren Verwendung finden, wie beispielsweis auch hybriderregte elektrische Maschinen.
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Eine hybriderregte elektrische Maschine, wie sie etwa in der DE
DE 10 2010 043 970 A1 und
EP 0 729 217 B1 beschrieben ist, kann dabei den Vorteil aufweisen, dass sie bei vergleichbar hohem Wirkungsgrad wie bei einer permanenterregten elektrischen Maschine mit signifikant weniger Magnetmaterial auskommt. Dies wird durch eine Erregerspule erreicht, die entweder im Rotor oder Stator angeordnet sein kann. Die Anordnung im Stator hat den Vorteil, dass die Spule stillsteht und nicht über Schleifringe o.ä. bestromt werden muss.
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Ein Kennzeichen von hybriderregten elektrischen Maschinen ist der zweiteilige Aufbau von Rotorpaket und Statorpaket, wobei die Erregerspule zwischen den beiden Pakethälften angeordnet sein kann. In diesem Fall ist es in der Regel erforderlich, den Magnetfluss, der von der Spule erzeugt wird, über einen sogenannten Rückschlussring zu führen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Mit der Erfindung können besondere kostengünstige und leicht herstellbare Kurzschlussringe bereitgestellt werden. Insbesondere können mit der Erfindung die Herstellungskosten einer hybriderregten elektrischen Maschine verringert werden.
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Diese Vorteile können mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht werden. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Stator für eine hybriderregte elektrische Maschine. Die hybriderregte elektrische Maschine kann beispielsweise der Antriebsmotor eines Fahrzeugs, wie etwa eines Pkws, Lkws oder Busses, sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stator zwei in einer axialen Richtung angeordnete Statorpakete zur Aufnahme einer Mehrzahl von Statorwicklungen, die jeweils in Nuten der Statorpakete gewickelt sind. Die Nuten können in axialer Richtung ausgerichtet sein. Insbesondere können die Statorwicklungen beide Statorpakete umlaufen. Zwischen den Statorpaketen ist eine Erregerspule, die orthogonal zur axialen Richtung verläuft, und ein Rückschlussring, der dazu ausgeführt ist, ein Magnetfeld zwischen den beiden Statorpaketen in der axialen Richtung zu führen, angeordnet.
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Der Rückschlussring weist wenigstens einen Blechstreifen auf, der an seinem Ende zwei Verbindungselemente aufweist, mit denen der Blechstreifen formschlüssig zu einem Ring verbunden ist. Der Rückschlussring ist aus magnetisch leitfähigem Material, wie etwa Stahlblech, ausgeführt. Der Rückschlussring kann auf einfache Art und Weise aus Blech hergestellt werden. Beispielsweise durch Ausstanzen aus Blech und Biegen zu einem Ring.
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Insgesamt kann der Stator so hergestellt, werden, dass zunächst die Statorpakete nebeneinander auf Seiten der Erregerspule und des Rückschlussrings angeordnet und vormontiert werden. Auf diese Weise können dann die Statorwicklungen mit einer Einziehwickeltechnik in den Stator eingebracht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Verbindungselemente komplementär geformt. Beispielsweise kann der Blechstreifen zu einem Ring gebogen werden und anschließend die Verbindungselemente ineinandergesteckt werden, um eine formschlüssige Verbindungsstelle zu bilden.
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Eines der Verbindungselemente kann eine sich verbreiternde Nase aufweisen. Das andere Verbindungselement kann eine Einbuchtung mit einer verengten Stelle aufweisen. Beispielsweise kann die Verbindungsstelle wie bei zwei ineinandergreifenden Puzzleteilen geformt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Rückschlussring wenigstens ein Zentrierelement auf, das in ein komplementäres Zentrierelement in einem der Statorpakete eingreift, um ein Verrutschen des Rückschlussrings in Umfangsrichtung zu verhindern. Weisen beide Statorpakete entsprechende Zentrierelemente auf, kann der Rückschlussring auch dazu verwendet werden, die beiden Statorpakete miteinander auszurichten, so dass beispielsweise die Statornuten fluchten.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Zentrierelement zwei nebeneinander angeordnete Ausbuchtungen und/oder Einbuchtungen auf. Beispielsweise kann der Blechstreifen bereits entsprechend ausgestanzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Rückschlussring eine ungerade Anzahl von Zentrierelementen auf, die symmetrisch um den Rückschlussring verteilt sind. