DE102016224071A1

DE102016224071A1 - MULTIPLE STATOR FOR AN ELECTRIC MOTOR, METHOD FOR MANUFACTURING A MULTIPLE STATUS, ELECTRIC MOTOR AND HEAT PUMP

Info

Publication number: DE102016224071A1
Application number: DE102016224071.4A
Authority: DE
Inventors: Holger Sedlak
Original assignee: Efficient Energy GmbH
Current assignee: Efficient Energy GmbH
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2018-06-07

Abstract

Ein Stator für einen Elektromotor weist ein erstes Statorelement (10), das einen ersten Verbindungsbereich (14) aufweist, an dem eine erste Gruppe von wenigstens zwei Polfüßen (12a-12d) angebracht ist und ein zweites Statorelement (20), das einen zweiten Verbindungsbereich (24) aufweist, an dem eine zweite Gruppe von wenigstens zwei Polfüßen (22a-22d) angebracht ist, auf, wobei um jeden Polfuß der ersten und der zweiten Gruppe Spulen (16a-16d) gewickelt sind, und wobei das erste Statorelement (10) und das zweite Statorelement (20) so zusammengefügt sind, dass ein Polfuß (12a) der ersten Gruppe zu einem Polfuß (22a, 22b) der zweiten Gruppe benachbart ist, und dass in einem Polfußzwischenraum (31, 32) zwischen den benachbarten Polfüßen ein Teil einer Spule (16a-16d), die um den Polfuß der ersten Gruppe gewickelt ist, und ein Teil einer weiteren Spule, die um den Polfuß der zweiten Gruppe gewickelt ist, angeordnet sind.A stator for an electric motor has a first stator element (10) having a first connection region (14) to which a first group of at least two pole feet (12a-12d) is attached and a second stator element (20) having a second connection region (24) on which a second group of at least two pole feet (22a-22d) is mounted, wherein coils (16a-16d) are wound around each pole leg of the first and second groups, and wherein the first stator element (10 ) and the second stator element (20) are joined such that a pole leg (12a) of the first group is adjacent to a pole leg (22a, 22b) of the second group, and in a pole leg gap (31, 32) between the adjacent pole legs Part of a coil (16a-16d), which is wound around the pole leg of the first group, and a part of another coil, which is wound around the pole leg of the second group, are arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektromotoren und insbesondere auf Statoren für solche Elektromotoren.The present invention relates to electric motors and more particularly to stators for such electric motors.

Die EP 2 549 113 A2 offenbart einen magnetischen Rotor und eine Rotationspumpe mit einem magnetischen Rotor. Der Rotor ist zum Fördern eines Fluids in einem Pumpengehäuse innerhalb eines Stators der Rotationspumpe magnetisch berührungslos antreibbar und lagerbar. Außerdem ist der Rotor mittels einer äußeren Verkapselung, die einen fluorierten Kohlenwasserstoff aufweist, gekapselt. Innerhalb der Verkapselung umfasst der Rotor einen von einem Metallmantel ummantelten Permanentmagneten. Die Rotationspumpe umfasst ein Pumpengehäuse mit einem Einlass zum Zuführen eines Fluids und einem Auslass zum Abführen des Fluids. Das Fluid ist zum Beispiel eine chemisch aggressive Säure mit einem Anteil eines Gases, z. B. Schwefelsäure mit Ozon. Zur Förderung des Fluids ist im Pumpengehäuse ein magnetischer Rotor berührungslos magnetisch gelagert. Der Rotor ist ferner mit einem magnetischen Antrieb versehen, der elektrische Spulen aufweist. Der Stator ist mit geblechtem Eisen ausgebildet, das mit dem Permanentmagneten des Rotors in magnetischer Wirkverbindung steht. Der Antrieb ist als lagerloser Motor ausgebildet, bei dem der Stator gleichzeitig als Lagerstator und Antriebsstator ausgestaltet ist. Der Rotor ist als Scheibenläufer ausgebildet, wobei die axiale Höhe des Rotors kleiner oder gleich einem halben Durchmesser des Rotors ist.The EP 2 549 113 A2 discloses a magnetic rotor and a rotary pump with a magnetic rotor. The rotor is for driving a fluid in a pump housing within a stator of the rotary pump magnetically non-contact drivable and storable. In addition, the rotor is encapsulated by means of an outer encapsulation comprising a fluorinated hydrocarbon. Within the encapsulation, the rotor comprises a permanent magnet encased in a metal jacket. The rotary pump includes a pump housing having an inlet for supplying a fluid and an outlet for discharging the fluid. The fluid is, for example, a chemically aggressive acid with a proportion of a gas, e.g. As sulfuric acid with ozone. To convey the fluid, a magnetic rotor is magnetically non-contact in the pump housing. The rotor is further provided with a magnetic drive having electric coils. The stator is formed with laminated iron, which is in magnetic operative connection with the permanent magnet of the rotor. The drive is designed as a bearingless motor in which the stator is designed as a bearing stator and drive stator at the same time. The rotor is designed as a pancake, wherein the axial height of the rotor is less than or equal to half the diameter of the rotor.

Die Dissertation ETH Nr. 12870, „Der lagerlose Scheibenmotor“, N. Barletta, 1998 , offenbart magnetgelagerte Scheibenmotoren. Magnetlager arbeiten vollständig berührungs-, verschleiß-, wartungs- und schmiermittelfrei. Zur aktiven Stabilisierung eines Freiheitsgrades werden zwei regelbare Elektromagnete inklusive elektronischer Ansteuerung benötigt. Der lagerlose Scheibenmotor wird innerhalb einer lagerlosen Blutpumpe als lagerloser Scheibenmotor mit aktivem Axiallager, als Miniatur-Scheibenmotor, oder als lagerloser Bioreaktor eingesetzt. Durch eine Kombination von passiven Reluktanzmagnetlagern und lagerlosem Motor ist es möglich, einen Scheibenrotor mit nur zwei aktiv stabilisierten radialen Freiheitsgraden vollständig zu lagern. Anforderungen nach einem großen Luftspalt, welcher in hermetischen Systemen nötig ist, werden durch die Wahl eines lagerlosen zum Antrieb einer Axialpumpe zur Herzunterstützung geeignet ist, ist für Drehzahlen von 30.000 Umdrehungen pro Minute ausgelegt, was zu einer kleineren Baugröße führt.The dissertation ETH No. 12870, "The bearingless disk motor", N. Barletta, 1998 , discloses magnetically supported disc motors. Magnetic bearings work completely free from contact, wear, maintenance and lubricant. For the active stabilization of a degree of freedom, two controllable electromagnets including electronic control are required. The bearingless disc motor is used within a bearingless blood pump as a bearingless disc motor with active axial bearing, as a miniature disc motor, or as a bearingless bioreactor. By a combination of passive reluctance magnetic bearings and bearingless motor, it is possible to completely support a disc rotor with only two actively stabilized radial degrees of freedom. Requirements for a large air gap, which is necessary in hermetic systems are suitable by the selection of a bearingless for driving an axial pump for cardiac support, is designed for speeds of 30,000 revolutions per minute, resulting in a smaller size.

Kommerzielle elektrische Scheibenmotoren sind auch unter der Bezeichnung „Pan Cake-Motor“ („Pfannkuchenmotor“) bekannt. Das in den beiden vorhergehenden Referenzen dargestellte Motorkonzept zeichnet sich dadurch aus, dass sich der Stator um den Rotor herum erstreckt. Solche Motoren werden auch als Innenläufer bezeichnet.Commercial electric disc motors are also known by the name "Pan Cake Motor" ("pancake motor"). The engine concept illustrated in the two preceding references is characterized in that the stator extends around the rotor. Such engines are also referred to as internal rotor.

Bei dem Innenläuferkonzept existiert die Problematik, dass der Stator immer größer als der Rotor sein muss, dass also die Größe und die Ausbildung des Rotors immer durch das Statorgehäuse begrenzt ist bzw. dass der Rotor die Ausbildung des Stators dominiert. Damit ist das Einsatzgebiet eines solchen Scheibenmotors, der als Innenläufer ausgebildet ist, begrenzt.In the case of the internal rotor concept, there is the problem that the stator always has to be larger than the rotor, that is, the size and design of the rotor is always limited by the stator housing or that the rotor dominates the formation of the stator. Thus, the field of application of such a disc motor, which is designed as an internal rotor, limited.

