DE102015213678A1

DE102015213678A1 - Sintered iron core of an axial flow machine

Info

Publication number: DE102015213678A1
Application number: DE102015213678.7A
Authority: DE
Inventors: Fabian Lange
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2017-01-26

Abstract

Stator (10) für eine elektrische Maschine mit einer flachen ringförmigen Grundplatte (12) und einer Vielzahl von Zahnsegmenten (14), wobei die Zahnsegmente (14) aus einem weichmagnetischen Pulverwerkstoff gebildet sind. Die Zahnsegmente (14) weisen jeweils einen Basiskörper (20) und einen Zahnkopf (22) auf. Wenigstens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe umfassend die Grundplatte (12), den Basiskörper (20) und den Zahnkopf (22), und eine andere Komponente, ausgewählt aus derselben Gruppe, sind aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet.An electric machine stator (10) having a flat annular base plate (12) and a plurality of toothed segments (14), the toothed segments (14) being formed from a soft magnetic powder material. The toothed segments (14) each have a base body (20) and a tooth head (22). At least one component selected from the group comprising the base plate (12), the base body (20) and the tooth tip (22), and another component selected from the same group are formed of different materials.

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung einen sintergefügten Stator einer Axialflussmaschine. The invention relates to an electric machine for motor vehicles. In particular, the invention relates to a sintered stator of an axial flow machine.

Hintergrund der Erfindung Background of the invention

Für den Einsatz von elektrischen Maschinen für Antriebe, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, kann es zunehmend von Bedeutung sein, aufgrund der geforderten begrenzten Platzverhältnisse und aufgrund der gleichzeitig geforderten hohen Leistungsdichte sehr kompakte und leistungsfähige Antriebe bereitzustellen. So kann, abhängig davon, ob die Maschine in den Antriebsstrang integriert ist oder separat angeschlossen ist, eine axiale Baulänge begrenzt sein. Deswegen werden insbesondere bei im Antriebsstrang integrierten Maschinen Axialflussmaschinen eingesetzt. Die Statoren solcher Maschinen können im Gegensatz zu herkömmlichen Bauformen in radialer Richtung geblecht sein. Allerdings können geblechte Bauformen unter Umständen Nachteile hinsichtlich einer Geometrie oder hinsichtlich ihrer elektromagnetischen Eigenschaften aufweisen. Im Stand der Technik sind Lösungen bekannt, die anstelle eines geblechten Aufbaus weichmagnetische Pulverwerkstoffe verwenden. Diese können auch unter dem Begriff „Soft Magnetic Composites“ (SMC) bekannt sein. Ein Vorteil von weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffen kann in einem dreidimensionalen magnetischen Flussverlauf in den Magnetbauteilen liegen, im Gegensatz zu zweidimensionalen magnetischen Flussverläufen in geschichteten Blechkernen. For the use of electrical machines for drives, for example for motor vehicles, it may be increasingly important to provide very compact and powerful drives due to the required limited space and due to the simultaneously required high power density. Thus, depending on whether the machine is integrated into the drive train or is connected separately, an axial length may be limited. For this reason, axial flow machines are used, in particular in machines integrated in the drive train. The stators of such machines can be laminated in the radial direction in contrast to conventional designs. However, laminated designs may have disadvantages in terms of geometry or their electromagnetic properties. In the prior art solutions are known which use soft magnetic powder materials instead of a laminated structure. These may also be known by the term "soft magnetic composites" (SMC). An advantage of soft magnetic powder composites may be in a three-dimensional magnetic flux pattern in the magnetic components, as opposed to two-dimensional magnetic flux traces in laminated sheet cores.

Allerdings können sich Verfahren zur Herstellung solcher Statoren dahingehend unterscheiden, dass die Herstellung oder Fertigungsverfahren in Bezug auf die herstellbaren Geometrien beschränkt sein kann. Beispielsweise können Hinterschnitte beispielsweise durch Matrizenpressen in vielen Fällen nur mit deutlich höherem Werkzeugaufwand realisiert werden. Im Stand der Technik sind für konventionelle Maschinen Lösungen gezeigt, wo beispielsweise Polzähne zweiteilig ausgeführt sind. In der DE 102 36 941 A1 ist ein Stator für eine Synchronmaschine offenbart, der unter anderem nach innen ragende Polzähne aufweist, bei denen zwischen jeweils 2 Polzähnen mit festem Zahnkopf ein Polzahn mit einem abnehmbaren Kopf angeordnet ist. Eine weitere Herausforderung beim Herstellen solcher Bauteile aus weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffen kann in der Beschränkung einer herstellbaren Bauteilgröße liegen. However, methods of making such stators may be different in that the manufacturing or manufacturing processes may be limited in terms of manufacturable geometries. For example, undercuts can be realized for example by die pressing in many cases only with significantly higher tooling costs. In the prior art solutions are shown for conventional machines, where, for example, pole teeth are made in two parts. In the DE 102 36 941 A1 discloses a stator for a synchronous machine, which, inter alia, has inwardly projecting pole teeth, in which a pole tooth is arranged with a removable head between each 2 pole teeth with a fixed tooth tip. Another challenge in producing such components from soft magnetic powder composites may be the limitation on a manufacturable component size.

Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention

Ausführungsformen der Erfindung können vorteilhaft einen Aufwand zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine verringern, wodurch sich geringere Kosten und geringere Herstellungszeiten ergeben können. Des Weiteren kann vorteilhaft eine Funktionalität oder Effektivität einer elektrischen Maschine erhöht oder optimiert werden. Der weiter unten beschriebenen Erfindung liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Die Herausforderung bei der Herstellung eines Stators für eine Axialflussmaschine kann zum einen darin bestehen, eine Komplexität und damit Kosten eines Herstellungsprozesses zu verringern, die sich aus den geometrischen Gegebenheiten eines Stators ergeben. Diese können insbesondere darin gesehen werden, dass bei der Herstellung pulvermetallurgischer Bauteile im Matrizenpressverfahren Hinterschnitte schwierig herzustellen sein können. Dies kann unter Umständen einen hohen werkzeugtechnischen Aufwand und hohe Werkzeugkomplexität und damit hohe Investitionskosten bedeuten. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass ein bisher einteiliger Stator in mehrere Bestandteile zerlegt wird, deren Geometrie einfacher ausgestaltet ist und deren Herstellung deutlich weniger Aufwand verursacht. Andererseits besteht hinsichtlich eines Wirkungsgrades einer elektrischen Maschine die Anforderung, Verluste hinsichtlich elektrischer und/oder magnetischer Energie möglichst gering zu halten. Dies kann beispielsweise den Einsatz besonders hochwertiger Materialien in Bereichen erfordern, wo hohe Flussstärken oder Ströme auftreten. Allerdings steigen mit der Güte und Qualität der Materialien auch die damit verbundenen Kosten. Embodiments of the invention can advantageously reduce the expense of manufacturing a stator of an electrical machine, which can result in lower costs and shorter production times. Furthermore, advantageously, a functionality or effectiveness of an electrical machine can be increased or optimized. The invention described below is based inter alia on the following considerations. The challenge in manufacturing a stator for an axial flux machine may be, on the one hand, to reduce the complexity and thus the cost of a manufacturing process, which results from the geometrical conditions of a stator. These can be seen, in particular, in that undercuts can be difficult to produce in the production of powder-metallurgical components in the die-pressing process. Under certain circumstances, this can mean a high expenditure on tooling and high tool complexity and thus high investment costs. This problem can be solved in that a hitherto one-piece stator is broken down into several components whose geometry is made simpler and their production causes significantly less effort. On the other hand, with regard to an efficiency of an electrical machine, there is the requirement to keep losses in terms of electrical and / or magnetic energy as low as possible. For example, this may require the use of high quality materials in areas where high flux levels or currents occur. However, the quality and quality of the materials also increase the associated costs.

Es wird daher ein Stator für eine elektrische Maschine vorgeschlagen, der eine flache ringförmige Grundplatte aufweist sowie eine Vielzahl von Zahnsegmenten, die so über einen Umfang der Grundplatte verteilt angebracht sind und in axialer Richtung des Stators von einer Stirnseite der Grundplatte abragen, dass sich zwischen den Zahnsegmenten in radialer Richtung des Stators verlaufende Nute zur Aufnahme einer Wicklung bilden. Die Zahnsegmente sind mit einem weichmagnetischen Pulverwerkstoff gebildet. Mit anderen Worten wird zur Herstellung des Stators, zumindest der Zahnsegmente, ein SMC-Werkstoff verwendet. Die Zahnsegmente weisen jeweils einen Basiskörper und einen Zahnkopf auf. Der Zahnkopf ist an einem von der Grundplatte entfernten axialen Ende des Basiskörpers angeordnet. Die Besonderheit dieses Stators kann darin gesehen werden, dass wenigstens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe umfassend die Grundplatte, den Basiskörper und den Zahnkopf und eine andere Komponente, ausgewählt aus dieser Gruppe, aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind. Mit anderen Worten ist von den genannten Bauteilen mindestens ein Bauteil aus einem anderen Material gefertigt. Der Stator ist also aus verschiedenen Einzelkomponenten zusammengesetzt, die miteinander verbunden sind und so die Gesamtheit des Stators bilden. It is therefore proposed a stator for an electric machine having a flat annular base plate and a plurality of toothed segments, which are mounted distributed over a circumference of the base plate and protrude in the axial direction of the stator from an end face of the base plate that between the To form tooth segments in the radial direction of the stator extending groove for receiving a winding. The toothed segments are formed with a soft magnetic powder material. In other words, an SMC material is used to make the stator, at least the tooth segments. The tooth segments each have a base body and a tooth head. The tooth tip is disposed at an axial end of the base body remote from the base plate. The peculiarity of this stator can be seen in that at least one component selected from the group comprising the base plate, the base body and the tooth tip and another component selected from this group are formed of different materials. In other words, of the named components at least one component made of a different material. The stator is thus composed of various individual components which are interconnected and thus form the entirety of the stator.

