DE102018201446A1

DE102018201446A1 - Statoranordnung für eine rotierende elektrische Maschine, rotierende elektrische Maschine und Luftfahrzeug mit einem Elektromotor

Info

Publication number: DE102018201446A1
Application number: DE102018201446.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dorfner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-01

Abstract

Die Erfindung gibt ein Statoranordnung für eine rotierende elektrische Maschine (11), aufweisend:- kreisringförmig und miteinander kraft-und formschlüssig angeordnete Statorsegmente (2),- eine in der Außenfläche jedes Statorsegments (2) ausgebildete, parallel zu einer Rotationsachse verlaufende, halbzylinderförmige erste Aussparung (13),- ein die Außenfläche der Statorsegmente (2) kraft- und formschlüssig umschließendes kreisringförmiges Gehäuse (6),- an der Innenseite des Gehäuses (6) spiegelbildlich zu den ersten Aussparungen (13) ausgebildete zweite Aussparungen (15), wobei jede erste Aussparung (13) mit der zugehörigen korrespondierenden zweiten Aussparung (14) einen hohlzylinderförmigen Kanal bildet, und- ein in dem Kanal kraft- und formschlüssig angeordnetes metallisches Rohr (8), wodurch eine Verdrehung der Statorsegmente (2) gegenüber dem Gehäuse (6) verhindert ist.Eine elektrische Maschine und ein Luftfahrzeig mit einer derartigen Statoranordnung werden ebenfalls angegeben.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Statoranordnung für eine rotierende elektrische Maschine, eine elektrische Maschine mit einer derartigen Statoranordnung und ein Luftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine.
Hintergrund der Erfindung
Ein Stator ist ein wesentliches Bauteil einer mehrphasigen elektrischen Maschine, beispielweise eines Synchronmotors. Die Statorspulen des Motors werden mit elektrischer Energie versorgt. Durch das sich ausbildende rotierende Magnetfeld kann ein Rotor, der sich in der Regel im Inneren des Stators befindet, in eine Drehbewegung versetzt werden. Für den stromdurchflossenen Stator gibt es verschiedene Ausführungsformen. Bekannt ist es, einzelne Statorsegmente kranzförmig anzuordnen.
1 zeigt eine Schnittansicht einer beispielhaften Anordnung von Statorsegmenten 2 mit Statorzähnen 3, die jeweils eine Zahnspule 4 tragen. Die Statorsegmente 2 bilden eine ringförmige Polkette in Form eines „Zahnkranzes“. Die Statorzähne 3 sind von einem ringförmigen Gehäuse 6 in Form eines Aluminium-Sehrumpfsitzes umgeben. Das Gehäuse 6 sorgt für die Fixierung der einzelnen Statorsegmente 2 untereinander. Desweiteren sind Kühlkanäle 7 an den Außenseiten der Statorzähne 3 ausgebildet.
Einerseits besteht der Vorteil von einzelnen Statorsegmenten 2 gegenüber einem Statorblechschnitt darin, die Statorzähne 3 direkt bewickelt werden können, um hohe Kupferfüllfaktoren für die Zahnspule 4 zu erreichen. Andererseits werden beispielsweise bei hybrid-elektrischen Antrieben in Luftfahrzeugen spezielle FeCo-basierte Bleche mit hoher Sättigungsmagnetisierung eingesetzt. Diese Bleche haben aus Fertigungsgründen eine maximale Größe, die Hersteller zwingt, einzelne Statorzähne einzusetzen.
Die Statorzähne 3 müssen gegenüber dem Gehäuse 6 gegen Verdrehen gesichert werden. Dies erfolgt durch die Bolzen 5, die durch das Gehäuse 6 in das Blechpaket des Stators 1 gedreht werden. Eine derartige „Verbolzung“ kann aber zu nachteiligen Wirbelstrom-Hotspots in dem Statorblech führen.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2012 100 332 A1 ist eine derartige Ausführung mit kranzförmig angeordneten Statorsegmenten in einem Gehäuse in Schrumpfsitz näher beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung anzugeben, die Wirbelstromverluste bei einem aus Statorsegmenten gebildeten Stator einer rotierenden elektrischen Maschine minimieren und gelichzeitig ein Verdrehen der Statorsegmente gegenüber einem Gehäuse zu verhindern.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der Statoranordnung, der rotierenden elektrischen Maschine und dem Luftfahrzeug der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß werden die Bolzen zur Drehsicherung eines aus Statorsegmenten gebildeten Stators weg gelassen. Die Kühlkanäle der Statorsegmente werden im Gehäuse spiegelbildlich fortgeführt. Der Sehrumpfsitz des Gehäuses wird am Blechpaket der Statorsegmente angebracht. In die dabei entstehenden zylinderförmigen Kühlkanäle werden Rohre eingeführt. Diese werden anschließend mittels des Hydro-Forming-Verfahrens (eine Art des Innenhochdruckumformens) „aufgeblasen“ und bilden so einen Kraft- und Formschluss sowohl mit dem Blechpaket der Statorsegmente als auch mit dem Gehäuse. Dadurch wird einerseits eine Verdrehsicherung erreicht, andererseits lassen sich die Rohre als Kühlkanäle verwenden und mit einem Kühlmedium füllen.
Die Erfindung beansprucht eine Statoranordnung für eine rotierende elektrische Maschine, aufweisend:

