DE102018125197A1

DE102018125197A1 - Elektrische maschine mit magnetisch modifiziertem bereich

Info

Publication number: DE102018125197A1
Application number: DE102018125197.1A
Authority: DE
Inventors: Feng Liang; Alfredo R. Munoz; Leyi ZHU; Michael W. Degner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2019-04-18
Also published as: CN109672274A; US11658522B2; US20190115794A1

Abstract

Eine elektrische Maschine beinhaltet einen Stator und einen Rotor. Der Stator weist ein Joch auf, das über einem Ring angebracht ist, der eine Vielzahl von Zähnen mit Lücken dazwischen zum Anbringen von Metallwicklungen aufweist. Der Zahnring weist einen Innenumfang, der geschlossen ist und zum Verbinden der Zähne dient, und einen Außenumfang mit offenen Lücken oder Schlitzen zwischen den Zähnen auf. Die Metallwicklungen werden durch den offenen Außenumfang angebracht. Bereiche des geschlossenen Innenumfangs zwischen den Zähnen werden derart behandelt, dass die magnetische Permeabilität des Bereichs im Vergleich zum Rest des Stators reduziert ist. Die Reduzierung der magnetischen Permeabilität stellt eine Magnetflussbarriere zwischen den Zähnen bereit.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft elektrische Maschinen, wie etwa Elektromotoren. Insbesondere betrifft diese Offenbarung einen Stator einer elektrischen Maschine, der Bereiche modifizierter magnetischer Eigenschaften aufweist, die in Bereichen zwischen Zähnen bestehen, die Wicklungen trennen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektromotoren arbeiten durch Interaktion zwischen den durch den Rotor und den Stator erzeugten Elektromagnetfeldern des Elektromotors, um eine Kraft zu erzeugen. Elektromotoren können zudem umgekehrt als Generatoren verwendet werden, um mechanische Energie in elektrische Leistung umzuwandeln.
Derartige elektrische Maschinen können üblicherweise einen Rotor, der sich mit der Welle dreht, um mechanische Leistung zuzuführen oder zu übertragen, einen Stator, der stationär bleibt und Wicklungen beinhaltet, eine Luftlücke zwischen dem Rotor und dem Stator und Wicklungen oder Spulen, die üblicherweise um einen Kern gewunden sind, um so magnetische Pole zu bilden, wenn sie bestromt werden, beinhalten.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Stator für einen Elektromotor ein Statorjoch, das eine erste Innenfläche aufweist, und ein ringförmiges Zahnelement. Das ringförmige Zahnelement beinhaltet eine zweite Innenfläche, eine Vielzahl von Zähnen, die sich radial aus dieser nach außen erstreckt und mit der ersten Innenfläche gekoppelt ist, und Materialbereiche zwischen den Zähnen, die im Vergleich zu den Zähnen eine reduzierte magnetische Permeabilität aufweisen. Die Reduzierung der magnetischen Permeabilität in den Bereichen stellt eine Magnetflussbarriere zwischen den Zähnen bereit.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet der Elektromotor einen Rotor und einen Stator. Der Stator weist eine Vielzahl von Zähnen, die um eine Mittelachse angeordnet ist, und zwischen den Zähnen angeordnete Trennwicklungen auf. Der Stator weist eine radial vom Rotor beabstandete Innenfläche auf. Die Innenfläche weist eine Vielzahl von Bereichen reduzierter magnetischer Permeabilität auf. Jeder dieser Bereiche ist radial mit Wicklungen zwischen den Zähnen ausgerichtet, um die magnetische Permeabilität zwischen den Zähnen zu hemmen.
In noch einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines Stators für einen Elektromotor bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet ein Ausbilden einer Vielzahl von Statorjochabschnitten, die jeweils einen gekrümmten inneren Bereich und ein Verriegelungselement aufweisen. Das Verfahren beinhaltet außerdem ein Reduzieren der magnetischen Permeabilität eines Teils des inneren Bereichs, der sich zwischen den Zähnen in dem ringförmigen Zahnelement befindet. Das Verfahren beinhaltet außerdem ein Zusammenfügen der Statorjochabschnitte zum Bilden eines ringförmigen Statorjochs durch Verriegeln einzelner Statorjochabschnitte und ein Montieren eines Statorjochs in Umfangsrichtung um das ringförmige Statorzahnelement zum Bilden eines fertigen Statorkerns.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Stators gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung, in welcher der Stator ein Statorjoch um ein ringförmiges Zahnelement herum zum Bilden des Stators beinhaltet.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Statorjochs aus 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht des ringförmigen Zahnelements aus 1.