Darüber hinaus ist bei Scheibenmotoren grundsätzlich die Problematik vorhanden, dass der Rotor, unabhängig davon, ob er als Innenläufer oder Außenläufer konzipiert ist, Druckdifferenzen bzw. Drücken in bestimmten Richtungen ausgesetzt ist. Diese Drücke führen dazu, dass ein Lager in der Richtung des Drucks, der auf den Rotor wirkt, belastet wird, und damit ein Verschleiß erhöht wird, bzw. dass dann, wenn eine Auslenkung des Rotors erlaubt wird, der Rotor in dieser Richtung ausgelenkt wird und damit Spielräume für diese Auslenkung bereitgestellt werden müssen. Insbesondere dann, wenn die Pumpe eingesetzt wird, um ein Medium von einem Druckgebiet mit einem ersten Druck auf ein Druckgebiet mit einem zweiten Druck zu pumpen, bzw. um überhaupt eine solche Druckdifferenz zu erzeugen, müssen aufwändige konstruktive Maßnahmen getroffen werden, um entweder eine geforderte Verschleißfestigkeit zu erreichen, oder um einen Spielraum für eine auftretende Auslenkung bereitzustellen.In addition, disk motors generally have the problem that the rotor, regardless of whether it is designed as an internal rotor or external rotor, pressure differences or pressures in certain directions is exposed. These pressures cause a bearing to be loaded in the direction of pressure acting on the rotor, thus increasing wear, or, if rotor deflection is allowed, the rotor is deflected in that direction and thus leeway for this deflection must be provided. In particular, when the pump is used to pump a medium from a pressure area at a first pressure to a pressure area at a second pressure, or to generate such a pressure difference at all, complex design measures must be taken to either a required To achieve wear resistance, or to provide a margin for an occurring deflection.

Je kleiner die Motoren werden und je dichter die Motoren gepackt werden sollen, d. h. je näher beieinander die einzelnen Polfüße und Spulen um die Polfüße angeordnet werden sollen, umso problematischer wird die Frage, wie die einzelnen Motoren bzw. die Wicklungen im Stator hergestellt werden können. Einerseits möchte man sehr viele Spulen auf sehr kleinem Raum haben. Außerdem müssen sämtliche Statorkonzepte, auch wenn sie noch so dicht gepackt sind, irgendwann einmal im Herstellungsprozess mit Spulen versehen werden, also gewickelt werden.The smaller the engines are and the closer the engines are to be packed, d. H. the closer together the individual pole feet and coils are to be arranged around the pole feet, the more problematic the question arises as to how the individual motors or the windings can be produced in the stator. On the one hand you want to have a lot of coils in a very small space. In addition, all stator concepts, even if they are packed so tightly, at some point in the manufacturing process with coils are provided, so be wound.

Die JP 2001119874 A offenbart einen Stator einer rotierenden elektrischen Maschine. Ein Statorkern wird in einen ringförmigen Jochabschnitt und einen strahlenradförmigen Magnetpol-Teil aufgeteilt. Insbesondere ist ein Verbindungsteil, das das Strahlenrad mit dem Jochteil verbindet, mit Kurzschlussspulenwicklungen versehen.The JP 2001119874 A discloses a stator of a rotary electric machine. A stator core is divided into an annular yoke portion and a magnetic-wheel-shaped magnetic-wheel part. In particular, a connection part which connects the radiation wheel to the yoke part is provided with short-circuit coil windings.

Die CN 202888986 U offenbart einen Statorkern, der aus einer Mehrzahl von Statorkerneinheiten besteht, die auf einer Statornabe durch Befestigungselemente befestigt sind. Die Kerneinheit bildet einen Magnetpol. Ferner sind Kühlungsabschnitte vorgesehen.The CN 202888986 U discloses a stator core consisting of a plurality of stator core units mounted on a stator hub by fasteners. The core unit forms a magnetic pole. Furthermore, cooling sections are provided.

Die US 2006/0071114 A1 offenbart ein Statorkernwicklungsgerät, das durchgehend Wicklungen auf jedem einzelnen eines entsprechend aufgeteilten Kernelements eines einzigen Statorkerns erzeugen kann. Insbesondere hat jeder einzelne Statorkern schmale Zwischenräume zwischen großen Klauen benachbarter Kernelemente. The US 2006/0071114 A1 discloses a stator core winding apparatus that can continuously generate windings on each one of a correspondingly split core element of a single stator core. In particular, each individual stator core has narrow spaces between large claws of adjacent core elements.

Nachteilig an der beschriebenen Vorgehensweise ist, dass der Zusammenbau sehr aufwendig ist. So ist jeder Polfuß einzeln vorhanden, muss einzeln genommen werden, um ihn zu umwickeln, und dann muss jeder Polfuß einzeln an ein entsprechendes Befestigungselement angebracht werden, oder es muss eine aufwendige mechanisch herausfordernde Einzelbefestigung der einzelnen Polfüße aneinander vorgenommen werden. Insbesondere die Ausrichtung der einzelnen Polfüße und die Handhabung sind problematisch, um letztendlich einen Stator für einen Elektromotor zu bekommen, der rundläuft, und der für hohe Drehzahlen ausgelegt ist. Ferner ist der Umgang mit vielen kleinen Teilen umständlich, wenn ein Elektromotor hergestellt werden soll, dessen Dimensionen im Dezimeterbereich sind.A disadvantage of the procedure described is that the assembly is very expensive. So each Polfuß is present individually, must be taken individually to wrap it, and then each Polfußfuß must be individually attached to a corresponding fastener, or it must be a complex mechanically challenging individual attachment of the individual pole feet together. In particular, the orientation of the individual pole feet and the handling are problematic to ultimately get a stator for an electric motor that rotates, and is designed for high speeds. Furthermore, the handling of many small parts is cumbersome when an electric motor is to be produced whose dimensions are in the decimeter range.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Statorkonzept für einen Elektromotor zu schaffen.The object of the present invention is to provide an improved stator concept for an electric motor.

Diese Aufgabe wird durch einen Stator für einen Elektromotor nach Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Herstellen eines Stators nach Patentanspruch 16, einen Elektromotor nach Patentanspruch 19 oder eine Wärmepumpe nach Patentanspruch 22 gelöst.This object is achieved by a stator for an electric motor according to claim 1, a method for producing a stator according to claim 16, an electric motor according to claim 19 or a heat pump according to claim 22.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Stator aus zwei oder mehreren Statorelementen besteht. Dann können die einzelnen Polfüße gut umwickelt werden, d. h. gut mit Spulen versehen werden, weil sie einen größeren Abstand voneinander haben im Vergleich zu einer Situation, bei der der Stator insgesamt einstückig ausgebildet ist. Andererseits wird jedoch jedes Statorelement so ausgebildet, dass es wenigstens zwei und vorzugsweise drei, vier oder fünf Polfüße insgesamt aufweist, die damit zueinander bereits durch die Herstellung selbst ausgerichtet sind, weil sie einstückig mit einem Verbindungsbereich auszubilden sind, der ebenfalls ein Teil eines Statorelements ist. Damit sind also bereits die Polfüße, die zu einem Statorelement gehören, zueinander optimal ausgerichtet. Wird jedoch ein Statorelement nicht einstückig mit den Polfüßen ausgebildet, sondern nach der Herstellung mit Polfüßen versehen, so können jedoch bereits die Polfüße eines Statorelements für sich optimal ausgerichtet werden. Die Statorelemente können im auseinandergebauten Zustand, also wenn sie nicht zusammengesteckt sind, dennoch günstig und effizient mit einer Spulenwicklung jeweils um einen Polfuß herum versehen werden, da die Abstände zwischen den einzelnen Polfüßen viel größer sind als in einem Vergleichsfall, bei dem ein Stator einstückig ausgebildet ist und sämtliche Polfüße nebeneinander angeordnet sind, bevor eine Wicklung durchgeführt werden würde.The present invention is based on the recognition that a stator consists of two or more stator elements. Then the individual pole feet can be wrapped well, d. H. are well provided with coils, because they have a greater distance from each other as compared to a situation in which the stator is integrally formed as a whole. On the other hand, however, each stator element is formed so as to have at least two, and preferably three, four or five pole feet in total, already aligned with each other by the fabrication themselves, because they are integrally formed with a connection region which is also part of a stator element , Thus, the pole feet, which belong to a stator element, are already aligned optimally with one another. However, if a stator element is not formed integrally with the pole feet, but provided with pole feet after production, then already the pole feet of a stator element can be aligned optimally for itself. The stator elements can be in the disassembled state, so if they are not mated, yet cheap and efficient with a coil winding each around a pole around around, since the distances between the individual pole feet are much larger than in a comparison case in which a stator integrally formed is and all pole feet are arranged side by side, before a winding would be performed.

Hierauf, also nach der Wicklung einer Spule um jeden Polfuß werden die Statorelemente mit den bereits mit Spulen umwickelten Polfüßen zusammengefügt, und zwar so, dass ein Polfuß der ersten Gruppe zu einem Polfuß der zweiten Gruppe benachbart ist, und dass in einem Polfußzwischenraum zwischen den benachbarten Polfüßen ein Teil einer Spule, die um den Polfuß der ersten Gruppe gewickelt ist, und ein Teil einer weiteren Spule, die um den Polfuß der zweiten Gruppe gewickelt ist, angeordnet sind.Then, after the winding of a coil around each pole leg, the stator elements are joined together with the coil feet already wrapped with coils, such that a pole leg of the first group is adjacent to a pole leg of the second group, and that in a Polfußfußraum between the adjacent Polfüßen a part of a coil, which is wound around the pole leg of the first group, and a part of another coil, which is wound around the pole leg of the second group, are arranged.