Ein Vorteil kann zunächst darin gesehen werden, dass durch die einzelnen Bauteile einfache Bauteilgeometrien geschaffen werden können, deren Herstellung deutlich einfacher und kostengünstiger erfolgen kann, beispielsweise durch die Vermeidung von Hinterschnitten. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass für Bereiche des Stators, in denen beispielsweise hohe Flussdichten und Stromstärken auftreten und die daher mehr elektrische oder magnetische Verluste verursachen können, höherwertigere Materialien eingesetzt werden können. Im Gegensatz dazu können Bereiche, die weniger kritisch hinsichtlich eines Wirkungsgrades des Stators sind, mit preiswerteren und geringwertigeren Werkstoffen gefertigt werden. Dies kann Kosten zur Herstellung eines Stators senken und/oder einen Wirkungsgrad des Stators erhöhen. Weiterhin kann über eine geeignete Werkstoffauswahl für den Zahnkopf dessen Form beeinflusst werden. An advantage can initially be seen in the fact that simple component geometries can be created by the individual components, their production can be made much easier and cheaper, for example by avoiding undercuts. A further advantage can be seen in the fact that higher-grade materials can be used for areas of the stator in which, for example, high flux densities and current intensities occur and which therefore can cause more electrical or magnetic losses. In contrast, areas that are less critical to stator efficiency can be made with lower cost and lower grade materials. This can reduce costs for producing a stator and / or increase the efficiency of the stator. Furthermore, its shape can be influenced via a suitable material selection for the tooth head.

Durch eine gezielte Auswahl der Zusammensetzung des Pulverwerkstoffs kann ein Sinterfügeprozess gezielt beeinflusst werden. Dabei ist der Begriff Sintern weit auszulegen, wobei insbesondere eine Wärmebehandlung und/oder Verpressen unter verschiedenen thermischen und Druckbedingungen gemeint ist. Through a targeted selection of the composition of the powder material, a sinter joining process can be specifically influenced. The term sintering is to be interpreted broadly, in particular a heat treatment and / or pressing under different thermal and pressure conditions is meant.

Als SMC-Materialien können beispielsweise isolierte oder gekapselte weichmagnetische Pulver eingesetzt werden, die optional mit einer anorganischen Isolierung beschichtet sind. In einem weiteren Beispiel kann amorphes oder nichtkristallines Material zum Einsatz kommen oder auch nanokristallines Material. Zur Herstellung eines Bauteils kann beispielsweise isoliertes SMC konventionell verpresst werden, jedoch nicht gesintert, sondern bei 150 bis 275 Grad ausgehärtet. Hieran kann sich beispielsweise ein Glühprozess bei etwa 500 Grad anschließen. Das SMC-Material kann aus einem Grundpulver mit Isolierung, einem Schmierstoff, einem Binder und gegebenenfalls weiteren Zusätzen bestehen. Hierbei bestimmen die Kombination der Bestandteile und deren Mengen die elektrischen, magnetischen und mechanischen Materialeigenschaften. As SMC materials, for example, isolated or encapsulated soft magnetic powders can be used, which are optionally coated with an inorganic insulation. In another example, amorphous or non-crystalline material may be used, or nanocrystalline material. To produce a component, for example, isolated SMC can be conventionally pressed, but not sintered, but cured at 150 to 275 degrees. This can be followed by, for example, an annealing process at about 500 degrees. The SMC material may consist of a base powder with insulation, a lubricant, a binder and optionally other additives. Here, the combination of the constituents and their quantities determine the electrical, magnetic and mechanical material properties.

In einer Ausführungsform ist die elektrische Maschine eine Axialflussmaschine. Die Verwendung der beschriebenen Merkmale in Axialflussmaschinen kann den Vorteil haben, dass insbesondere im Hinblick auf die besonderen Anforderungen an Axialflussmaschinen in modernen Antrieben eine Senkung der Kosten und/oder eine Erhöhung einer Leistungsdichte erreicht werden kann. In one embodiment, the electric machine is an axial flow machine. The use of the features described in axial flow machines can have the advantage that, in particular with regard to the special requirements of axial flow machines in modern drives, a reduction in the cost and / or an increase in power density can be achieved.

In einer Ausführungsform weisen die unterschiedlichen Materialien unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Mit anderen Worten dehnen sich die Materialien bei Erwärmung unterschiedlich stark aus bzw. ziehen sich bei Abkühlung unterschiedlich stark zusammen. Dieser Effekt kann beispielsweise vorteilhaft eingesetzt werden, um feste Verbindungen zwischen zwei Bauteilen durch Erwärmen und Abkühlen herzustellen. In one embodiment, the different materials have different thermal expansion coefficients. In other words, when heated, the materials expand to different extents or contract differently when cooled. For example, this effect can be advantageously used to produce firm connections between two components by heating and cooling.