4 ist eine Vorderansicht eines Sektors des Stators aus 1.
5A ist eine Vorderteilansicht einer Ausführungsform einer Verbindung zwischen dem Joch und dem ringförmigen Zahnelement (der Einfachheit halber sind nur zwei Zähne gezeigt).
5B ist eine Vorderteilansicht einer anderen Ausführungsform einer Verbindung zwischen dem Joch und dem ringförmigen Zahnelement (der Einfachheit halber sind nur zwei Zähne gezeigt).
5C ist eine Vorderteilansicht noch einer anderen Ausführungsform einer Verbindung zwischen dem Joch und dem ringförmigen Zahnelement (der Einfachheit halber sind nur zwei Zähne gezeigt).
6 ist eine Vorderansicht eines Sektors eines Stators gemäß einer Ausführungsform, in der das Joch eine Vielzahl miteinander verbundener Segmente in Umfangsrichtung um das ringförmige Zahnelement beinhaltet.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der Ausführungsformen zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen veranschaulichter Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Wie vorstehend erläutert, beinhalten elektrische Maschinen neben anderen Komponenten üblicherweise einen Rotor, einen Stator, eine Luftlücke und Wicklungen. Eine herkömmliche Statorkerngestaltung für radiale elektrische Maschinen beinhaltet runde Bleche, einschließlich eines Jochs und einer Reihe von Zähnen. Die zwischen den Zähnen bestehenden Räume werden üblicherweise als Schlitze bezeichnet und werden zum Aufnehmen der Wicklungsspulen verwendet. In einer zufällig gewickelten Wicklung werden die Spulen vorgewickelt und durch die Öffnung zwischen den Zähnen in den Schlitz eingeführt. Aufgrund der Umfangsgeometrie der Bleche und des Wunsches, den leeren Raum zwischen benachbarten Zähnen am Luftlückendurchmesser zu reduzieren, ist die zum Einführen der Wicklungen verfügbare Öffnung im Inneren des Schlitzes sehr klein. Dies macht es sehr schwer, hohe Füllfaktoren (z. B. Verhältnis von Kupfer zur Gesamtfläche des Schlitzes) zu erzielen.
Die vorliegende Offenbarung stellt verschiedene Ausführungsformen zum Verbessern des Schlitzfüllfaktors bereit, einschließlich eines Aufbaus des Statorblechs aus zwei getrennten Blechstücken, nämlich einem ersten Teil mit dem Statorjoch und einem anderen Teil mit den gesamten Zähnen. Wie nachfolgend beschrieben wird, kann das Statorjoch ein ringförmiges Zahnelement radial umgeben und die beiden Komponenten sind zwei getrennte Stücke, die zusammengefügt werden. Dies ermöglicht, dass die Spulen vorgewickelt und radial vom Außendurchmesser der Statorzähne aus eingeführt werden. Nachdem die Spulen in die Schlitze zwischen den Zähnen eingeführt wurden, wird ein separater Blechring verwendet, um die Statorjochbaugruppe zu erzeugen.
Unter Bezugnahme auf die 1-3 ist ein Stator für eine elektrische Maschine veranschaulicht. Bei der elektrischen Maschine, für die der Stator ein Teil sein kann, kann es sich um einen Elektromotor, einen Generator, einen Motor/Generator oder dergleichen handeln, in dem Drehenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann und/oder umgekehrt.
1 zeigt allgemein bei 10 einen Stator (auch als Statorbaugruppe oder ringförmige Statorbaugruppe bezeichnet) für eine elektrische Maschine. Der Stator 10 beinhaltet ein Statorjoch 20 (auch als Blechring oder Jochring bezeichnet), das in 2 für sich genommen gezeigt ist. Das Statorjoch 20 ist um ein ringförmiges Zahnelement 30 montiert, das in 3 für sich genommen gezeigt ist.
