-
Die Erfindung betrifft einen segmentierten Stator für eine elektrische Maschine in Innenläuferbauart gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator gemäß Patentanspruch 7.
-
Ein gattungsgemäßer Stator geht aus der
US 2015/0130311 A1 hervor und umfasst eine Mehrzahl von Statorsegmenten, welche jeweils einen kreissegmentförmigen Jochbereich mit zumindest einem von dem Jochbereich nach radial innen abstehenden Statorzahn aufweisen. Dabei sind die Statorsegmente zu einem ringkreisförmigen Statorblechpaket zusammengefügt, welches radial außen von einem ringförmigen Statorträger umschlossen ist. Zur Festlegung des Stators an einem Tragelement ist eine Mehrzahl von axialen Durchgriffsöffnungen zum Einführen von Befestigungsbolzen vorgesehen, wobei diese Durchgriffsöffnungen in separaten hülsenförmigen Elementen ausgebildet sind, welche radial außerhalb am Statorträger festgelegt werden. Auf diese Art und Weise kann der Stator mittels Befestigungsbolzen an einer Stirnseite an einem Tragelement, insbesondere an einem Gehäuse angeordnet werden.
-
Der erläuterte Aufbau bedingt, dass ein zur Anordnung einer elektrischen Maschine zur Verfügung stehender radialer Bauraum zu einem erheblichen Anteil allein für die Befestigungsanordnung des Stators vorgesehen ist und somit nicht mit funktionalen Komponenten der elektrischen Maschine belegt ist.
-
Die Erfindung stellt sich davon ausgehend die Aufgabe, einen Stator bereit zu stellen, welcher einen vorgegebenen radialen Bauraum besser ausnutzt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Aufgabe soll eine elektrische Maschine mit einem derartigen Stator dargestellt werden.
-
Die vorstehend genannte Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Stator durch das im Kennzeichen von Patentanspruch 1 angegebene Merkmal gelöst.
-
Gemäß der Erfindung ist demnach bei einem Stator der eingangs genannten Art vorgesehen, die Durchgriffsöffnungen radial zwischen dem Statorblechpaket und dem Statorträger auszubilden.
-
Mit dem Vorschlag verbindet sich der Vorteil, dass zur Festlegung des Stators an einem Tragelement, beispielsweise einem Getriebegehäuse keine separaten Halte- bzw. Führungselemente zur Anordnung der Befestigungsbolzen erforderlich sind. Durch den Entfall von separaten Aufnahme- bzw. Führungselementen ist es möglich, einen vorgegebenen radialen Bauraum bestmöglich auszunutzen, indem der Stator mit einem in Bezug auf den Stand der Technik gemäß der
US 2015/0130311 A1 im Durchmesser vergrößerten Blechpaket ausgeführt wird. Somit kann ein durch die Gesamtheit der freien Zahnenden bestimmter innerer Durchmesser des Blechpakets vergrößert werden. Dadurch kann gleichfalls der Durchmesser eines zwischen dem Stator und einem dazu radial innen angeordneten Rotor befindlichen Luftspalts vergrößert werden, was zu einer Steigerung des Drehmoments einer entsprechenden elektrischen Maschine führt.
-
Im Weiteren kann durch die vorgeschlagene Lösung infolge einer radialen Aufweitung des Blechpakets somit auch der gegenseitige Umfangsabstand der Statorzähne vergrößert werden, so dass sich auch die jeweils zwischen den Zähnen ausgebildeten Nutzwischenräume vergrößern und eine dort befindliche Statorwicklung vergrößert werden kann. Das bedeutet, dass ein Wicklungsanteil, insbesondere ein Kupferanteil des Stators erhöht werden kann. Auf diese Weise kann also die Leistung der elektrischen Maschine innerhalb eines vorgegebenen Bauraums, also die Leistungsdichte merklich gesteigert werden.
-
In anderer Hinsicht kann alternativ auch der zur Anordnung der elektrischen Maschine erforderliche radiale Bauraum verringert werden.