Bei einer weiteren Ausführungsform weisen die unterschiedlichen Materialien unterschiedliche Schwell- bzw. Schrumpfverhalten auf. Mit anderen Worten verändern sich die Materialien bezogen auf ihr Volumen bzw. ihre Dichte im Sinterprozess unterschiedlich, wobei diese Veränderung auch nach der Abkühlung auf Raumtemperatur bleibend bzw. irreversibel ist. Dieser Effekt kann beispielsweise vorteilhaft eingesetzt werden, um feste Verbindungen zwischen zwei Bauteilen durch Erwärmen und Abkühlen herzustellen. In a further embodiment, the different materials have different swelling or shrinkage behavior. In other words, the materials change in relation to their volume or their density in the sintering process differently, this change is permanent or irreversible even after cooling to room temperature. This effect can, for example, be advantageously used to produce firm connections between two components by heating and cooling.

Gemäß einer Ausführungsform weisen die unterschiedlichen Materialien unterschiedliche elektromagnetische Güte auf. Dies kann bedeuten, dass elektrische, magnetische oder elektromagnetische Verluste, beispielsweise durch Generierung von Wärme, unterschiedlich stark ausgeprägt sind. Materialien mit höherer Güte sind häufig kostenintensiver und können aufgrund der verschiedenen einzelnen Bauteile nur dort eingesetzt werden, wo sie tatsächlich einen deutlichen verlustmindernden Effekt erzeugen und somit die höheren Kosten rechtfertigen. According to one embodiment, the different materials have different electromagnetic quality. This can mean that electrical, magnetic or electromagnetic losses, for example due to the generation of heat, have a different degree of severity. Higher grade materials are often more costly and, due to the different component parts, can only be used where they actually produce a significant loss reducing effect and thus justify the higher cost.

In einer Ausführungsform weist die Grundplatte Öffnungen oder Eintiefungen auf, in deren Querschnitt der Basiskörper des Zahnsegmentes zur Befestigung an der Grundplatte fügend aufgenommen ist. Mit anderen Worten kann beispielsweise ein Basiskörper durch die Öffnung in der Grundplatte durchgesteckt werden und durch entsprechende geometrische Ausgestaltung mit einem mechanischen Anschlag stabilisiert sein. Zusätzlich kann durch geeignete Fügeverfahren oder Klebeverfahren eine dauerhafte feste Verbindung geschaffen werden. Vorteil kann auch hier sein, dass die geometrischen Formen der Grundplatte und der Basiskörper des Zahnsegmentes einfach gehalten werden können, um so eine kostengünstige Herstellung zu ermöglichen. Erst durch die Zusammensetzung bzw. durch das Fügen entsteht die letztendliche geometrische Form des Stators. In one embodiment, the base plate openings or recesses, in the cross-section of the base body of the toothed segment is added to be sufficient for attachment to the base plate. In other words, for example, a base body can be pushed through the opening in the base plate and stabilized by a corresponding geometric configuration with a mechanical stop. In addition, a permanent solid connection can be created by suitable joining methods or adhesive methods. Advantage may also be here that the geometric shapes of the base plate and the base body of the toothed segment can be kept simple, so as to allow a cost-effective production. Only by the composition or by the joining results in the final geometric shape of the stator.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Basiskörper an seiner axialen Stirnseite einen länglichen Zapfen oder Steg auf, der in eine längliche Öffnung oder Eintiefung im Zahnkopf passend eingreift, sodass der Zahnkopf am Basiskörper befestigt ist. Die Befestigung des Zahnkopfes am Basiskörper und/oder des Basiskörpers an der Grundplatte erfolgt gemäß einer Ausführungsform durch Presspassung. Hierbei hat das Material der Grundplatte einen höheren thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material des Basiskörpers. Entsprechend weist das Material des Zahnkopfes einen höheren thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als das Material des Basiskörpers, wenn der Basiskörper in den Zahnkopf eingreift. Wird also beispielsweise eine Grundplatte und ein Basiskörper gleichzeitig auf etwa die gleiche Temperatur erwärmt, so dehnt sich die Grundplatte aufgrund des höheren thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten stärker aus. Dies kann dazu führen, dass die Öffnung in der Grundplatte, durch die der Basiskörper durchgeführt werden soll, erweitert ist. Durch den kleineren thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Basiskörpers dehnt sich dieser weniger aus als die Grundplatte und kann somit in erwärmtem Zustand durch die Öffnung in der Grundplatte geführt werden. Bei Abkühlung der beiden Bauteile zieht sich die Grundplatte wiederum stärker zusammen und presst sich damit seitlich an die Seitenflächen des Basiskörpers fügend an. Im Ergebnis entsteht unter Normaltemperaturbedingungen eine Presspassung zwischen den beiden Bauteilen. Analog wirkt dieses Prinzip zwischen dem Basiskörper und dem Zahnkopf. In einem Beispiel ist die Öffnung ein Langloch. Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Öffnung eine Bohrung. Hierzu können beispielsweise mehrere Bohrungen angeordnet sein, die eine Winkellage des Zahnkopfes gegenüber dem Basiskörper sicherstellen können. According to one embodiment, the base body has at its axial end side an elongate pin or web which fits into an elongated opening or recess in the tooth head, so that the tooth head is fixed to the base body. The attachment of the tooth head on the base body and / or the base body to the Base plate is made according to an embodiment by interference fit. Here, the material of the base plate has a higher thermal expansion coefficient than the material of the base body. Accordingly, the material of the tooth tip has a higher coefficient of thermal expansion than the material of the base body when the base body engages the tooth tip. If, for example, a base plate and a base body are heated to approximately the same temperature at the same time, the base plate expands more due to the higher thermal coefficient of thermal expansion. This can lead to the opening in the base plate, through which the base body is to be carried out, being widened. Due to the smaller thermal expansion coefficients of the base body, this expands less than the base plate and thus can be performed in a heated state through the opening in the base plate. Upon cooling of the two components, the base plate again pulls together more strongly and thus presses laterally against the side surfaces of the base body. As a result, under normal temperature conditions, an interference fit is produced between the two components. This principle works analogously between the base body and the tooth head. In one example, the opening is a slot. As another example, the opening is a bore. For this purpose, for example, a plurality of bores can be arranged, which can ensure an angular position of the tooth head relative to the base body.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Basiskörper eine längliche Eintiefung auf, in die ein länglicher Zapfen oder Steg des Zahnkopfes passend eingreift, sodass der Zahnkopf am Basiskörper befestigt ist. Mit anderen Worten ist hier der umgekehrte Fall beschrieben, wo der Zahnkopf in den Basiskörper eingreift. According to one embodiment, the base body has an elongated recess in which an elongate pin or web of the tooth head engages fitting, so that the tooth head is fixed to the base body. In other words, the reverse case is described here, where the tooth head engages in the base body.