Das ringförmige Zahnelement 30 beinhaltet eine Innenfläche 32 und eine Vielzahl von Zähnen 34 (auch als Statorzähne bezeichnet), die sich aus dieser radial nach außen erstreckt. Gleichermaßen beinhaltet das Statorjoch 20 eine Vielzahl von Flächenelementen 22 (z. B. Einbuchtungen, Taschen, Kerben usw.), die dazu bemessen und konfiguriert sind, im zusammengefügten Zustand die radialen Enden der Zähne 32 aufzunehmen. Die Flächenelemente können so modifiziert werden, dass sie mit der Form der Zähne zusammenpassen, wie nachstehend unter Bezugnahme auf die 5A-5C beschrieben wird.
Unter Bezugnahme auf die 3-4 beinhaltet das ringförmige Zahnelement 30 eine Innenfläche 32 und eine Vielzahl von Zähnen 34 (auch als Statorzähne bezeichnet), die sich aus dieser radial nach außen erstreckt. Der Raum zwischen den Zähnen 34 definiert eine Lücke oder einen Raum für die Anordnung der Wicklungen. Die Zähne sind über den Innenumfang des ringförmigen Zahnelements 30 verbunden und stellen große Schlitzöffnungen an dem Außenumfang des ringförmigen Zahnelements bereit. Die großen Schlitzöffnungen erleichtern das Einführen und Installieren der Wicklungsspule. Dies vereinfacht den Wicklungsprozess, was zu einer effizienteren Wicklung mit kürzeren Wicklungsenden und einem höheren Schlitzfüllfaktor führt.
Ein Bereich eines Materials (z. B. Metall), der die Zähne nahe der Innenfläche verbindet, ist bei 36 gezeigt. Dieser die Zähne verbindende Materialbereich 36 stellt einen Weg hoher Permeabilität für den Schlitzfluss dar, was zu einer deutlichen Erhöhung des Schlitzstreuflusses führt, wodurch es zu Reduzierungen der Ausgabeleistung der elektrischen Maschine kommt. Damit die elektrische Maschine eine gute Leistung aufweist, sollte der Schlitzstreufluss, der von Zahn zu Zahn wandert ohne die Luftlücke zwischen dem Stator und dem Rotor zu durchqueren, minimiert werden.
Dazu werden gemäß verschiedenen Ausführungsformen dieser Offenbarung die Bereiche 36 behandelt, beschichtet oder anderweitig bearbeitet, um die magnetische Permeabilität durch diese Bereiche lokal zu reduzieren oder zu unterdrücken. Verschiedene Verfahren zum Unterdrücken der magnetischen Permeabilität durch diese Bereiche 36 werden nachstehend erläutert. Eine magnetische Trennung oder Hemmung durch diese Bereiche 36 kann bereitgestellt werden, während die mechanische Verbindung zwischen den Zähnen 34 beibehalten wird. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Bereiche 36 über eines oder mehrere der nachstehend beschriebenen Verfahren behandelt, um magnetische Permeabilität lokal zu unterdrücken. Die behandelten Bereiche 36 mit reduzierter magnetischer Permeabilität verringern Schlitzstreuflüsse, indem sie eine Flussbarriere zwischen den Zähnen an dem Innenumfang des Stators schaffen. Bei diesem Ansatz bleibt die physische Struktur des einstückigen ringförmigen Zahnelements 30 in einem Stück, während sein magnetisches Profil modifiziert und an den Bereichen 36 unterbrochen wird.
Verschiedene Ausführungsformen zur Reduzierung der magnetischen Permeabilität in den Bereichen 36 zwischen den Zähnen werden in dieser Offenbarung in Betracht gezogen. Diese Verfahren stellen eine Magnetflussbarriere zwischen den Zähnen bereit. Die Permeabilität der Bereiche 36 wird so reduziert, dass sie geringer als in den übrigen Statorbereichen ist und idealerweise der Permeabilität von Luft (4π × 10^-7 H · m^-1) entspricht oder annähernd entspricht.
In einer Ausführungsform zum Reduzieren der magnetischen Permeabilität werden Einbuchtungen in den Bereichen 36 ausgebildet. Es kann entweder eine einzelne Einbuchtung oder eine Anordnung von Einbuchtungen ausgebildet werden, um den Bereich 36 plastisch zu verformen. Für eine Anordnung von Einbuchtungen kann die genaue Form, Lage, Anzahl und Anordnungen der Einbuchtungen variiert werden.
In einer anderen Ausführungsform zum Reduzieren der magnetischen Permeabilität können die Bereiche 36 insgesamt verformt werden, beispielsweise unter Verwendung eines Formwerkzeugs.