-
Der Statorträger kann mit Vorteil als Blechteil ausgeführt sein, wobei zu dessen Fertigung beispielsweise ein rohrförmiges Halbzeug oder ein zu einem Ring gerollter und mit dessen Enden verschweißter Blechstreifen Verwendung finden kann. Zur sicheren Festlegung des Stators genügen zumindest zwei, vorzugsweise jedoch mindestens drei solcher Durchgriffsöffnungen, durch welche Schraubbolzen hindurchgeführt und mit einem Tragelement verschraubt werden können.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen sowie der Figurenbeschreibung entnehmbar.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Statorträger zur Ausbildung einer der Durchgriffsöffnungen einen Umfangsabschnitt aufweisen, welcher gegenüber einer äußeren Kreisumfangslinie des Statorblechpakets nach radial außen gewölbt ist und von diesem absteht. Der besagte Umfangsabschnitt kann bereits an einen zunächst ebenen Blechstreifen angeformt oder bei einem rohrförmigen Ausgangsmaterial zum Beispiel durch Innenschlagstempeln ausgebildet werden.
-
Mit weiterem Vorteil kann zur Ausbildung einer der Durchgriffsöffnungen das Statorblechpaket an einem Jochbereich eine Ausnehmung aufweisen, welche radial innerhalb der äußeren Kreisumfangslinie des Statorblechpakets ausgebildet ist und welche insbesondere von dieser ausgehen kann. In diesem Fall kann der Statorträger mit einer in Umfangsrichtung durchgängigen Zylinderfläche ausgeführt sein oder Umfangsabschnitte aufweisen, welche gegenüber einer äußeren Kreisumfangslinie des Statorblechpakets nach radial außen gewölbt sind und von diesem abstehen.
-
In diesem Zusammenhang hat es sich weiter als vorteilhaft erwiesen, die Ausnehmung und einen Statorzahn im Wesentlichen auf derselben Umfangslage am Statorblechpaket auszubilden. In diesem Bereich werden die magnetischen Feldlinien des Stators nur geringfügig und in einem hinsichtlich der Funktion der elektrischen Maschine tolerierbaren Maße gestört.
-
Mit noch weiterer vorteilhafter Wirkung kann das Blechpaket im Bereich der Ausnehmung einen axial verlaufenden und sich von einer äußeren Umfangsfläche eines Jochbereichs nach radial innen erstreckenden Schlitz aufweisen. Ein solcher Schlitz ist somit im Bereich eines Statorzahns vorgesehen, was bedeutet, dass die Ausnehmung zur Ausbildung der Durchgriffsöffnung unmittelbar in einen Schlitz übergehen kann. Mit Vorteil können am Statorblechpaket mehrere solcher Schlitze vorgesehen sein, wodurch das aus Einzelsegmenten gefügte Statorblechpaket in Umfangsrichtung in einem gewissen Maße elastisch verformbar ist und vorgespannt in den ringförmigen Statorträger eingefügt werden kann. Insbesondere kann jedem Statorzahn ein Schlitz zugeordnet sein.
-
Andererseits kann insbesondere bei Fehlen einer derartigen Vorspannung zur Erzielung eines festen Sitzes im Statorträger eine Vorspannung durch das Einfügen eines Befestigungsbolzens in eine Durchgriffsöffnung erzeugt werden, indem ein Schlitz durch einen Befestigungsbolzen aufgeweitet und der wirkende Außendurchmesser des Blechpakets gegenüber dem Statorträger vergrößert wird.
-
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Stator zumindest ein stirnseitig an dem Statorträger anliegendes kreisringförmiges Deckblech aufweist. Ein solches Deckblech kann an einer der Stirnseiten einen Anlagebereich für einen Kopf eines Befestigungsbolzens oder/und an der anderen Stirnseite einen ringkreisförmigen Anlagebereich zur flächigen Anlage des Stators an einer Anlagefläche eines Tragelements ausbilden. Der Statorträger kann sich an einer oder auch an beiden Stirnseiten axial weiter erstrecken als das von diesem umschlossene Statorblechpaket, so dass auch dort ausgebildete Wickelköpfe einer Statorwicklung von dem Statorträger axial überdeckt werden können.