In einer Ausführungsform weist das Material der Grundplatte, des Basiskörpers und/oder des Zahnkopfes einen Binder auf, der beschaffen ist, eine feste Verbindung zwischen Basiskörper und Zahnkopf und/oder zwischen Grundplatte und Basiskörper herzustellen. Dieser Binder kann vorteilhaft, beispielsweise unter Wärmeeinwirkung, eine dauerhafte feste Verbindung herstellen, ohne dass zusätzliche Kleber oder Bindematerialien zugeführt werden müssen. In einem Beispiel weisen die Stege 24 bzw. zugehörigen Öffnungen 26 konisch ausgeführte Seitenflächen auf, sodass der Basiskörper (20) und der Zahnkopf (22) miteinander verklemmt oder verpresst werden können. In one embodiment, the material of the base plate, the base body and / or the tooth head comprises a binder which is adapted to establish a firm connection between the base body and the tooth head and / or between the base plate and the base body. This binder can advantageously, for example, under the action of heat, produce a permanent solid connection without additional adhesive or binding materials must be supplied. In one example, the webs 24 or associated openings 26 tapered side surfaces so that the base body ( 20 ) and the tooth head ( 22 ) can be clamped or pressed together.

In einer Ausführungsform ist die Grundplatte aus einem weichmagnetischen Pulverwerkstoff gebildet. In einer weiteren Ausführungsform ist die Grundplatte aus Elektroblech gefertigt. Eine Herstellung der Grundplatte aus Elektroblech kann sich vorteilhaft aufgrund seiner flächigen Geometrie anbieten. In one embodiment, the base plate is formed of a soft magnetic powder material. In a further embodiment, the base plate is made of electrical steel. A production of the base plate of electrical steel can be advantageous due to its flat geometry.

Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Weder die Beschreibung noch die Figuren sollen als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden. Embodiments of the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Neither the description nor the figures are to be construed as limiting the invention.

1 zeigt einen Eisenkern eines Stators mit einer Grundplatte und Zahnsegmenten. 1 shows an iron core of a stator with a base plate and tooth segments.

2 zeigt einen Stator gemäß der Erfindung mit einer Grundplatte und Basiskörpern. 2 shows a stator according to the invention with a base plate and base bodies.

3 zeigt einen Zahnkopf eines Stators gemäß der Erfindung mit einer länglichen Öffnung. 3 shows a tooth tip of a stator according to the invention with an elongated opening.

4 zeigt einen Stator gemäß der Erfindung mit Grundplatte, Basiskörper und Zahnköpfen. 4 shows a stator according to the invention with base plate, base body and tooth tips.

5 zeigt eine Grundplatte eines Stators gemäß der Erfindung mit Öffnungen für Basiskörper. 5 shows a base plate of a stator according to the invention with openings for base body.