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass ein Zentrierelement der Verbindungsstelle gegenüberliegend angeordnet ist, die aus den beiden Verschlusselementen gebildet ist. Da auf diese Weise das gegenüberliegende Zentrierelement beim Biegen des Rings weniger verformt wird als die anderen Zentrierelemente, kann dies die Genauigkeit der Zentrierung erhöhen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Rückschlussring zwei Blechstreifen auf, die an ihren Enden formschlüssig zu jeweils einem Ring verbunden sind. Der Rückschlussring kann beispielsweise als doppelt gerollter Ring hergestellt werden. Die beiden Blechstreifen können die gleiche Breite aufweisen und/oder können gleichartig geformte Verbindungselemente aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegen die aus den beiden Verschlusselementen gebildeten Verbindungsstellen der beiden Blechstreifen übereinander. Die beiden Blechstreifen werden vor dem Biegen übereinandergelegt und verknüpft. Anschließend können die Verbindungselemente beider Blechstreifen gleichzeitig ineinander gehakt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist lediglich einer der beiden Blechstreifen wenigstens ein Zentrierelement auf. Beispielsweise sind am äußeren der beiden Blechstreifen das oder die Zentrierelemente angebracht. Der andere der beiden Blechstreifen kann einen glatten Rand aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Blechstreifen bzw. sind die Blechstreifen aus einem Blech ausgestanzt. Durch das Ausstanzen können die Blechstreifen abfallarm hergestellt werden. In Kombination mit einem Biegen auf einer kurvengesteuerten Biegemaschine können kurze Taktzeiten und eine hohe Genauigkeit bei der Herstellung erreicht werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine hybriderregte elektrische Maschine. Wie bereits gesagt, kann die elektrische Maschine der Antrieb eines Fahrzeugs sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die elektrische Maschine als Elektromotor an anderer Stelle im Fahrzeug eingesetzt wird, beispielsweise bei der Lenkung, in einer Pumpe, einem Gebläse, einem Hochdrehzahlantrieb, usw.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrische Maschine einen um eine Achse drehbaren Rotor mit zwei in einer axialen Richtung angeordneten Rotorpaketen, auf denen jeweils Permanentmagnete mit gleicher Polung angeordnet sind, wobei die Polungen der Rotorpakete zueinander versetzt sind, und einen um den Rotor angeordneten Stator mit zwei Statorpaketen, wobei jedes der Statorpakete jeweils ein Rotorpaket aufnimmt.
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Insbesondere kann die Erregerspule im Stator angeordnet sein und/oder der Rückschlussring aus einem zu einem Ring gekrümmten Blechstreifen gefertigt sein, so wie es obenstehend und untenstehend beschrieben ist.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
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1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rückschlussrings für einen Stator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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4 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Stators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rückschlussrings für einen Stator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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6 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Stators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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7 zeigt mehrere perspektivische Ansichten von Rückschlussringen für einen Stator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt eine hybriderregte elektrische Maschine 10 mit einem Stator 12, der in einem Gehäuse 14 aufgenommen ist. Im Gehäuse 14 ist ein Rotor 16 gelagert, der innerhalb des Stators 12 drehbar ist.
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Der Rotor 16 umfasst eine Welle 18 mit einer verdickten Mitte 20, die die Welle 18 scheibenartig umschließt. An die Mitte 20 grenzen zwei Rotorpakete 22 an, die beispielsweise aus Blechlamellen gefertigt sind. Am Außenumfang jedes der Rotorpakete 22 sind Permanentmagnete 24 mit gleicher Polung angeordnet. Die Polungen der Permanentmagnete 24 des einen Rotorpakets 22 sind dabei versetzt zu den Polungen der Permanentmagnete 24 des anderen Rotorpakets 22 angeordnet.
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Der Stator 12 umfasst zwei Statorpakete 26, die bezüglich der Drehachse des Rotors 16 mit den beiden Rotorpaketen 22 fluchten. Auch die Statorpakete 26 können aus Blechlamellen gefertigt sein. Zwischen den Statorpaketen 26 ist eine Erregerspule 28 und ein Rückschlussring 30 angeordnet, die die Drehachse des Rotors 16 umlaufen und zu dieser zentriert sind.
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Weiter umfasst der Stator 12 eine Mehrzahl von Wicklungen 32, die um die Statorpakete 26 gewickelt sind. Der Stator 12, in dem sich die verteilten Wicklungen 32, die Erregerspule 28 und der Rückschlussring 30 befindet, wird beispielsweise in das Gehäuse 14 eingeschrumpft. Die Wicklungen 32 können mit weiteren Leitungen an einen Stecker 34 verbunden werden.
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Die 2 zeigt den Stator 12 nach dem Zusammenbau, bevor die Wicklungen 32 eingezogen sind. Die beiden Statorpakete 26 weisen Innennuten 38 auf, die in axialer Richtung verlaufen und miteinander axial fluchten. In die Innennuten 38 werden die Wicklungen 32 gewickelt. Weiter außen weisen die Statorpakete einen massiven Jochbereich 40 auf.