Durch diese verschachtelte oder „lnterleaving“-Anordnung wird sichergestellt, dass die Polfüße tatsächlich vor dem Zusammenfügen einen vergleichsweise großen Abstand haben, weil dann durch das Zusammenfügen, zwischen zwei Polfüßen eines Verbindungselements ein anderer Polfuß des anderen Verbindungselements eingefügt wird. Dieser Zwischenraum ist selbst bei relativ kleinen Statoren so groß, dass ohne Weiteres nicht nur eine freie Wicklung herum, also um die Polfüße herum gemacht werden kann, sondern dass sogar eine sogenannte orthozyklische Wicklung um jeden Polfuß herum gemacht werden kann. Diese orthozyklische Wicklung stellt sicher, dass ein optimaler Füllfaktor größer als 90 % erreicht werden kann.By this nested or "interleaving" arrangement ensures that the pole feet actually have a comparatively large distance before joining, because then by joining, between two pole feet of a connecting element another pole leg of the other connecting element is inserted. Even with relatively small stators, this space is so large that not only can a free winding be made around, ie around the pole feet, but even a so-called orthocyclic winding can be made around each pole leg. This orthocyclic winding ensures that an optimal fill factor greater than 90% can be achieved.

Damit wird durch die erfindungsgemäße Integration der Spulenwicklung in den Statorherstellungsprozess zum einen eine Möglichkeit geschaffen, optimale Wicklungen um die einzelnen Polfüße herum mit begrenztem Aufwand zu erzeugen, während andererseits sichergestellt wird, dass der Zusammenbauaufwand im Vergleich zu der Verwendung von jeweils für sich alleine umwickelten einzelnen Polfüßen stark reduziert ist. Die Bereitstellung von zwei oder vorzugsweise drei, vier oder sogar noch mehr Polfüßen pro Statorelement reduziert ferner den Ausrichtungsaufwand ganz erheblich, weil im Vergleich zum Einzelzusammenbau, wie es im Stand der Technik bekannt ist, lediglich zwei Statorelemente, von denen jedes mehrere Polfüße, die bereits mit Spulen umwickelt sind, aufweist, zueinander ausgerichtet werden müssen, während im Stand der Technik jeder einzelne Polfuß zu allen anderen Polfüßen ausgerichtet werden muss.Thus, the inventive integration of the coil winding in the Statorherstellungsprozess on the one hand creates a way to produce optimal windings around the individual pole feet around with limited effort, while on the other hand ensures that the assembly effort compared to the use of each individually wrapped individually Pole feet is greatly reduced. The provision of two or preferably three, four or even more pole feet per stator element also considerably reduces the alignment effort because, compared to the single assembly, as known in the art, only two stator elements, each of which has a plurality of pole feet, already are wound with coils, must be aligned with each other, while in the prior art, each individual Polfuß must be aligned to all other pole feet.

Außerdem ist die gemeinsame Handhabung von mehreren Polfüßen bei der Wicklung und dem Zusammenbau besser handhabbar, wenn die Dimensionen des Stators bzw. des Elektromotors in Dimensionen im Dezimeterbereich liegen.In addition, the joint handling of several pole feet in the winding and the assembly is easier to handle when the dimensions of the stator or the electric motor in dimensions in the decimeter range.

Durch die Verwendung von Statorelementen mit Verbindungsbereichen einerseits und mehreren Polfüßen andererseits wird ferner vorzugsweise eine gewissermaßen automatische Ausrichtung der beiden Statorelemente erreicht, dahin gehend, dass die beiden Elemente formschlüssig ausgebildet werden, dass sie also bereits durch den Zusammenbau ausgerichtet werden und miteinander gewissermaßen „verklemmt“ sind, also dann, wenn sie zusammengebaut sind, nicht mehr „wackeln“. Damit wird ferner sichergestellt, dass die Statorelemente, die ja aus ferromagnetischen Blechstapeln bestehen, miteinander in guter Verbindung sind, derart, dass der magnetische Fluss durch den Spulenträger, der durch die beiden Statorelemente, wenn der Stator genau zwei Statorelemente aufweist, oder durch mehrere Statorelemente, wenn der Stator mehr als zwei Statorelemente aufweist, gebildet wird, günstig ist. By the use of stator elements with connecting areas on the one hand and a plurality of pole feet on the other hand, preferably a somewhat automatic alignment of the two stator elements is achieved, to the effect that the two elements are formed positively, so that they are already aligned by the assembly and to some extent "jammed" are, so when they are assembled, no longer "wobble". This further ensures that the stator elements, which are indeed made of ferromagnetic sheet metal stacks, are in good contact with each other, such that the magnetic flux through the coil carrier, by the two stator elements, when the stator has exactly two stator elements, or by a plurality of stator elements if the stator has more than two stator elements, is formed, is favorable.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:

1a eine Seitenansicht eines ersten Statorelements mit einem Verbindungsbereich und wenigstens zwei Polfüßen;
1b eine Querschnittsansicht durch ein Statorelement mit durchgeschnittenen Polfüßen und einer Draufsicht auf den Verbindungsbereich;
2 eine Draufsicht auf ein Statorelement mit vier Polfüßen mit jeweils aufgewickelten Spulen vor dem Zusammenbau;
3 eine Ansicht von zwei Statorelementen mit jeweils vier Polfüßen in auseinandergebautem Zustand;
4 eine perspektivische Darstellung der zwei Statorelemente von 3 in teilweise zusammengebautem Zustand, ohne dass Spulen aufgewickelt sind;
5a eine Draufsicht auf einen Stator mit zwei zusammengebauten Statorelementen, wobei jedoch keine Spulen aufgewickelt sind;
5b eine schematische Darstellung einer orthozyklischen Wicklung auf einem Polfuß;
6 ein Flussdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen eines Stators;
7 eine schematische Darstellung eines Magnetlagers am Beispiel eines Innenläufers mit außenliegendem Stator und Permanentmagneten am innenliegenden Rotor; und
8 einen schematischen Querschnitt durch eine Wärmepumpe mit einem Elektromotor, der den erfindungsgemäßen Stator aufweist.

Preferred embodiments of the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1a a side view of a first stator with a connecting portion and at least two pole feet;
1b a cross-sectional view through a stator element with cut-through pole feet and a plan view of the connection region;
2 a plan view of a stator element with four pole feet with each wound coils before assembly;
3 a view of two stator elements, each with four pole feet in disassembled state;
4 a perspective view of the two stator elements of 3 in partially assembled condition, without coils being wound up;
5a a plan view of a stator with two assembled stator elements, but with no coils are wound;
5b a schematic representation of an orthocyclic winding on a pole base;
6 a flowchart of a preferred embodiment of a method for producing a stator;
7 a schematic representation of a magnetic bearing on the example of an internal rotor with external stator and permanent magnets on the inner rotor; and
8th a schematic cross section through a heat pump with an electric motor having the stator according to the invention.

1 zeigt eine Ansicht eines Statorelements, aus dem, zusammen mit einem anderen unterschiedlichen oder gleichen Statorelement, ein Stator für einen Elektromotor besteht. Insbesondere umfasst das Statorelement 10, das in 1a gezeigt ist, einen ersten Polfuß 12a und einen zweiten Polfuß 12b. Ferner sind beide Polfüße 12a, 12b über einen Verbindungsbereich 14 miteinander verbunden. Ein Stator für einen Elektromotor umfasst ferner ein zweites Statorelement, das ähnlich wie das Statorelement in 1a bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Ferner ist um jeden Polfuß einer ersten Gruppe von zwei Polfüßen 12a jeweils eine Spule 16a, 16b gewickelt, wie es bei dem in 1b gezeigten schematischen Querschnitt dargestellt ist. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Statorelement, wie beispielsweise das erste Statorelement 10 mit aufgewickelten Spulen. Insbesondere umfasst das erste Statorelement, das in 2 gezeigt ist, den ersten Verbindungsbereich 14, an dem eine erste Gruppe von wenigstens zwei Polfüßen, hier vier Polfüßen 12a, 12b, 12c, 12d, angebracht ist. Ferner ist um jeden Polfuß der gezeigten ersten Gruppe von Polfüßen 12a bis 12d jeweils eine Spule 16a, 16b, 16c, 16d gewickelt. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist um den Polfuß 12a eine Spule 16a gewickelt. Ferner ist um den Polfuß 12b eine Spule 16b gewickelt. Darüber hinaus ist um den Polfuß 12c eine Spule 16c gewickelt, und ist um den Polfuß 12d eine Spule 16d gewickelt. Alle vier Polfüße sind mit dem Verbindungsbereich 14 verbunden. 1 shows a view of a stator, from which, together with another different or the same stator element, a stator for an electric motor consists. In particular, the stator element comprises 10 , this in 1a shown is a first pole foot 12a and a second pole foot 12b , Furthermore, both are pole feet 12a . 12b over a connection area 14 connected with each other. A stator for an electric motor further comprises a second stator element which is similar to the stator element in FIG 1a formed in preferred embodiments of the present invention. Further, around each pole leg of a first group of two pole feet 12a one coil each 16a . 16b wrapped as it is in the 1b shown schematic cross section is shown. 1 shows a plan view of a stator element, such as the first stator element 10 with wound coils. In particular, the first stator element included in 2 shown is the first connection area 14 , where a first group of at least two pole feet, here four pole feet 12a . 12b . 12c . 12d , is appropriate. Further, around each pole leg of the shown first group of pole feet 12a to 12d one coil each 16a . 16b . 16c . 16d wound. At the in 2 embodiment shown is the pole leg 12a a coil 16a wound. It is also around the pole foot 12b a coil 16b wound. In addition, around the pole foot 12c a coil 16c wrapped, and is around the pole foot 12d a coil 16d wound. All four pole feet are with the connection area 14 connected.