In einer anderen Ausführungsform zum Reduzieren der magnetischen Permeabilität können die Bereiche 36 gestanzt werden und es kann eine seitliche Extrusionskraft aufgebracht werden, um jeden Bereich 36 seitlich zu verformen.
In einer anderen Ausführungsform zum Reduzieren der magnetischen Permeabilität kann durch Verfahren wie etwa Kugelstrahlen, Laserschockbestrahlung, Kavitationsstrahlen und Nass-Kugelstrahlen ein Strahlen an den Bereichen 36 durchgeführt werden.
Die magnetische Permeabilität der Bereiche 36 kann zudem durch Dotieren und Modifizieren der chemischen Zusammensetzung der Bereiche 36 modifiziert werden. Beispielsweise wird in einer Ausführungsform die magnetische Permeabilität reduziert oder unterdrückt, indem eine Phasenumwandlung induziert wird. Wenn die Temperatur eines Blechs (Eisen-Silizium-Legierung) über einen bestimmten Punkt hinaus erhöht wird, durchläuft es einen Phasenübergang zu γ-Fe und verliert seine ferromagnetischen Eigenschaften. Diese nicht-ferromagnetische Austenitphase kann bei Raumtemperatur stabilisiert werden, indem bestimmte Legierungselemente zugegeben werden, wie etwa Mangan oder Nickel oder Chrom oder Molybdän oder eine Kombination zwei oder drei beliebiger oder aller vier Elemente. Eine lokale Reduzierung der magnetischen Permeabilität kann erzielt werden, indem zunächst eine Schicht des/der vorstehend aufgeführten Elements/Elemente auf die Blechoberfläche in dem ausgewählten Bereich aufgetragen wird. Anschließend wird das Blech in einer geschützten Umgebung (z. B. inerten Gasen, wie etwa N2 und Ar, oder Vakuum) einer Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur unterzogen, um die Elemente in das Blech zu diffundieren. Diese Elemente werden verwendet, um die nicht-ferromagnetische Austenitstruktur zu stabilisieren, nachdem Bleche auf Raumtemperatur abgekühlt wurden.
In einer anderen Ausführungsform zum Reduzieren der magnetischen Permeabilität wird die magnetische Permeabilität unterdrückt, indem nicht-ferromagnetische Legierungen oder Legierungen mit geringer Permeabilität gebildet werden. Dies kann erreicht werden, indem zunächst eine dünne Schicht mindestens eines Elements, wie etwa Mangan, Aluminium, Silizium, Kohlenstoff, Schwefel, Germanium, Nickel und Chrom, auf die Blechoberfläche in dem ausgewählten Bereich aufgetragen wird. Anschließend wird das Blech in einer geschützten Umgebung einer Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur unterzogen, um das/die Element(e) in das Blech zu diffundieren. Nach der Diffusion wird in ausgewählten Bereichen eine neue nicht-ferromagnetische Legierung oder Legierung mit geringer Permeabilität gebildet.
Eine andere Methode zum Unterdrücken oder Reduzieren der magnetischen Permeabilität ist durch Ionenimplantation. Ionen, wie etwa Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff, können unter Verwendung einer Maske in die Bereiche implantiert werden, wodurch nicht-ferromagnetische Oxide, Carbide und Nitride entstehen. Anlassen kann nach der Ionenimplantation benötigt werden, um die durch die Implantation verursachten kristallographischen Schäden zu beheben und die Dotierungselemente tiefer in das Blech zu diffundieren.
Sobald diese Bereiche 36 magnetisch modifiziert wurden, können die Zahnbleche unter Verwendung von Vertiefungen oder Klebstoff aneinandergehaftet oder aneinander fixiert werden, um einen massiven einstückigen Zahnkern zu bilden. Gleichermaßen kann ein Statorjochkern oder Jochring durch Aneinanderhaften oder Eintiefen mehrerer ringförmiger Statorjochbleche hergestellt werden. Nachdem die Wicklungsspulen von den Schlitzöffnungen im Außenumfang aus zwischen die Zähne eingeführt wurden, ist das Statorjoch 20 installiert, um den Magnetfluss zu führen. Da ein mechanisch sicherer Kontakt zwischen dem ringförmigen Zahnelement 30 und dem Statorjoch 20 erwünscht wird, kann ein Verriegelungs- und Ausrichtungsmechanismus verwendet werden. Verschiedene Ausführungsformen einer derartigen Verbindung sind in den 5A-5C gezeigt.