6 zeigt ein Beispiel eines Basiskörpers eines erfindungsgemäßen Stators. 6 shows an example of a base body of a stator according to the invention.

7A und 7B zeigen in Schnittdarstellung eine Grundplatte eines erfindungsgemäßen Stators mit Basiskörpern. 7A and 7B show in sectional view a base plate of a stator according to the invention with basic bodies.

Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. The drawings are only schematic and not to scale. Basically, identical or similar parts are provided with the same reference numerals.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen Detailed description of embodiments

1A zeigt ein Beispiel eines Stators 10 einer elektrischen Maschine in einer räumlichen Darstellung. Der Stator 10 weist eine flache ringförmige Grundplatte 12 auf, die in der gezeigten Darstellung auf der Unterseite des Stators 12 umlaufend angeordnet ist. Auf der in dieser Abbildung obersten Seite ist eine Vielzahl von Zahnsegmenten 14 verteilt angebracht. Diese ragen in axialer Richtung des Stators, also in Richtung einer Längsachse 16, von der Grundplatte 12 ab. Hierdurch bilden sich zwischen den Zahnsegmenten 14 Nute 18, die so ausgebildet sind, dass sie eine Wicklung (nicht dargestellt) aufnehmen können. Die Zahnsegmente 14 sind bei herkömmlichen Statoren in der Regel geblecht ausgeführt. 1A shows an example of a stator 10 an electric machine in a spatial representation. The stator 10 has a flat annular base plate 12 on, in the illustration shown on the underside of the stator 12 is arranged circumferentially. On the top side in this illustration is a variety of tooth segments 14 distributed. These protrude in the axial direction of the stator, ie in the direction of a longitudinal axis 16 , from the base plate 12 from. This forms between the tooth segments 14 groove 18 , which are adapted to receive a winding (not shown). The tooth segments 14 are usually laminated in conventional stators.

In 2 ist ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Stators 10, hier insbesondere eines Eisenkerns eines Stators 10, mit einer Grundplatte 12 und Basiskörpern 20 dargestellt. Die Basiskörper 20 bilden einen Bestandteil eines Zahnsegmentes 14 (siehe 1) und sind so ausgeführt, dass an dem von der Grundplatte 12 entfernten axialen Ende des Basiskörpers 20 ein Zahnkopf 22 (siehe 3) angeordnet werden kann. Hierzu weist der Basiskörper 20 einen Steg 24 auf, der so beschaffen ist, dass ein Zahnkopf 22 (siehe 3) passend bzw. fügend angebracht werden kann. In 2 is an example of a stator according to the invention 10 , here in particular an iron core of a stator 10 , with a base plate 12 and base bodies 20 shown. The base body 20 form part of a toothed segment 14 (please refer 1 ) and are designed to be that of the base plate 12 distal axial end of the base body 20 a tooth head 22 (please refer 3 ) can be arranged. For this purpose, the base body 20 a footbridge 24 on, which is such that a tooth head 22 (please refer 3 ) fitting or fitting can be attached.

3 zeigt ein Beispiel eines Zahnkopfes 22 eines erfindungsgemäßen Stators 10. Der Zahnkopf ist so ausgeführt, dass er an einem Basiskörper 20 (siehe 2) befestigt werden kann. Hierzu ist eine längliche, radial verlaufende Öffnung 26 im Zahnkopf 22 vorgesehen, die den Steg 24 des Basiskörpers 20 (siehe 2) passend aufnimmt. Hierdurch kann eine winkelfeste Anordnung erreicht werden. In einem Beispiel kann der Zahnkopf 22 auch eine oder mehrere Bohrungen aufweisen, in die beispielsweise Zapfen am Basiskörper 20 eingreifen. Der Vorteil eines separaten Zahnkopfes 22 kann sein, dass der Zahnkopf 22 aus einem anderen Material als der Basiskörper 20 und/oder die Grundplatte 12 bestehen kann. So können beispielsweise im Bereich des Zahnkopfes 22 stärkere Magnetflüsse auftreten, sodass für dieses Bauteil ein Material mit höherer elektromagnetischer Güte eingesetzt werden kann. Damit könnte ein kostenintensiveres Material gezielt nur dort eingesetzt werden, wo ein Effekt hinsichtlich einer Verringerung von elektrischen oder magnetischen Verlusten am stärksten zu Tage treten würde, und nicht im gesamten Eisenkern des Stators 10. 3 shows an example of a tooth head 22 a stator according to the invention 10 , The tooth head is designed to attach to a base body 20 (please refer 2 ) can be attached. For this purpose, an elongated, radially extending opening 26 in the tooth's head 22 provided the bridge 24 of the base body 20 (please refer 2 ). As a result, a winkelfeste arrangement can be achieved. In one example, the tooth head 22 also have one or more holes in the example, pin on the base body 20 intervention. The advantage of a separate tooth head 22 that may be the head of the tooth 22 made of a different material than the base body 20 and / or the base plate 12 can exist. For example, in the area of the tooth head 22 stronger magnetic fluxes occur, so that a material with higher electromagnetic quality can be used for this component. Thus, a more expensive material could be used selectively only where an effect in terms of a reduction of electrical or magnetic losses would come to light the most, and not in the entire iron core of the stator 10 ,