Erfindungsgemäß sind das erste und das zweite Statorelement so zusammengefügt, dass ein Polfuß der ersten Gruppe zu einem Polfuß der zweiten Gruppe benachbart ist, und dass in einem Polfußzwischenraum zwischen den benachbarten Polfüßen ein Teil einer Spule, die um den Polfuß der ersten Gruppe gewickelt ist, und ein Teil einer weiteren Spule, die um den Polfuß der zweiten Gruppe gewickelt ist, angeordnet sind.According to the invention, the first and second stator elements are joined such that a pole leg of the first group is adjacent to a pole leg of the second group, and in a pole leg gap between the adjacent pole feet a part of a coil wound around the pole leg of the first group, and a part of another coil wound around the pole leg of the second group.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf die 3, 4 und 5 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei dem genau zwei Statorelemente vorhanden sind, wobei jedes Statorelement jeweils vier Polfüße aufweist, und wobei die beiden Statorelemente zueinander identisch ausgebildet sind. Insbesondere zeigt 3 links im Bild das erste Statorelement 10 und rechts im Bild das zweite Statorelement 20. Insbesondere umfasst das zweite Statorelement 20 einen zweiten Verbindungsbereich 24, an dem eine zweite Gruppe von wenigstens zwei Polfüßen, wobei hier beispielsweise vier Polfüße gezeigt sind, angebracht ist. Die vier Polfüße sind die Polfüße 22a, 22b, 22c, 22d. Das zweite Statorelement 20 in 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel identisch zum ersten Statorelement 10 links in 3 ausgebildet, ist jedoch umgekehrt dargestellt, nämlich in der Position, wie es zusammengefügt wird. Eine Situation, bei der das zweite Statorelement 20 mit dem ersten Statorelement 10 bereits teilweise ineinandergeschoben ist, ist in 4 gezeigt. Insbesondere ist dargestellt, wie ein Polfuß, beispielsweise der Polfuß 12a der ersten Gruppe von Polfüßen, zu einem Polfuß, wie beispielsweise dem Polfuß 22a oder dem Polfuß 22b der zweiten Gruppe von Polfüßen von dem zweiten Statorelement benachbart ist. Ferner ist in 4 gezeigt, wie sich durch das Zusammenfügen der beiden Statorelemente jeweils ein Polfußzwischenraum zwischen zwei benachbarten Polfüßen der unterschiedlichen Gruppen ergibt. Ein solcher Polfußzwischenraum ist z. B. bei 31 oder 32 in 4 gezeigt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass bei der in 4 gezeigten Darstellung zur Verdeutlichung der Statorelemente eine Situation gezeigt ist, bei der die Spulen nicht um die jeweiligen Polfüße aufgewickelt sind. Tatsächlich werden um jeden Polfuß der beiden Statorelemente 10, 20 bereits bevor sie teilweise und dann komplett zusammengefügt werden, die einzelnen Spulen aufgewickelt, wie es in 2 anhand des ersten Statorelements 10 gezeigt ist. Hereinafter, referring to the 3 . 4 and 5 an embodiment of the present invention is shown in which exactly two stator elements are present, each stator element each having four pole feet, and wherein the two stator elements are formed identical to each other. In particular shows 3 left in the picture the first stator element 10 and on the right in the picture the second stator element 20 , In particular, the second stator element comprises 20 a second connection area 24 , on which a second group of at least two pole feet, in which case for example four pole feet are shown, is attached. The four pole feet are the pole feet 22a . 22b . 22c . 22d , The second stator element 20 in 3 is identical to the first stator element in this embodiment 10 left in 3 trained, but vice versa represented, namely in the position as it is joined together. A situation where the second stator element 20 is connected to the first stator element 10 already partially interlocked, is in 4 shown. In particular, it is shown how a Polfuß, for example, the Polfuß 12a the first group of pole feet, to a pole foot, such as the pole foot 22a or the pole foot 22b the second group of pole feet is adjacent to the second stator element. Furthermore, in 4 shown how results from the joining of the two stator each Polfußfußraum between two adjacent pole feet of different groups. Such Polfußzwischenraum is z. At 31 or 32 in 4 shown. It should be noted, however, that in the in 4 shown illustration to illustrate the stator is shown a situation in which the coils are not wound around the respective pole feet. In fact, around each pole leg of the two stator elements 10 . 20 even before they are partially and then completely assembled, the individual coils are wound up as it is in 2 based on the first stator element 10 is shown.

5a zeigt einen Spulenträger mit zwei Statorelementen im zusammengebauten Zustand. Insbesondere sind bei dem in 5a gezeigten Ausführungsbeispiel die beiden Statorelemente 10, 20 komplett ineinander geschoben, so dass sich eine plane Oberfläche ergibt. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei dem in 3, 4 und 5a gezeigten jeweiligen Statorelement lediglich um ein noch nicht aus Blechstapeln bestehendes Muster handelt. Insbesondere ist bei einem Stator für einen Elektromotor jedes der beiden Statorelemente aus jeweils aufeinander gestapelten dünnen Blechen aus ferromagnetischem Material gebildet, wie es bekannt und bei typischen Elektromotoren der Fall ist. 5a shows a bobbin with two stator elements in the assembled state. In particular, in the in 5a embodiment shown, the two stator elements 10 . 20 completely pushed into each other, so that results in a flat surface. It should be noted that the in 3 . 4 and 5a shown respective stator element is only an existing pattern of sheet metal stacks. In particular, in a stator for an electric motor, each of the two stator elements is formed from respectively stacked thin sheets of ferromagnetic material, as is known and is the case with typical electric motors.

6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des Stators für einen Elektromotor. In einem Schritt 60 werden die zwei oder mehr Statorelemente separat für sich bereitgestellt, wie beispielsweise durch Schneiden von Blechstapeln. 6 shows a preferred embodiment of a method for producing the stator for an electric motor. In one step 60 For example, the two or more stator elements are provided separately for themselves, such as by cutting sheet metal stacks.

In einem Schritt 62 werden Isolationsumhüllungen um die einzelnen Polfüße angebracht, wie es in 5a ebenfalls nicht gezeigt ist. Hierauf wird, wie es in einem Schritt 64 dargestellt ist, eine Spule um jeden Polfuß und insbesondere um jede Isolationsumhüllung gewickelt. In einem Schritt 66 werden die beiden Statorelemente mit jeweiligen aufgewickelten Spulen dann zusammengefügt, wie es in 5a dargestellt ist, wenn 5a noch um die Isolationsumhüllung und die Spulen ergänzt wird. In einem Schritt 68 wird der Stator dann mit einem Verkapselungsmaterial umspritzt, um die Elemente und die Spulen in Form zu halten.In one step 62 Insulation sheathing is attached around the individual pole feet as it is in 5a also not shown. This is how it works in one step 64 a coil is wound around each pole leg and in particular around each insulation sheath. In one step 66 the two stator elements are then joined together with respective wound coils, as shown in FIG 5a is shown when 5a is still supplemented by the insulation sheath and the coils. In one step 68 The stator is then overmolded with an encapsulating material to hold the elements and coils in shape.