Beispielsweise zeigt 5A Zähne 34 mit abgerundeten äußeren Enden 38, ähnlich der in 3 gezeigten Ausführungsform. Dies verriegelt die Statorzähne 34 mit dem Statorjoch 20 mit einem abgerundeten Kraftverteilungsprofil um die abgerundeten Enden 38.
5B zeigt eine andere Ausführungsform, in der die Zähne 34' mit spitzen Enden 38' bereitgestellt sind, die jeweils in einem Scheitel enden, der im Allgemeinen mittig zum jeweiligen Ende 38' liegt. Die entsprechenden Flächenelemente 22' weisen einen Scheitel auf, der mit dem Scheitel der Enden 38' zusammenpasst. Dies stellt eine einzelne mittige Spitze mit konisch zulaufenden Enden zum Aufnehmen der Kraft zwischen den Zähnen und dem Joch 20' bereit.
5C zeigt noch eine andere Ausführungsform, in der die Zähne 34" mit spitzen Enden 38" bereitgestellt sind, die in einem Scheitel enden, der jeweils von der entsprechenden Mitte des jeweiligen Zahns 34" versetzt liegt. Die Zähne können sich derart abwechseln, dass der Scheitel eines Zahns 34" von der Lücke zwischen diesem Zahn und dem benachbarten Zahn weg zeigt. Anders ausgedrückt kann das ringförmige Zahnelement sich derart abwechselnde Zähne aufweisen, dass der Scheitel eines Zahns von der Mitte nach rechts versetzt ist und der Scheitel des nächsten Zahns von der Mitte nach links versetzt ist und so weiter. Dies stellt ein Verteilungsprofil mit sich abwechselnden Kontaktscheiteln bereit, um das Kraftprofil um den Umfang des ringförmigen Zahnelements zu variieren.
Unter Bezugnahme auf 6 ist das Statorjoch 20 in einer Ausführungsform nicht eine einzelne einheitlich ausgebildete Struktur, sondern ist segmentiert und zusammengefügt. In dieser Ausführungsform kann die segmentierte Jochstruktur 20 Segmente beinhalten, die jeweils ein Steckende 42 und ein Buchsenende 44 aufweisen. Dies ermöglicht, dass das Statorjoch 20 Stück für Stück um die Zähne montiert wird, während eine mechanische Verbindung zwischen dem Statorjoch und den Zähnen fixiert wird. Wenngleich die Steck- und Buchsenenden so veranschaulicht sind, dass sie ein teilkreisförmiges Profil aufweisen, werden andere Ausgestaltungen in Betracht gezogen, wie etwa Halbkreise, gleichseitige Dreiecke, rechtwinklige Dreiecke und andere. Mehrere unterschiedliche Formen und unterschiedliche Kombination können um das gleiche Statorjoch verwendet werden. Es kann ein zusätzlicher Ring oder ein Gehäuse selbst außen um das Statorjoch benötigt werden, um alle Jochsegmente zu verbinden oder zusammenzuhalten.
Es versteht sich, dass unter Bezugnahme auf eine oder mehrere Figuren offenbarte Konzepte mit Konzepten kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren offenbart werden. Beispielsweise kann der Stator mit den Verbindungen der verschiedenen Jochsegmente wie sie in 6 gezeigt sind und auch mit der Verbindung zwischen den Zähnen und dem Joch wie sie in den 5A, 5B und/oder 5C gezeigt ist bereitgestellt sein.
Beispielsweise wird, während der Statorring in den hier offenbarten Ausführungsformen um das ringförmige Zahnelement montiert ist, in Betracht gezogen, dass sich das Ringelement radial innerhalb des ringförmigen Zahnelements befinden kann. Auf diese Weise würden sich die Zähne radial nach innen erstrecken und die Luftlücken würden sich an den inneren Enden und nicht an den äußeren Enden befinden. Die Wicklungen würden vom inneren Bereich des Zahnelements aus montiert und radial nach außen gedrückt werden und das ringförmige Zahnelement würde um den Außenumfang des Statorrings herum angebracht werden.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Ansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können Folgendes beinhalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, unaufwändige Montage usw. Soweit beliebige Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, liegen diese Ausführungsformen daher nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Stator für eine elektrische Maschine bereitgestellt, der Folgendes aufweist: ein Statorjoch, das eine erste Innenfläche aufweist; und ein ringförmiges Zahnelement, das eine zweite Innenfläche, eine Vielzahl von Zähnen, die sich von dieser radial nach außen erstreckt und mit der ersten Innenfläche gekoppelt ist, und Materialbereiche zwischen den Zähnen, die im Vergleich zu den Zähnen eine reduzierte magnetische Permeabilität aufweisen, um eine Magnetflussbarriere zwischen den Zähnen bereitzustellen, beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform trennen die Materialbereiche zwischen den Zähnen die Zähne magnetisch voneinander.