-
Im Falle einer solchen Überdeckung kann das dort angeordnete Deckblech axial abgewinkelt mit einem Scheibenabschnitt und mit einem Rohrabschnitt ausgeführt sein, welcher sich an dort an der Stirnseite des Blechpakets axial abstützen kann und auf diese Weise einen Distanzabschnitt zur axialen Festlegung von Schraubköpfen der Befestigungsbolzen am Stator und/oder einen Distanzabschnitt zur Festlegung des Stators an einem Tragelement bereitstellt. Somit kann im ersten Fall verhindert werden, dass bei der Montage des Stators die Bolzenköpfe oder ein Montagewerkzeug eine benachbarte Spule beschädigen und im zweiten Fall kann sicher verhindert werden, dass der zum Tragelement benachbarte Wickelkopf bei der Montage des Stators beschädigt wird.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs gestellte Aufgabe durch eine elektrische Maschine mit einem Stator gelöst, welcher nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und wobei die elektrische Maschine einen radial innerhalb des Stators drehbar gelagerten Rotor aufweist. Die elektrische Maschine kann beispielsweise als eine permanenterregte Synchronmaschine, eine Reluktanzmaschine oder in irgendeiner anderen bekannten Bauform ausgeführt werden.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine elektrische Maschine in Innenläuferbauart, deren Stator mittels Schraubbolzen an einem Getriebegehäuse festgelegt ist;
- 2 eine Teildarstellung des Stators von 1 mit Statorsegmenten, welche von einem Statorträger umschlossen sind und mit einer Durchgriffsöffnung für Schraubbolzen;
- 3 eine Teildarstellung des Stators der 1, 2 mit beidseitig am Statorträger vorgesehenen Deckblechen.
-
1 zeigt eine elektrische Maschine 10, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine in Innenläuferbauart mit einem Stator 12 und mit einem in einem radial inneren Aufnahmeraum aufgenommenen und dort drehbar gelagerten Rotor 14, welcher mit einem Rotorträger 14b an einer Rotorwelle 14c befestigt ist. Der Stator 12 weist zu dessen Festlegung an einem hier als Getriebegehäuse 16 vorliegenden Tragelement 18 insgesamt drei gleichmäßig an dessen Umfang verteilte axiale Durchgriffsöffnungen 20 auf, durch welche Befestigungsbolzen 22, insbesondere Schraubbolzen hindurchgeführt sind und mit dem Getriebegehäuse 16 verschraubt sind. Die elektrische Maschine 10 ist Bestandteil eines Antriebsstranges eines hier nicht weiter dargestellten Elektro- oder Hybridfahrzeugs und dient als Antriebsquelle zum Fortbewegen des Fahrzeugs.
-
Wie insbesondere in 2 erkennbar, ist der Stator 12 in Umfangsrichtung segmentiert ausgeführt und umfasst eine Mehrzahl von Statorsegmenten 13. Jedes Statorsegment 13 weist jeweils einen kreissegmentförmigen Jochbereich 13a mit zumindest einem von dem Jochbereich 13a nach radial innen abstehenden Statorzahn 13b auf. Die einzelnen Statorsegmente 13 sind in bekannter Art und Weise mittels an diesen vorgesehenen komplementären Formschlußprofilen 13c, d zu einem ringkreisförmigen Statorblechpaket 24 zusammengefügt, welches radial außen von einem ringförmigen, hier als Blechteil ausgebildeten Statorträger 26 umschlossen ist. Im Weiteren sind die Statorzähne 13b mit Einzelzahnspulen 28 bestückt, welche in deren Gesamtheit eine konzentrierte Wicklung des Stators 12 ausbilden. Dabei ist jede Spule mittels zwei Wickelkörpern 28b an dem Blechpaket 24 festgelegt. Das vom Stator 12 mittels einer Bestromung der Spulen 28 erzeugte Magnetfeld kann mit einem Magnetfeld des Rotors 14 zusammenwirken, welcher zu diesem Zweck im Bereich von dessen Außenumfangsfläche eine Mehrzahl von Permanentmagneten 14a trägt (1).
-
Wie bereits vorstehend erwähnt, weist der Stator 12 eine Mehrzahl, vorliegend drei axiale Durchgriffsöffnungen 20 zum Einführen der Befestigungsbolzen 22 auf. Wie besonders gut in 2 erkennbar, sind die Durchgriffsöffnungen 20 radial zwischen dem Statorblechpaket 24 und dem Statorträger 26 ausgebildet.
-
Zur Ausbildung einer Durchgriffsöffnung 20 weist der Statorträger 26 zunächst einen Umfangsabschnitt 26a auf, welcher gegenüber einer äußeren Kreisumfangslinie 24a des Statorblechpakets 24 nach radial außen gewölbt ist und von diesem absteht, also eine Auswölbung 26b bildet.