Die Befestigung der beiden Statorelemente aneinander findet je nach Implementierung durch eine Presspassung statt. Die beiden Statorelemente werden also so entsprechend ausgebildet, dass sich die beiden Statorelemente typischerweise an den jeweiligen Polfüßen, also in einem Bereich, der in 1a mit 17 dargestellt ist, berühren. Durch die strukturelle Stabilität der jeweiligen Statorelemente findet beim Zusammendrücken eine Kraft auf die entsprechende Fläche 17 statt, so dass die beiden Statorelemente in Position gehalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Kleber verwendet werden, um die beiden Statorelemente dauerhaft zu fixieren. Dies ist jedoch typischerweise nicht nötig, weil spätestens durch das Umspritzen des Stators mit Verkapselungsmaterial im Schritt 68 die beiden Statorelemente fest aneinander befestigt werden.The attachment of the two stator elements to each other takes place depending on the implementation by a press fit. The two stator elements are thus designed accordingly so that the two stator elements typically at the respective pole feet, ie in a region which in 1a 17, touch. Due to the structural stability of the respective stator elements, a force is applied to the corresponding surface when compressed 17 instead, so that the two stator elements are held in position. Alternatively or additionally, an adhesive may be used to permanently fix the two stator elements. However, this is typically not necessary, because at the latest by the encapsulation of the stator with encapsulation material in the step 68 the two stator elements are firmly attached to each other.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele des Stators dargestellt. Vorzugsweise haben die Polfüße 12a bis 12d der ersten Gruppe eine größere Dicke D als der Verbindungsbereich. Dasselbe gilt vorzugsweise auch für das zweite Statorelement 20, so dass die beiden Statorelemente gut zusammengefügt werden können und so dass insbesondere an den entsprechenden Polfußflächen 17 beim Zusammenfügen eine entsprechende Kraft wirkt, die zu einer strukturellen Stabilität der beiden Statorelemente beiträgt.Hereinafter, preferred embodiments of the stator are shown. Preferably, the pole feet 12a to 12d the first group has a greater thickness D than the connection area. The same preferably also applies to the second stator element 20 , so that the two stator elements can be joined together well, and thus in particular at the corresponding Polfußflächen 17 when joining a corresponding force acts, which contributes to a structural stability of the two stator elements.

Wie es bei dem in 5a gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist, ist vorzugsweise die Anzahl von Polfüße in jeder Gruppe von Polfüßen für jedes Statorelement gleich. Je nach Implementierung muss dies jedoch nicht unbedingt so sein. Es trägt jedoch zur Symmetrie des Stators bei, was insbesondere von Vorteil ist, wenn der Stator für einen Elektromotor eingesetzt wird, der bei sehr hohen Drehzahlen läuft, wie beispielsweise bei Drehzahlen größer 50.000 Umdrehungen pro Minute.As with the in 5a In the embodiment shown, the number of pole feet in each group of pole feet is preferably the same for each stator element. However, depending on the implementation, this may not necessarily be the case. However, it contributes to the symmetry of the stator, which is particularly advantageous when the stator is used for an electric motor that runs at very high speeds, such as at speeds greater than 50,000 revolutions per minute.

Vorzugsweise ist ferner eine Dicke d des Verbindungsbereichs 14 des ersten Statorelements gleich einer Dicke des Verbindungsbereichs 24 des zweiten Statorelements. Darüber hinaus ist vorzugsweise auch eine Dicke D der Polfüße der jeweiligen Statorelemente für die beiden Statorelemente identisch.Preferably, further, a thickness d of the connection area 14 of the first stator element equal to a thickness of the connection region 24 of the second stator element. In addition, preferably, a thickness D of the pole feet of the respective stator elements for the two stator elements is identical.

Vorzugsweise umfasst der erste Verbindungsbereich 14 oder auch der zweite Verbindungsbereich 24 oder beide Verbindungsbereiche 14, 24 eine polygonale Form mit einer jeweiligen Anzahl von Ecken, wobei an jeder Ecke ein Polfuß angebracht ist. Wenn beispielsweise 5a betrachtet wird, so ist die polygonale Form ein Viereck und insbesondere in 5a ein Quadrat, wobei an jeder Ecke jeweils ein Polfuß angebracht ist. Ein Quadrat hat vier Ecken, und deshalb umfasst das Statorelement vier Polfüße. Für eine Ausführungsform, bei der insgesamt drei Polfüße pro Statorelement eingesetzt werden, wäre die polygonale Form ein Dreieck. Werden fünf Polfüße eingesetzt, so wäre die polygonale Form ein Fünfeck. Auf jeden Fall wird immer sichergestellt, wenn wenigstens zwei Statorelemente zusammengesteckt werden, dass genug Freiraum verbleibt, um jeweils eine Spule auf einen Polfuß zu wickeln, dass jedoch gleichzeitig dann, wenn die beiden Polfüße mit aufgewickelten Spulen aufeinander geschoben werden, ein relativ kleiner Zwischenraum entsteht, wie beispielsweise der Zwischenraum 31 oder 32 in 5a, in dem ein hoher Füllfaktor erreicht wird.Preferably, the first connection area comprises 14 or the second connection area 24 or both connection areas 14 . 24 a polygonal shape with a respective number of corners, with a pole leg attached to each corner. If, for example 5a is considered, the polygonal shape is a quadrilateral and in particular in 5a a square, with a pole leg attached to each corner. A square has four corners, and therefore the stator element comprises four pole feet. For an embodiment in which a total of three Pole feet are used per stator element, the polygonal shape would be a triangle. If five pole feet are used, the polygonal shape would be a pentagon. In any case, it is always ensured, if at least two stator elements are put together, that enough free space remains to wind a coil on a pole leg, but at the same time, when the two pole feet are pushed onto each other with wound coils, a relatively small clearance is created , such as the gap 31 or 32 in 5a , in which a high fill factor is achieved.

Vorzugsweise ist die Anzahl der Windungen pro einer Spule, die um einen Polfuß gewickelt ist, größer oder gleich 15 und kleiner oder gleich 50, wobei besonders bevorzugte Windungszahlen zwischen 20 und 30 sind.Preferably, the number of turns per coil wound around a pole leg is greater than or equal to 15 and less than or equal to 50, with particularly preferred numbers of turns between 20 and 30.

Ferner umfasst jede Spule, die um einen Polfuß der ersten oder zweiten Gruppe gewickelt ist, eine Wicklung mit wenigstens zwei Lagen, wobei eine zweite Lage, die auf einer ersten Lage gewickelt ist, so angebracht ist, dass immer ein Draht der zweiten Lage zwischen zwei Drähten der ersten Lage angeordnet ist, wobei eine Achse eines Drahts der oberen Lage im Wesentlichen mittig zwischen zwei Achsen zweier benachbarter Drähte der unteren Lagen angeordnet ist, und wobei sich benachbarte Drähte in einer Lage berühren. Eine solche Wicklung wird auch in der Technik als orthozyklische Wicklung bezeichnet und resultiert in einem optimalen Füllgrad von über 90 %. Diese orthozyklische Wicklung kann ohne Weiteres aufgebracht werden, weil zwischen den einzelnen Polfüßen genug Platz ist. Dagegen wäre es nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand möglich, bei dem zusammengesetzten Statorelement, wie es in 5a dargestellt ist, nach dem Zusammensetzen um die einzelnen Polfüße Spulen zu wickeln, weil zu wenig Platz verbleibt.Further, each coil wound around a pole leg of the first or second group comprises a winding having at least two layers, wherein a second layer wound on a first layer is mounted so that always a wire of the second layer is between two Wires of the first layer is arranged, wherein an axis of a wire of the upper layer is disposed substantially midway between two axes of two adjacent wires of the lower layers, and wherein adjacent wires in a position to touch. Such a winding is also referred to in the art as orthocyclic winding and results in an optimum degree of filling of over 90%. This orthocyclic winding can be readily applied because there is enough space between the individual pole feet. In contrast, it would not be possible or only with great effort, in the composite stator element, as in 5a is shown, after assembly to wrap the individual pole feet coils, because too little space remains.

5b zeigt eine schematische Darstellung eines Polfußes, wie beispielsweise des Polfußes 12c, auf den eine orthozyklische Wicklung aufgewickelt ist, die eine untere Lage 50 und eine obere Lage 51 aufweist. Insbesondere ist immer jeweils ein Draht der oberen Lage zwischen zwei Drähten der unteren Lage angeordnet, wobei jeweils, wie es in 5b ersichtlich ist, eine Achse eines Drahts der oberen Lage, wobei die Achse schematisch bei 52 dargestellt ist, zwischen zwei Achsen der benachbarten Drähte, die in 5b bei 53 schematisch dargestellt sind, und die sich auf die untere Lage beziehen, angeordnet ist. Diese Anordnung ist insbesondere im Wesentlichen mittig, so dass sich die orthozyklische Wicklung ergibt, die zu einem optimalen und maximalen Füllgrad im Zwischenraumbereich 31, 32 und insbesondere für die gesamte Spule führt. 5b shows a schematic representation of a Polfußes, such as the Polfußes 12c on which an orthocyclic winding is wound, which is a lower layer 50 and an upper layer 51 having. In particular, a wire of the upper layer is always arranged between two wires of the lower layer, wherein in each case, as in 5b 5, an axis of a top layer wire, the axis being shown schematically at 52, between two axes of the adjacent wires shown in FIG 5b at 53 are shown schematically, and which relate to the lower layer, is arranged. In particular, this arrangement is substantially centered so that the orthocyclic winding results in an optimum and maximum degree of filling in the interstitial space 31 . 32 and especially for the entire coil.