Gemäß einer Ausführungsform stellen die Materialbereiche zwischen den Zähnen eine mechanische Verbindung zwischen den Zähnen bereit.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Materialbereiche zwischen den Zähnen einen plastisch verformten Bereich zum Bereitstellen der Magnetflussbarriere.
Gemäß einer Ausführungsform ist das ringförmige Zahnelement aus einem ersten Material hergestellt und die Materialbereiche zwischen den Zähnen beinhalten eine Beschichtung eines zweiten Materials.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das zweite Material mindestens eines der folgenden: Mangan, Aluminium, Silizium, Kohlenstoff, Schwefel, Germanium, Nickel und Chrom.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das ringförmige Zahnelement eine Vielzahl innerer Keilstücke, die jeweils einige der Vielzahl von Zähnen aufweisen, und die inneren Keilstücke sind aneinandergekoppelt, um zusammen das ringförmige Element zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Statorjoch eine Vielzahl äußerer Jochabschnitte, die jeweils an einige der Vielzahl von Zähnen gekoppelt sind, und die äußeren Jochabschnitte sind aneinandergekoppelt, um zusammen das Statorjoch zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Statorjoch eine Vielzahl äußerer Jochabschnitte, die aneinandergekoppelt sind, um zusammen das Statorjoch zu bilden, und das ringförmige Element beinhaltet eine Vielzahl innerer Abschnitte, die aneinandergekoppelt sind, um zusammen das ringförmige Element zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform sind die inneren Abschnitte Teile eines einzelnen einheitlichen ringförmigen Elements.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt die Folgendes aufweist: einen Rotor; und einen Stator, der eine Vielzahl von Zähnen, die um eine Mittelachse angeordnet ist, und Trennwicklungen, die zwischen den Zähnen angeordnet sind, aufweist, wobei der Stator eine radial vom Rotor beabstandete Innenfläche aufweist und die Innenfläche eine Vielzahl von Bereichen reduzierter magnetischer Permeabilität aufweist und jeder Bereich radial mit Wicklungen zwischen den Zähnen ausgerichtet ist, um die magnetische Permeabilität zwischen den Zähnen zu hemmen.
Gemäß einer Ausführungsform stellt jeder der Bereiche reduzierter magnetischer Permeabilität eine mechanische Verbindung zwischen benachbarten Zähnen bereit.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jeder der Bereiche reduzierter magnetischer Permeabilität einen plastisch verformten Bereich zum Bereitstellen der Magnetflussbarriere zwischen benachbarten Zähnen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Stator aus einem ersten Material hergestellt und die Bereiche reduzierter magnetischer Permeabilität sind jeweils mit einer Beschichtung eines zweiten Materials bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das zweite Material mindestens eines der folgenden: Mangan, Aluminium, Silizium, Kohlenstoff, Schwefel, Germanium, Nickel und Chrom.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Stators für einen Elektromotor bereitgestellt: Ausbilden einer Vielzahl von Statorabschnitten, die jeweils einen gekrümmten inneren Bereich und mindestens zwei Zähne, die sich von diesem radial nach außen erstrecken, aufweisen; für jeden Statorabschnitt, Reduzieren einer magnetischen Permeabilität eines Teils des inneren Bereichs, der sich zwischen den Zähnen befindet; Zusammenfügen der Statorabschnitte zum Bilden eines ringförmigen Statorzahnelements; und Montieren eines Statorjochs in Umfangsrichtung um das ringförmige Statorzahnelement.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das magnetische Modifizieren ein Ausbilden einer oder mehrerer Einbuchtungen in den Teilen der inneren Bereiche zwischen den Zähnen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das magnetische Modifizieren mindestens eines des Folgenden: Verformen der Teile der inneren Bereiche zwischen den Zähnen mithilfe eines Formwerkzeugs, Stanzen der Teile der inneren Bereiche zwischen den Zähnen mithilfe einer Stanzmaschine und Strahlen der Teile der inneren Bereiche zwischen den Zähnen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das magnetische Modifizieren ein Auftragen einer Beschichtung auf die Teile der inneren Bereiche zwischen den Zähnen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das magnetische Modifizieren ein Implantieren von Ionen in die Teile der inneren Bereiche zwischen den Zähnen.