In 4 ist eine räumliche Gesamtdarstellung eines erfindungsgemäßen Stators 10 einer elektrischen Maschine gezeigt. Dieser weist eine Grundplatte 12 und Zahnsegmente 14 auf. Die jeweiligen Zahnsegmente 14 weisen jeweils einen Basiskörper 20 und einen Zahnkopf 22 auf. Hier ist zu sehen, wie ein Steg 24 des Basiskörpers 20 in eine Öffnung 26 im Zahnkopf 22 eingreift und so eine feste Verbindung zwischen dem Zahnkopf 22 und dem Basiskörper 20 schafft. Zwischen den Zahnsegmenten 14 sind Nute 18 gebildet, die eine Wicklung (nicht gezeigt) aufnehmen können. In einem Beispiel bestehen die Grundplatte 12 und der Basiskörper 20 aus demselben Material und sind einstückig ausgeführt. In 4 is an overall spatial representation of a stator according to the invention 10 an electric machine shown. This has a base plate 12 and tooth segments 14 on. The respective tooth segments 14 each have a base body 20 and a tooth head 22 on. Here you can see how a jetty 24 of the base body 20 in an opening 26 in the tooth's head 22 engages and so a firm connection between the tooth head 22 and the base body 20 creates. Between the tooth segments 14 are grooves 18 formed, which can accommodate a winding (not shown). In one example, the base plate exist 12 and the base body 20 made of the same material and are made in one piece.

5 zeigt ein Beispiel einer Grundplatte 12 mit Durchführungen 28, die über einen Umfang der Grundplatte 12 angeordnet sind. Diese sind so ausgeführt, dass beispielsweise bei der Herstellung eines Stators 10 ein Basiskörper, beispielhaft in 6 gezeigt, in Längsrichtung durch die Durchführungen 28 geschoben werden kann. Dies kann in einem Herstellungsprozess dadurch erfolgen, dass ein Material der Grundplatte 12 und ein Material des Basiskörpers 20 unterschiedlich sind und beide Materialien unterschiedliche thermische Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen bzw. beide Materialien unterschiedliche Schwell- bzw. Schrumpfverhalten aufweisen. So können die Materialien beispielsweise so gewählt sein, dass sich bei gleicher Erwärmung der Grundplatte 12 und des Basiskörpers 20 die Grundplatte 12 durch einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten stärker ausdehnt, die Durchführungen 28 sich also stärker weiten als ein Umfang der Basiskörper 20. Hierdurch kann in erwärmtem Zustand ein Basiskörper 20 durch eine Durchführung 28 bewegt werden und bei Abkühlung zieht sich die Durchführung 28 der Grundplatte stärker zusammen als ein Umfang des Basiskörpers 20, sodass eine Presspassung zwischen beiden Bauteilen entsteht. Alternativ oder ergänzend kann eine Presspassung zwischen Durchführung 28 und Basiskörper 20 durch unterschiedliches Schwell- und Schrumpfverhalten erreicht werden. Der Basiskörper 20 kann für einen passgenauen Eingriff und einen mechanischen Anschlag an der Grundplatte 12 eine umlaufende Verbreiterung 30 an einem axialen Ende aufweisen. Entsprechend kann die Grundplatte 12 ebenfalls eine oberflächennahe Verbreiterung 32 der Durchführung 28 aufweisen, die passend an der umlaufenden Verbreiterung 30 des Basiskörpers 20 eingreift. Dies kann beispielsweise eine mechanische Stabilisierung der Vielzahl von Basiskörpern 20 an der Grundplatte 12 insbesondere während eines Herstellungsprozesses erlauben. 5 shows an example of a base plate 12 with bushings 28 that over a perimeter of the base plate 12 are arranged. These are designed so that, for example, in the manufacture of a stator 10 a base body, exemplified in 6 shown longitudinally through the bushings 28 can be pushed. This can be done in a manufacturing process characterized in that a material of the base plate 12 and a material of the base body 20 are different and both materials have different thermal expansion coefficients or both materials have different Schwell- or shrinkage behavior. For example, the materials may be chosen so that, with the same heating of the base plate 12 and the base body 20 the base plate 12 by a higher thermal expansion coefficient expands more, the bushings 28 So widen more than a circumference of the base body 20 , In this way, in the heated state, a base body 20 through an implementation 28 be moved and when cooled, the implementation is 28 the base plate more closely together than a circumference of the base body 20 so that a press fit between the two components. Alternatively or additionally, a press fit between implementation 28 and base body 20 be achieved by different swelling and shrinkage behavior. The base body 20 Can for a precise engagement and a mechanical stop on the base plate 12 a circumferential broadening 30 have at an axial end. Accordingly, the base plate 12 likewise a shallow broadening 32 the implementation 28 have, fitting to the circumferential broadening 30 of the base body 20 intervenes. This can for example be a mechanical stabilization of the plurality of basic bodies 20 at the base plate 12 especially during a manufacturing process.