Wie es in 5a dargestellt ist, umfasst der Stator insgesamt acht Polfüße. Vorzugsweise werden auch andere Anzahlen aufgebaut, wie beispielsweise 12 Polfüße, 16 Polfüße, 20 Polfüße oder vorzugsweise eine Anzahl von Polfüßen, die durch vier teilbar ist, da dann die Zweiteilung in zwei Statorelemente besonders günstig und besonders symmetrisch ausführbar ist, und da dann immer wenigstens vier Polfüße pro Statorelement jeweils an einem Verbindungsbereich angeordnet sind und somit bereits zueinander ausgerichtet sind.As it is in 5a is shown, the stator comprises a total of eight pole feet. Preferably, other numbers are constructed, such as 12 pole feet, 16 pole feet, 20 pole feet or preferably a number of pole feet, which is divisible by four, since then the division into two stator elements is particularly favorable and particularly symmetrical executable, and then always at least four pole feet per stator element are each arranged at a connection region and thus already aligned with each other.

Vorzugsweise haben der erste Verbindungsbereich 14 und der zweite Verbindungsbereich 24 eine scheibenartige Form, wobei eine erste Oberfläche des ersten Verbindungsbereichs 14, und insbesondere die in 3 dargestellte untere Oberfläche des ersten Verbindungsbereichs 14 des ersten Statorelements eine erste Oberfläche eines Spulenträgers des Stators definiert, der durch die beiden Statorelemente erhalten wird. Ferner liegt die zweite Oberfläche des ersten Verbindungsbereichs 14, also in 3, linkes Bild, die obere Oberfläche, auf der ersten Oberfläche eines zweiten Verbindungsbereichs 24 des zweiten Statorelements auf, wobei diese erste Oberfläche des zweiten Statorelements die in 3 gezeigte untere Oberfläche ist. Darüber hinaus definiert die zweite Oberfläche, also in 3, rechtes Bild, die Oberseite des Verbindungsbereichs 24, eine zweite Oberfläche des Spulenträgers.Preferably, the first connection area 14 and the second connection area 24 a disk-like shape, wherein a first surface of the first connecting portion 14 , and especially those in 3 illustrated lower surface of the first connection area 14 of the first stator element defines a first surface of a coil carrier of the stator, which is obtained by the two stator elements. Further, the second surface of the first connection region is located 14 , so in 3 , left image, the upper surface, on the first surface of a second connection area 24 of the second stator element, wherein this first surface of the second stator element, the in 3 shown lower surface is. It also defines the second surface, ie in 3 , right picture, the top of the connection area 24 , a second surface of the bobbin.

Darüber hinaus umfassen der erste Verbindungsbereich 14, vorzugsweise auch der zweite Verbindungsbereich, jeweils zwischen zwei Stellen, an denen ein Polfuß angebracht ist, also bei 15 in 3, linkes Bild, eine flache Stirnseite, wobei diese flache Stirnseite 15 an einer jeweiligen Seite eines Polfußes des zweiten Statorelements anliegt, an dem der jeweilige Polfuß 22a bis 22d nicht mit dem zweiten Verbindungsbereich 24 verbunden ist. Diese Polfußseite ist beispielsweise in 1a bei 17 dargestellt. Durch das Zusammenschieben liegt somit die flache Stirnseite 15 an der flachen Seite 17 des Polfußes an, um dadurch eine strukturelle Stabilität zu schaffen, und um gleichzeitig eine gewissermaßen automatische Ausrichtung zwischen dem ersten Statorelement und dem zweiten Statorelement zu erreichen.In addition, the first connection area include 14 , Preferably, the second connection region, in each case between two points at which a Polfuß is attached, ie at 15 in 3 , left picture, a flat face, with this flat face 15 abuts a respective side of a Polfußes of the second stator, at which the respective Polfuß 22a to 22d not with the second connection area 24 connected is. This pole foot is for example in 1a at 17 shown. By pushing together thus lies the flat front 15 on the flat side 17 of the pole leg, to thereby provide structural stability, and at the same time to achieve a somewhat automatic alignment between the first stator element and the second stator element.

Während bei den in 3 bis 5 ein Außenläufer gezeigt ist, zeigt 7 eine Implementierung der vorliegenden Erfindung als Innenläufer. Dort sind der Stator 200 außen und der Rotor 1 innen gebildet, wobei zwischen den beiden Elementen der Motorspalt 40 angeordnet ist.While at the in 3 to 5 an external rotor is shown 7 an implementation of the present invention as an internal rotor. There are the stator 200 outside and the rotor 1 formed inside, being between the two elements of the motor gap 40 is arranged.

Vorzugsweis wird der Rotor bezüglich des Stators durch ein Magnetlager gelagert, wie es beispielhaft in 7 dargestellt ist. In 7 sind die beiden Richtungen axial 250 und radial 260 eingezeichnet. Es existiert wiederum ein Motor mit einem Motorspalt 40 und der Rotor wird bezüglich des Stators aufgrund der Permanentmagnete aufseiten des Rotors und der elektrischen Spulen auf der Seite des Stators axial gehalten und nicht speziell geregelt. Ferner ist in 7 ein radiale Erfassungseinrichtung 270 sowie eine Radial-Steuerung-Regelungseinrichtung 280 vorgesehen. Die radiale Erfassungseinrichtung 270 umfasst die Position des Rotors bezüglich des Stators bzw. umgekehrt über Erfassungsleitungen 271. Das Ergebnis der radialen Erfassung wird über eine Sensorleitung 272 der Radial-Steuerung/Regelungseinrichtung 280 mitgeteilt. Diese erzeugt entsprechend die Aktorsignale über Aktorsignalleitungen 273 an dem Rotor bzw. dem Stator je nach Implementierung. Es wird jedoch bevorzugt, lediglich den Rotor anzusteuern, um ihn bezüglich des Stators aufgrund des Aktorsignals zu positionieren, derart, dass der Motorspalt 40 um den kompletten Rotor herum eine ähnliche Größe hat und der Rotor den Stator nicht berührt.Preferably, the rotor is supported relative to the stator by a magnetic bearing, as exemplified in US Pat 7 is shown. In 7 the two directions are axially 250 and radially 260th located. There is again a motor with a motor gap 40 and the rotor is held axially with respect to the stator due to the permanent magnets on the side of the rotor and the electrical coils on the side of the stator and not specifically regulated. Furthermore, in 7 a radial detection device 270 and a radial control device 280 intended. The radial detection device 270 includes the position of the rotor with respect to the stator and vice versa via detection lines 271 , The result of the radial detection is via a sensor line 272 the radial control / regulation device 280 communicated. This generates correspondingly the actuator signals via Aktorsignalleitungen 273 on the rotor or the stator depending on the implementation. However, it is preferred to drive only the rotor to position it relative to the stator due to the actuator signal, such that the motor gap 40 around the entire rotor has a similar size and the rotor does not touch the stator.

Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 1 innen und ist der Stator 200 außen angeordnet. Dabei handelt es sich somit um einen Innenläufer im Gegensatz zu beispielsweise 3, 4, oder 5. Die entsprechende Steuerung/Regelung durch die Elemente 270, 280, 271, 272, 273 kann jedoch genauso auch bei einem Außenläufer stattfinden. Prinzipiell ist jedoch die Magnetlagerung am Beispiel des in 7 gezeigten Reluktanzlagers in beiden Fällen dahin gehend ähnlich, dass eine axiale Regelung nicht stattfindet, während eine radiale Regelung durch die radiale Erfassungseinrichtung 270 und die Radial-Steuerung/Regelungseinrichtung 280 stattfindet.At the in 7 embodiment shown is the rotor 1 inside and the stator 200 is arranged outside. This is thus an internal rotor in contrast to, for example 3 . 4 , or 5. The appropriate control / regulation by the elements 270 . 280 . 271 . 272 . 273 However, this can also happen with an outrunner. In principle, however, the magnetic bearing on the example of in 7 In both cases, the reluctance bearing shown similar in that an axial control does not take place, while a radial control by the radial detection means 270 and the radial controller 280 takes place.

8 zeigt eine bevorzugte Anwendung des Scheibenläufermotors an dem Beispiel einer Wärmepumpe. Die Wärmepumpe umfasst einen Verdampfer 300, einen Kompressor 400 und einen Verflüssiger 500, wobei der Kompressor 400 den elektrischen Scheibenläufermotor aufweist, der Bezug nehmend auf die 1a bis 5 beschrieben worden ist. 8th shows a preferred application of the pancake motor on the example of a heat pump. The heat pump includes an evaporator 300 , a compressor 400 and a liquefier 500 , where the compressor 400 having the electric pancake motor, the reference to the 1a to 5 has been described.