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Die beiden Statorpakete 26 sind über den Rückschlussring 30 verbunden und werden von diesem über Zentrierelemente 42 zentriert, so dass ihre Nuten 38 zueinander ausgerichtet sind.
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Die Zentrierelemente 42 weisen gegenüberliegende Ausbuchtungen 44 am Rand des Rückschlussrings 30 auf, die in gegenüberliegende Einbuchtungen 46 am Rand des jeweiligen Statorpakets eingreifen.
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Die 3 zeigt den doppelt gerollten Rückschlussring 30 aus der 2 genauer. Der Rückschlussring umfasst zwei Blechstreifen 48, 50.
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Die Blechstreifen 48 können beispielsweise aus flachem Blech ausgestanzt werden, anschließend zusammen rundgebogen bzw. gerollt werden, bis ihre Enden miteinander durch geeignete Verbindungselemente 52 verknüpft werden können. Der innere Ring 50 kann dabei gerade Ränder aufweisen. Der äußere Ring 48 kann die Zentrierelemente 42 mit den Ausbuchtungen 44 bereitstellen.
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Der Bereich des äußeren Rings 48 außerhalb der Zentrierelemente 42 kann genauso breit sein wie der innere Ring 50.
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Beide Ringe 48, 50 weisen übereinanderliegende Verbindungselemente 52 und damit auch übereinanderliegende Verbindungsstellen bzw. Verschlüsse 54 auf. Die Verbindungselemente 52 sind dabei so gestaltet, dass sie formschlüssig ineinandergreifen. Beispielsweise kann das eine Verbindungelement 52 eine sich zum Ende hin verbreiternde Nase 56 und das andere Verbindungselement 52 eine sich zum Ende hin verschmälernde Einbuchtung 58 aufweisen.
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Wie weiter aus der 3 hervorgeht, können die Zentrierelemente 42 symmetrisch um die Drehachse des Rotors angeordnet sein. Eines der Zentrierelemente 42 kann gegenüberliegend zu der Verbindungsstelle 54 des Rückschlussrings 30 angeordnet sein.
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Die 4 zeigt eine Explosionszeichnung des Stators 12 vor dem Wickeln. Die Erregerspule 28, die in einer ringförmigen Halterung 60 aufgenommen ist, und der Rückschlussring 30 befinden sich im Jochbereich 40 der Statorpakete 26 und überdecken nicht die Statornuten 38. Zu den Ausbuchtungen 44 im Rückschlussring 30 ist eine entsprechende Gegengeometrie im Statorpaket 26 ausgeformt.
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Die Statorpakete 26 können durch Stanzpaketieren hergestellt werden. Die Bereiche 46 zum Zentrieren im Statorpaket 26 können durch zu- und abschaltbare Stempel im Stanzwerkzeug hergestellt werden.
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Die beiden Statorpakete 26 können gleich ausgeführt sein und können spiegelverkehrt montiert werden.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Rückschlussrings 30 analog der 3, wobei hier die Zentrierelemente 42 als Einbuchtungen 44' ausgeführt sind. In diesem Fall sind die Ausbuchtungen 44 bzw. Fixierflächen am Rückschlussring 30 breiter als die Einbuchtungen 44'. Die Zentrierelemente 42 bei den Einbuchtungen 44' können genauso breit sein wie der innere Ring 50.
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Durch diese Anordnung kann eine verbesserte Fixierung am Innendurchmesser des Außenrings 48 am Statorpaket 26 erreicht werden. Eine größere Fixierfläche an der Innenseite der Ausbuchtungen 44 kann zu einer höheren Stabilität beitragen.
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6 zeigt einen Stator 12 in Explosionsdarstellung analog der 4, allerdings mit der Zentrierung gemäß 5. In jedem der Statorpakete 26 befinden sich Einbuchtungen 46 mit geringerem Radius, in die die Ausbuchtungen 44 eingesetzt werden, und die von Bereichen 44' am Rand des jeweiligen Statorpakets 26 unterbrochen werden, die bis zum Außenradius des Statorpakets 26 reichen.
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In der 7 sind verschiedene Rückschlussringe 30 mit einer ungeraden Anzahl (1, 3, 5) an Zentrierelementen 42 gezeigt. Toleranzrechnungen haben gezeigt, dass ein Zentrierelement 42 ausreicht, um die beiden Statorpakete 26 fluchtend auszurichten. Ein Zentrierelement 42 ist vorteilhaft gegenüber der Verbindungsstelle 54 angeordnet, weil es in dieser Position die geringste Verformung beim Biegen erfährt. Wählt man eine ungerade Anzahl an Zentrierelementen 42, die symmetrisch angeordnet sind, so liegt keines im Bereich der Verbindungsstelle 54.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010043970 A1 [0003]
- EP 0729217 B1 [0003]