- kreisringförmig und miteinander kraft-und formschlüssig angeordnete Statorsegmente,
- eine in der Außenfläche jedes Statorsegments ausgebildete, parallel zu einer Rotationsachse verlaufende, halbzylinderförmige erste Aussparung,
- ein die Außenflächen der Statorsegmente kraft- und formschlüssig umschließendes kreisringförmiges Gehäuse,
- an der Innenseite des Gehäuses spiegelbildlich zu den ersten Aussparungen ausgebildete zweite Aussparungen, wobei jede erste Aussparung mit der zugehörigen korrespondierenden zweiten Aussparung einen zylinderförmigen Kanal bildet, und
- ein in dem Kanal kraft- und formschlüssig angeordnetes metallisches Rohr, wodurch eine Verdrehung der Statorsegmente gegenüber dem Gehäuse verhindert ist.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass keine Bolzen im Statorblechpaket als Verdrehsicherung erforderlich sind. Außerdem vorteilhaft ist, dass die Verdrehsicherung und die Kühlung mittels eines einzigen Bauteils erfolgen.
In einer Weiterbildung weist das Statorsegment einen Statorzahn und eine darauf gewickelte Zahnspule auf.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der Kraft- und Formschluss des Rohrs durch die sogenannte Innenhochdruckumformung hergestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Statoranordnung ein in dem Rohr angeordnetes Kühlmedium auf.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Gehäuse aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung gebildet sein.
In einer weiteren Ausprägung kann das Rohr aus Kupfer oder aus Aluminium oder aus einer Legierung davon gebildet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Gehäuse als Schrumpfsitz ausgebildet sein. Es wird auf die Statorsegmente „aufgeschrumpft“.
Die Erfindung beansprucht auch eine rotierende elektrische Maschine mit einer erfindungsgemäßen Statoranordnung.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die elektrische Maschine als Elektromotor ausgebildet sein.
Die Erfindung beansprucht auch ein Luftfahrzeug, beispielsweise ein Flugzeug, mit einer erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen Maschine, wobei mindestens ein durch die rotierende elektrische Maschine angetriebenes Triebwerk vorhanden ist.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:

1: eine Schnittansicht eines Teils eines Stators gemäß Stand der Technik,
2: eine Schnittansicht eines Teils eines Stators mit Rohren als Verdrehsicherung und
3: ein Flugzeug mit einem Elektromotor.

Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
2 zeigt eine Schnittansicht durch einen Teil eines Stators 1 einer rotierenden elektrischen Maschine. Der Stator 1 weist eine Vielzahl von Statorsegmenten 2 auf, die bezogen auf den Querschnitt kreisförmig angeordnet sind. Dabei bilden die Statorsegmente 2 in Umfangsrichtung einen Kraft- und Formschluss. Die Statorsegmente 2 werden durch ein ringförmiges Gehäuse 6, vorzugsweise aus Aluminium, zusammengehalten. Dazu wird das Gehäuse 6 als Schrumpfsitz ausgebildet.
Die Statorsegmente 2 weisen jeweils einen Statorzahn 3 mit einer darauf gewickelten Zahnspule 4 auf. An der dem Gehäuse 6 zugewandten Seite (= Außenseite) des Statorsegments 2 befindet sich eine halbzylinderförmige erste Aussparung 13 senkrecht zur Zeichenebene, also in Richtung einer Rotationsachse eines Rotors. Korrespondierend zu den ersten Aussparungen 13 befinden sich spiegelbildlich an der Innenseite des Gehäuses 6 zweite Aussparungen 14.
Die ersten und die zweiten Aussparungen 13, 14 bilden somit zylinderförmige Kanäle. In diesen Kanälen sind Rohre 8 form- und kraftschlüssig zum Gehäuse 6 und den Statorzähnen 3 angeordnet. Der Form- und Kraftschluss wird durch Innenhochdruckumformung der Rohre 8 erreicht. Bevorzugt wird das Hydro-Forming-Verfahren dazu verwendet. Dadurch wird sichergestellt, dass die Statorsegmente 2 sich nicht gegen das Gehäuse 6 verdrehen lassen. In den Rohren 8 befindet sich ein Kühlmedium 9.
Der Stator 1 ist Teil einer rotierenden elektrischen Maschine. Diese kann sowohl als Generator als auch als Elektromotor ausgebildet sein.
3 zeigt ein Luftfahrzeug 10, hier als Flugzeug dargestellt, mit einem Elektromotor 11 als rotierende elektrische Maschine. Der Elektromotor 11 weist einen erfindungsgemäßen Stator 1 auf und treibt einen Propeller 12 als Triebwerk des Luftfahrzeugs 10 an.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann daraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Statorsegment
3: Statorzahn
4: Zahnspule
5: Bolzen
6: Gehäuse
7: Kühlkanal
8: Rohr
9: Kühlmedium
10: Luftfahrzeug
11: Elektromotor
12: Propeller
13: erste Aussparung
14: zweite Aussparung

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

DE 102012100332 A1 [0006]

Claims

Statoranordnung für eine rotierende elektrische Maschine (11), aufweisend: - kreisringförmig und miteinander kraft-und formschlüssig angeordnete Statorsegmente (2) und - eine in der Außenfläche jedes Statorsegments (2) ausgebildete, parallel zu einer Rotationsachse verlaufende, halbzylinderförmige erste Aussparung (13), gekennzeichnet durch: - ein die Außenfläche der Statorsegmente (2) kraft- und formschlüssig umschließendes kreisringförmiges Gehäuse (6), - an der Innenseite des Gehäuses (6) spiegelbildlich zu den ersten Aussparungen (13) ausgebildete zweite Aussparungen (15), wobei jede erste Aussparung (13) mit der zugehörigen korrespondierenden zweiten Aussparung (14) einen hohlzylinderförmigen Kanal bildet, und - ein in dem Kanal kraft- und formschlüssig angeordnetes metallisches Rohr (8), wodurch eine Verdrehung der Statorsegmente (2) gegenüber dem Gehäuse (6) verhindert ist.
Statoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorsegment (2) einen Statorzahn (3) und eine darauf gewickelte Zahnspule (4) aufweist.
Statoranordnung nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft- und Formschluss des Rohrs (8) durch Innenhochdruckumformung hergestellt ist.
Statoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch: - ein in dem Rohr (8) angeordnetes Kühlmedium (9).
Statoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist.
Statoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (8) aus Kupfer oder aus Aluminium oder aus einer Legierung davon gebildet ist.
Statoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) als Schrumpfsitz ausgebildet ist.
Elektrische Maschine mit einer Statoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine als Elektromotor (11) ausgebildet ist.
Luftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch: - mindestens ein durch die elektrische Maschine (11) angetriebenes Triebwerk (12).