Zusätzlich zu den Elementen des Scheibenläufermotors, der beispielsweise Bezug nehmend auf eine der vorstehenden Figuren dargestellt worden ist, umfasst der Kompressor ferner einen Leitraum 410, der radial angeordnet ist, um den von dem zu bewegenden Element 105 geförderten Arbeitsdampf, der von dem Verdampfer 300 angesaugt worden ist, weiterzufördern und letztendlich den Druck auf den geforderten Druck in der Kondensationszone 510 im Kondensierer 500 zu erhöhen.In addition to the elements of the pancake motor illustrated, for example, with reference to one of the preceding figures, the compressor further comprises a void space 410 which is arranged radially to that of the element to be moved 105 funded working steam coming from the evaporator 300 has been sucked in, further and finally the pressure to the required pressure in the condensation zone 510 in the condenser 500 to increase.

Zu kühlende Flüssigkeit läuft über einen Verdampferzulauf 302 in den Verdampfer. Gekühlte Arbeitsflüssigkeit läuft über einen Verdampferablauf 304 wieder aus dem Verdampfer ab. Um sicherzustellen, dass das Radialrad 105 nur Dampf und nicht Wassertropfen zusätzlich zum Dampf ansaugt, ist zusätzlich ein Tropfenabscheider 306 vorgesehen. Aufgrund des niedrigen Drucks in dem Verdampfer 300 wird ein Teil der über den Verdampferzulauf 302 in den Verdampfer 300 gebrachten Arbeitsflüssigkeit verdampft und durch den Tropfenabscheider 306 hindurch über die zweite Seite 105b des Radialrads 105 angesaugt und nach oben gefördert und dann in den Leitraum 510 abgegeben. Aus dem Leitraum 510 wird komprimierter Arbeitsdampf in die Kondensationszone 510 gebracht. Der Kondensationszone 510 wird ferner über einen Verflüssigerzulauf 512 zu erwärmende Arbeitsflüssigkeit zugeführt, die durch die Kondensation mit dem erwärmten Dampf erwärmt wird und über einen Verflüssigerablauf 514 abgeführt wird. Vorzugsweise ist der Verflüssiger als Verflüssiger in Form einer „Dusche“ ausgebildet, so dass über eine Verteilereinrichtung 516 eine Flüssigkeitsverteilung in der Kondensationszone 510 erreicht wird. Damit wird möglichst effizient der komprimierte Arbeitsdampf kondensiert und die in ihm enthaltene Wärme wird in die Flüssigkeit im Verflüssiger übertragen.Liquid to be cooled passes through an evaporator inlet 302 in the evaporator. Cooled working fluid passes through an evaporator outlet 304 again from the evaporator. To make sure the radial wheel 105 only steam and not water drops in addition to the steam sucks, is also a mist eliminator 306 intended. Due to the low pressure in the evaporator 300 becomes part of the over the evaporator feed 302 in the evaporator 300 brought working fluid evaporated and through the mist eliminator 306 through the second page 105b sucked the radial wheel 105 and conveyed upwards and then into the Leitraum 510 issued. From the Leitraum 510 becomes compressed working steam in the condensation zone 510 brought. The condensation zone 510 is also via a condenser feed 512 supplied to be heated working fluid, which is heated by the condensation with the heated steam and a condenser 514 is dissipated. Preferably, the condenser is designed as a condenser in the form of a "shower", so that via a distribution device 516 a liquid distribution in the condensation zone 510 is reached. Thus, the compressed working steam is condensed as efficiently as possible and the heat contained in it is transferred into the liquid in the condenser.

Bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner ein Motorgehäuse 110 eingezeichnet, das gleichzeitig auch das obere Gehäuseteil des Kondensierers bzw. Verflüssigers 500 bildet. Darüber hinaus ist eine Anschlussleitung 80 für die Spulen des Stators 200 mit einer Steuerung 600 verbunden, um die entsprechenden Drehzahlsteuerungen und gleichzeitig auch die aktive Lagerung über ein vorzugsweise verwendetes Magnetlager durchzuführen, wie es anhand von 7 beschrieben worden ist. Die Steuerung stellt damit zusätzlich auch die Funktionen der Radialerfassung 270 und der Radial-Steuerung/Regelung 280 bereit.At the in 8th embodiment shown is also a motor housing 110 located at the same time, the upper housing part of the condenser or condenser 500 forms. In addition, a connection cable 80 for the coils of the stator 200 with a controller 600 connected to perform the appropriate speed controls and at the same time the active storage on a preferably used magnetic bearing, as shown by 7 has been described. The controller thus also provides the functions of radial detection 270 and the radial control / regulation 280 ready.

Darüber hinaus ist in 8 eine Implementierung gezeigt, bei der der Scheibenläufermotor einen fest vergossenen Block 602 aus Vergussmaterial aufweist, der über einen Dichtungsring 603 bezüglich des Motorgehäuses 110 abgedichtet ist, so dass eine druckdichte Trennung zwischen dem Äußeren und dem Inneren stattfindet. Sowohl der Spulenhalter als auch die Spulen sind von einem Verkapselungsmaterial umgeben, das in 8 als einstückig mit dem festen Block 602 ausgebildet dargestellt ist. Dies muss jedoch nicht unbedingt der Fall sein. Es wird jedoch bevorzugt, durch das Verkapselungsmaterial, das sich in dem Motorspalt erstreckt, eine Trennung herbeizuführen, dahin gehend, dass die Spulen nicht in dem Gebiet mit niedrigem Druck, das innerhalb des Motorgehäuses vorhanden ist, angeordnet sind.In addition, in 8th an implementation shown in which the pancake motor a fixed potted block 602 made of potting material, which has a sealing ring 603 with respect to the motor housing 110 is sealed so that a pressure-tight separation between the exterior and the interior takes place. Both the bobbin holder and the coils are surrounded by an encapsulation material that is in 8th as integral with the solid block 602 is shown formed. However, this does not necessarily have to be the case. However, it is preferable to cause separation by the encapsulant material extending in the motor gap, so that the coils are not disposed in the low pressure area provided inside the motor housing.

Ferner ist bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel der Stator in einer Ausnehmung angeordnet, die durch eine obere Seite 105a definiert ist. Bei anderen Ausführungsformen kann jedoch der Rotor ohne Ausnehmung ausgebildet sein, so dass der Bereich aus Magnet 201, Rückschlusselement 202 und Bandage 203, wie er in 8 gezeigt ist, auf ein oben flach geformtes Radialrad aufgesetzt ist.Furthermore, in the in 8th shown embodiment, the stator disposed in a recess which through an upper side 105a is defined. In other embodiments, however, the rotor may be formed without a recess, so that the Area of magnet 201 , Return element 202 and bandage 203 as he is in 8th is shown, is placed on a top flat shaped radial wheel.

Aus 8 wird ferner ersichtlich, dass das zu bewegende Element, das mit dem Rotor 10 verbunden ist, das Radialrad bzw. Schaufelrad 105 ist, das dazu da ist, um im Zusammenwirken mit dem Leitweg 410 den vom Verdampfer geförderten Arbeitsdampf zu verdichten und damit zu erhitzen, damit Wärme vom Verdampfer in den Verflüssiger gepumpt wird.Out 8th It can also be seen that the element to be moved, with the rotor 10 is connected, the radial wheel or impeller 105 that is there to work in conjunction with the route 410 To compress and heat the working steam conveyed by the evaporator so that heat is pumped from the evaporator to the condenser.