-
Im Weiteren weist zur Ausbildung der Durchgriffsöffnungen 20 das Statorblechpaket 24 an derselben Umfangslage bzw. Umfangsposition wie die Auswölbung 26b am Jochbereich 13a eine Ausnehmung 24b auf, welche radial innerhalb der äußeren Kreisumfangslinie 24a des Statorblechpakets 24 ausgebildet ist. Es ist weiter erkennbar, dass das Statorblechpaket 24 im Bereich der Ausnehmung 24b einen axial verlaufenden und sich von einer äußeren Umfangsfläche eines Jochbereichs 13a nach radial innen erstreckenden Schlitz 24c aufweist, wobei die Ausnehmung 24b in den Schlitz 24c übergeht.
-
Im erläuterten Ausführungsbeispiel sind solche Schlitze 24c nicht nur an den Umfangspositionen der Durchgriffsöffnungen 20 sondern an allen Statorzähnen 13b vorgesehen, was ebenso für die Ausnehmungen 24b gilt. Diese Ausführung ist jedoch nicht zwingend. Durch das Vorsehen von Schlitzen 24c ist das aus Einzelsegmenten 13 gefügte Statorblechpaket 24 in Umfangsrichtung elastisch verformbar und kann vorgespannt in den ringförmigen Statorträger 26 eingefügt werden kann. Andererseits kann insbesondere bei Fehlen einer derartigen Vorspannung zur Erzielung eines festen Sitzes des Blechpakets 24 im Statorträger 26 eine Vorspannung durch das Einfügen eines Befestigungsbolzens 22 in eine Durchgriffsöffnung 20 erzeugt werden, indem ein Schlitz 24c durch den Befestigungsbolzen 22 aufgeweitet und der wirkende Außendurchmesser des Blechpakets 24 gegenüber dem Statorträger 24 vergrößert wird.
-
Der Stator 12 weist im Weiteren an beiden Stirnseiten an dem Statorträger 26 anliegende kreisringförmige Deckbleche 30, 32 auf.
-
Mit Blick auf 1 bildet das Deckblech 30 an der Einführseite der Befestigungsbolzen 22 einen Anlagebereich für die Köpfe 22a der Befestigungsbolzen 22 aus. Das an der anderen Stirnseite angeordnete Deckblech 32 bildet einen ringkreisförmigen Anlagebereich zur flächigen Anlage des Stators 12 an einer Anlagefläche 16a des Tragelements 18, also des Getriebegehäuses 16 aus.
-
3 zeigt eine teilweise Schnittdarstellung des Stators 12 außerhalb einer der Durchgriffsöffnungen 20. Gegenüber 1 ist der Stator 12 in 3 spiegelbildlich gezeigt. Wie dort und auch in 1 zu sehen, erstreckt sich der Statorträger 26 an der Einführseite der Befestigungsbolzen 22 axial über das Statorblechpaket 24 hinaus, so dass dort ausgebildete Wickelköpfe 28a der Zahnspulen 28 bzw. der Statorwicklung axial überdeckt werden. Das dort angeordnete Deckblech 30 ist axial abgewinkelt mit einem Radialabschnitt bzw. Scheibenabschnitt 30a und mit einem Rohrabschnitt 30b ausgeführt, welcher sich an der Stirnseite des Blechpakets 24 axial abstützt. Auf diese Weise wird ein axialer Distanzabschnitt 34 zur axialen Festlegung des Bolzenkopfes 22a bereitgestellt, wodurch sicher verhindert wird, dass der Bolzenkopf 22a beim Einführen des Befestigungsbolzens 22 oder ein Montagewerkzeug einen benachbarten Wickelkopf 28a bei der Montage des Stators 12 beschädigt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- elektrische Maschine
- 12
- Stator
- 13
- Statorsegment
- 13a
- Jochbereich
- 13b
- Statorzahn
- 13c, d
- Formschlußprofil
- 14
- Rotor
- 14a
- Permanentmagnet
- 14b
- Rotorträger
- 14c
- Rotorwelle
- 16
- Getriebegehäuse
- 16a
- Anlagefläche
- 18
- Tragelement
- 20
- Durchgriffsöffnung
- 22
- Befestigungsbolzen
- 22a
- Bolzenkopf
- 24
- Statorblechpaket
- 24a
- äußere Kreisumfangslinie
- 24b
- Ausnehmung
- 24c
- Schlitz
- 26
- Statorträger
- 26a
- Umfangsabschnitt
- 26b
- Auswölbung
- 28
- Zahnspule
- 28a
- Wickelkopf
- 28b
- Wickelkörper
- 30
- Deckblech
- 30a
- Scheibenabschnitt
- 30b
- Rohrabschnitt
- 32
- Deckblech
- 34
- Distanzabschnitt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2015/0130311 A1 [0002, 0007]