In 7A und 7B ist eine Grundplatte 12 mit Basiskörpern 20 eines erfindungsgemäßen Stators 10 in einer Schnittdarstellung gezeigt. 7A zeigt hierbei eine gesamte Grundplatte 12 mit Basiskörper 20, wobei in 7B ein vergrößerter Teilbereich eines einzelnen Basiskörpers 20 dieser Darstellung gezeigt ist. Hierbei ist zu sehen, dass der Basiskörper 20 von der Unterseite durch Durchführungen 28 der Grundplatte 12 durchgeführt ist und mit einem mechanischen Anschlag aufgrund der Verbreiterung 30, 32 stabilisiert ist. Eine Befestigung der Basiskörper 20 an der Grundplatte 12 kann durch Presspassung erfolgen. In einem Beispiel enthält ein Material des Basiskörpers 20 und/oder ein Material der Grundplatte 12 einen Binder, der eine feste Verbindung zwischen beiden Bauteilen schafft. Ein Aktivieren dieses Binders kann beispielsweise durch thermische Behandlung erfolgen. In 7A and 7B is a base plate 12 with basic bodies 20 a stator according to the invention 10 shown in a sectional view. 7A shows an entire base plate 12 with base body 20 , where in 7B an enlarged portion of a single base body 20 this illustration is shown. Here it can be seen that the base body 20 from the bottom through bushings 28 the base plate 12 is done and with a mechanical stop due to the broadening 30 . 32 is stabilized. An attachment of the base body 20 at the base plate 12 can be done by press fitting. In one example contains a material of the base body 20 and / or a material of the base plate 12 a binder that creates a strong connection between both components. Activation of this binder can be done for example by thermal treatment.

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. In addition, it should be noted that "encompassing" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a multitude. It should also be appreciated that features or steps described with reference to any of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10236941 A1 [0003]

Claims

Stator ( 10 ) for an electric machine, comprising a flat annular base plate ( 12 ); a variety of tooth segments ( 14 ), so over a circumference of the base plate ( 12 ) are distributed and in the axial direction ( 16 ) of the stator ( 10 ) from one end face of the base plate ( 12 ) protrude that between the tooth segments ( 14 ) in the radial direction of the stator ( 10 ) running grooves ( 18 ) to receive a winding; the tooth segments ( 14 ) are formed with a soft magnetic powder material; the tooth segments ( 14 ) each have a base body ( 20 ) and a tooth head ( 22 ), wherein the tooth head ( 22 ) on one of the base plate ( 12 ) distal axial end of the base body ( 20 ) is arranged; characterized in that at least one component selected from the group comprising the base plate ( 12 ), the base body ( 20 ) and the tooth head ( 22 ), and another component selected from this group are formed of different materials.

Stator ( 10 ) according to claim 1, wherein the electric machine is an axial flow machine.

Stator ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the different materials have different thermal expansion coefficients.

Stator ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the different materials have different swelling or shrinkage behavior.

Stator ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the different materials have different electromagnetic quality.

Stator ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the base plate ( 12 ) Openings, passages ( 28 ) or recesses, in whose cross-section the base body ( 20 ) of the toothed segment ( 14 ) for attachment to the base plate ( 12 ) is added.

Stator ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the base body ( 20 ) at its axial end face an elongated pin or web ( 24 ) which is in an elongated opening ( 26 ) or recess in the tooth tip ( 22 ) so that the tooth head ( 22 ) on the base body ( 20 ) is attached.

Stator ( 10 ) according to claim 7, wherein the attachment of the tooth head ( 22 ) on the base body ( 20 ) and / or the base body ( 20 ) on the base plate ( 12 ) is done by press fitting; the material of the base plate ( 12 ) has a higher thermal expansion coefficient than the material of the base body ( 20 ); and / or wherein the material of the tooth head ( 22 ) has a higher thermal expansion coefficient than the material of the base body ( 20 ), when the base body ( 20 ) in the tooth head ( 22 ) intervenes.

Stator ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the base body ( 20 ) has an elongated recess into which an elongated pin or ridge of the tooth head ( 22 ) so that the tooth head ( 22 ) on the base body ( 20 ) is attached.

Stator ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the material of the base plate ( 12 ), the basic body ( 20 ) and / or the tooth head ( 22 ) has a binder which is adapted to establish a firm connection between base bodies ( 20 ) and tooth head ( 23 ) and / or between base plate ( 12 ) and base bodies ( 20 ).

Stator ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the base plate ( 12 ) is formed of a soft magnetic powder material.

Stator ( 10 ) according to one of claims 1 to 10, wherein the base plate ( 12 ) is made of electrical steel.