Obgleich bestimmte Elemente als Vorrichtungselemente beschrieben sind, sei darauf hingewiesen, dass diese Beschreibung gleichermaßen als Beschreibung von Schritten eines Verfahrens und umgekehrt anzusehen ist.Although certain elements are described as device elements, it should be understood that this description is likewise to be regarded as a description of steps of a method and vice versa.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass eine Steuerung, die beispielsweise durch das Element 600 in 8 bewirkt wird, als Software oder Hardware implementiert werden kann. Die Implementierung der Steuerung kann auf einem nicht-flüchtigen Speichermedium, einem digitalen oder anderen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe ausgeführt wird. Allgemein umfasst die Erfindung somit auch ein Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit auch als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.It should also be noted that a control, for example, by the element 600 in 8th can be implemented as software or hardware. The implementation of the controller may be on a non-volatile storage medium, a digital or other storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals which may interact with a programmable computer system such that the corresponding method of operating a heat pump is performed. In general, the invention thus also comprises a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method when the computer program product runs on a computer. In other words, the invention can thus also be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Rotorrotor
1010: erstes Statorelementfirst stator element
12a12a: Polfuß der ersten GruppePole foot of the first group
12b12b: Polfuß der ersten GruppePole foot of the first group
12c12c: Polfuß der ersten GruppePole foot of the first group
12d12d: Polfuß der ersten GruppePole foot of the first group
1414: erster Verbindungsbereichfirst connection area
1515: Stirnseite des VerbindungsbereichsFront side of the connection area
16a16a: erste Spulefirst coil
16b16b: zweite Spulesecond coil
16c16c: dritte Spulethird coil
16d16d: vierte Spulefourth coil
1717: Stirnseite des PolfußesFront side of the pole foot
2020: zweites Statorelementsecond stator element
22a22a: Polfuß der zweiten GruppePolfuß of the second group
22b22b: Polfuß der zweiten GruppePolfuß of the second group
22c22c: Polfuß der zweiten GruppePolfuß of the second group
22d22d: Polfuß der zweiten GruppePolfuß of the second group
2424: zweiter Verbindungsbereichsecond connection area
3131: PolfußzwischenraumPolfußzwischenraum
3232: PolfußzwischenraumPolfußzwischenraum
4040: Motorspaltmotor gap
5050: untere Lage der Wicklunglower layer of the winding
5151: obere Lage der Wicklungupper layer of the winding
5252: Drahtachse eines Drahtes der oberen unteren LageWire axis of a wire of the upper lower layer
5353: Drahtachse eines benachbarten Drahtes der oberen unteren LageWire axis of an adjacent wire of the upper lower layer
6060: Schritt des BereitstellensStep of providing
6262: Schritt des Anbringens der IsolationStep of attaching the insulation
6464: Schritt des WickelnsStep of winding
6666: Schritt des ZusammenfügensStep of joining
6868: Schritt des UmspritzensStep of overmolding
8080: Anschlussleitungenconnecting cables
105105: zu bewegendes Element/Radialradmoving element / radial wheel
105a105a: obere Seiteupper side
105b105b: untere Seitelower side
110110: Motorgehäusemotor housing
180180: Führungsbauelementmanagement component
200200: Statorstator
201201: Permanentmagnetpermanent magnet
202202: RückschlusselementReturn element
203203: Bandagebandage
250250: Axialrichtungaxially
260260: Radialrichtungradial direction
270270: RadialerfassungseinrichtungRadial detector
271271: Erfassungsleitungsense line
272272: Steuerleitungcontrol line
273273: Aktorleitungactuator cable
280280: Radial-Steuerung/RegelungseinrichtungRadial-control / regulation device
300300: VerdampferEvaporator
302302: Verdampferzulaufevaporator feed
304304: Verdampferablaufevaporator flow
306 306: TropfenabscheiderDroplet
400400: Kompressorcompressor
410410: Leitwegroute
500500: Kondensierercondenser
510510: Kondensationszonecondensation zone
512512: VerflüssigerzulaufVerflüssigerzulauf
514514: VerflüssigerablaufVerflüssigerablauf
516516: VerflüssigerverteilerVerflüssigerverteiler
600600: Steuerungcontrol
602602: Statorblockstator block
603603: Dichtungsringsealing ring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2549113 A2 [0002]
JP 2001119874A [0008]
CN 202888986 U [0009]
US 2006/0071114 A1 [0010]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"The bearingless disk motor", N. Barletta, 1998 [0003]

Claims

Stator for an electric motor, with the following features: a first stator element (10) having a first connection region (14) to which a first group of at least two pole feet (12a-12d) is attached, a second stator element (20) having a second connection region (24) to which a second group of at least two pole feet (22a-22d) is attached, wherein a coil (16a-16d) is wound around each pole leg of the first and second groups of at least two pole feet, and wherein the first stator element (10) and the second stator element (20) are joined such that a pole leg (12a) of the first group is adjacent to a pole leg (22a, 22b) of the second group, and in a pole leg gap (31, 32 ) between the adjacent pole feet, a part of a coil (16a-16d) which is wound around the pole leg of the first group, and a part of another coil, which is wound around the pole leg of the second group are arranged.

Stator after Claim 1 in which the pole feet (12a-12d) of the first group have a greater thickness (D) than a thickness (d) of the first connection region (14), and wherein the pole feet (22a-22d) of the second group have a greater thickness than the second connection area (24).

Stator after Claim 1 or 2 in which a number of pole feet of the first group of pole feet equals a number of pole feet of the second group of pole feet.

A stator according to any one of the preceding claims, wherein a thickness of the first connection portion (14) is equal to a thickness of the second connection portion (24), or a thickness of the first group of pole legs is equal to a thickness of the second group of pole legs.

Stator according to one of the preceding claims, wherein the first connection region (14) has a polygonal shape with a first number of corners, wherein at each corner a pole leg (12a-12d) is arranged, and in which the second connection region (24) has a polygonal shape with a second number of corners, wherein a pole leg (22a-22d) is arranged at each of the corners.

A stator as claimed in any one of the preceding claims, wherein a number of turns per coil wound around a pole leg (12a-12d, 22a-22d) is greater than 15 and less than 50.

Stator according to one of the preceding claims, in which the coils (16a-16d) wound around the pole feet of the first or second group comprise a winding with at least two layers, a second layer being wound on a first layer, is arranged such that always a wire of the second layer (51) is arranged between two wires of the first layer (50), wherein an axis (52) of a wire of the upper layer (51) substantially centrally between two axes (52, 53 ) of two adjacent wires of the lower layer (50), and wherein adjacent wires touch in one layer.

A stator as claimed in any one of the preceding claims having a total number of pole feet equal to 8, 12, 16, 20 or another number divisible by four.

Stator according to one of the preceding claims, in which exactly the first stator element (10) and exactly the second stator element (20) are present and the first and the second group of pole feet having the same number of pole feet, wherein the first stator element and the second stator element are joined together so that the pole feet of the first group are interleaved with the pole feet of the second group, so that a pole leg of the first group is always adjacent to two pole feet of the second group.

Stator according to one of the preceding claims, wherein the first stator element (10) and the second stator element (20) are formed substantially the same.

Stator according to one of the preceding claims, wherein the first connection portion (14) and the second connection portion (24) each have a disk-like shape, wherein a first surface of the first connection portion (14) is a first surface of a bobbin of the stator which is defined by the first stator member (10) and the first connection member second stator element (20) joined together is formed, wherein a second surface of the first connection portion (14) rests on a first surface of the second connection portion (24), and wherein a second surface of the second connection portion (24) forms a second surface of the coil support.

Stator according to one of the preceding claims, in which the first connection region has in each case a flat end face (15) between two points at which a pole leg is arranged, wherein the flat end side (15) on one side (17) of a pole leg of the second connection region is present at the pole leg is not connected to the second connection area.

Stator according to one of the preceding claims, wherein each stator element is formed from a sheet stack of ferromagnetic material, wherein the stator elements are formed and joined together so that the stator elements fit together form fit.

A stator as claimed in any one of the preceding claims, wherein the pole feet of the first group and the second group are formed to each have an end face (17) projecting over a pole root winding area around which the coil is wound, so that a distance (S) between two end faces (17) of two adjacent pole feet is smaller than a distance (p) of the two pole feet in the respective Polfußwicklungsbereich.

A stator as claimed in any one of the preceding claims, wherein each stator element (10, 20) is disk-shaped and has a diameter between 2.5 and 7 cm, and has a pole leg height between 0.5 and 2 cm.

Method for producing a stator, having the following features: Providing (60) a first stator element (10) having a first connection region (14) to which a first group of at least two pole feet (12a-12d) is attached, and a second stator element (20) having a second connection region (14). 24) to which a second group of at least two pole feet (22a-22d) is mounted; after providing (60), winding (64) a coil around one pole leg (12a-12d) of the first group and one pole leg (22a-22d) of the second group; after winding (64), assembling (66) the first stator element (10) with the wound coils (16a - 16d) and the second stator element (20) with the wound coils so that a pole leg of the first group becomes a pole leg of the second Group adjacent, and that in a Polfußfußraum between the adjacent pole feet, a part of a coil, which is wound around the pole leg of the first group, and a part of another coil, which is wound around the pole leg of the second group are arranged.

Method according to Claim 16 in which an insulation sheath is applied around each pole leg prior to winding (64) (62).

Method according to Claim 16 or 17 in that, after assembly (66), spraying (68) of encapsulation material around the assembled stator is performed.

Electric motor having the following features: a stator (200) according to one of Claims 1 to 15 ; and a rotor (1) having permanent magnets opposed to pole feet (12a - 12d, 22a - 22d) of the stator (200) via a motor gap (40).

Electric motor after Claim 19 in which the rotor (1) is actively magnetically supported radially with respect to a rotational axis of the rotor, or in which the rotor is axially magnetically passive with respect to a rotational axis of the rotor.

Electric motor after Claim 19 or 20 wherein the rotor (1) is integrally formed or connected to a member to be moved, wherein the member (105) to be moved is a radial wheel with vanes, the vanes being configured to receive gas from an area upon rotation of the radial wheel To promote lower pressure in an area with a higher pressure.

Heat pump having the following features: an evaporator (300); a compressor (400); and a condenser (500), wherein the compressor (400) comprises an electric motor according to any one of Claims 19 to 21 identifies.