Claims

Stator für eine elektrische Maschine, umfassend: ein Statorjoch, das eine erste Innenfläche aufweist; und ein ringförmiges Zahnelement, das eine zweite Innenfläche, eine Vielzahl von Zähnen, die sich von dieser radial nach außen erstreckt und mit der ersten Innenfläche gekoppelt ist, und Materialbereiche zwischen den Zähnen, die im Vergleich zu den Zähnen eine reduzierte magnetische Permeabilität aufweisen, um eine Magnetflussbarriere zwischen den Zähnen bereitzustellen, beinhaltet.
Stator nach Anspruch 1, wobei die Materialbereiche zwischen den Zähnen die Zähne magnetisch voneinander trennen.
Stator nach Anspruch 1, wobei die Materialbereiche zwischen den Zähnen eine mechanische Verbindung zwischen den Zähnen bereitstellen.
Stator nach Anspruch 1, wobei die Materialbereiche zwischen den Zähnen einen plastisch verformten Bereich zum Bereitstellen der Magnetflussbarriere beinhalten.
Stator nach Anspruch 1, wobei das ringförmige Zahnelement aus einem ersten Material hergestellt ist und die Materialbereiche zwischen den Zähnen eine Beschichtung eines zweiten Materials beinhalten.
Stator nach Anspruch 5, wobei das zweite Material mindestens eines der folgenden beinhaltet: Mangan, Aluminium, Silizium, Kohlenstoff, Schwefel, Germanium, Nickel und Chrom.
Stator nach Anspruch 1, wobei das ringförmige Zahnelement eine Vielzahl innerer Keilstücke beinhaltet, die jeweils einige der Vielzahl von Zähnen aufweisen, und die inneren Keilstücke aneinandergekoppelt sind, um zusammen das ringförmige Element zu bilden.
Stator nach Anspruch 1, wobei das Statorjoch eine Vielzahl äußerer Jochabschnitte beinhaltet, die jeweils an einige der Vielzahl von Zähnen gekoppelt sind, und die äußeren Jochabschnitte aneinandergekoppelt sind, um zusammen das Statorjoch zu bilden.
Stator nach Anspruch 1, wobei das Statorjoch eine Vielzahl äußerer Jochabschnitte beinhaltet, die aneinandergekoppelt sind, um zusammen das Statorjoch zu bilden, und das ringförmige Element eine Vielzahl innerer Abschnitte beinhaltet, die aneinandergekoppelt sind, um zusammen das ringförmige Element zu bilden.
Stator nach Anspruch 9, wobei die inneren Abschnitte Teile eines einzelnen einheitlichen ringförmigen Elements sind.
Elektrische Maschine, umfassend: einen Rotor; und einen Stator, der eine Vielzahl von Zähnen, die um eine Mittelachse angeordnet ist, und Trennwicklungen, die zwischen den Zähnen angeordnet sind, aufweist, wobei der Stator eine radial von dem Rotor beabstandete Innenfläche aufweist und die Innenfläche eine Vielzahl von Bereichen reduzierter magnetischer Permeabilität aufweist und jeder Bereich radial mit Wicklungen zwischen den Zähnen ausgerichtet ist, um die magnetische Permeabilität zwischen den Zähnen zu hemmen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 11, wobei jeder der Bereiche reduzierter magnetischer Permeabilität eine mechanische Verbindung zwischen benachbarten Zähnen bereitstellt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 11, wobei jeder der Bereiche reduzierter magnetischer Permeabilität einen plastisch verformten Bereich zum Bereitstellen der Magnetflussbarriere zwischen benachbarten Zähnen beinhaltet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 11, wobei der Stator aus einem ersten Material hergestellt ist und die Bereiche reduzierter magnetischer Permeabilität jeweils mit einer Beschichtung eines zweiten Materials bereitgestellt sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 11, wobei das zweite Material mindestens eines der folgenden beinhaltet: Mangan, Aluminium, Silizium, Kohlenstoff, Schwefel, Germanium, Nickel und Chrom.