DE102018210551A1

DE102018210551A1 - Elektrische Maschine mit einer Mehrzahl von Verschlusseinrichtungen zum Verschließen von jeweiligen Zwischenräumen zu einem Luftspalt sowie Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102018210551A1
Application number: DE102018210551.0A
Authority: DE
Inventors: Robert Goraj; Izabela Kuder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2019-08-14
Also published as: US11489395B2; CN111742470A; US20210218308A1; WO2019158432A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) umfassend einen Stator (2), welcher eine Mehrzahl von Zähnen (5) aufweist und an welchem eine Wicklung der elektrischen Maschine (1) angeordnet ist, wobei zwischen benachbarten Zähnen (5) jeweils ein Zwischenraum (7) ausgebildet ist und einen relativ zum Stator (2) drehbaren Rotor (3), wobei zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) ein Luftspalt (8) ausgebildet ist, wobei die elektrische Maschine (1) eine Mehrzahl von Verschlusseinrichtungen (10) zum Verschließen der jeweiligen Zwischenräume (7) gegenüber dem Luftspalt (8) aufweist, und wobei zwischen benachbarten Zähnen (5) jeweils eine der Verschlusseinrichtungen (10) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, welcher eine Mehrzahl von Zähnen aufweist und an welchem eine Wicklung der elektrischen Maschine angeordnet ist, wobei zwischen benachbarten Zähnen jeweils ein Zwischenraum ausgebildet ist. Zudem umfasst die elektrische Maschine einen Rotor, welcher relativ zu dem Stator drehbar ist, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor ein Luftspalt ausgebildet ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen elektrischen Maschine.
Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt, bei denen eine Kühlflüssigkeit eingesetzt wird, um die Spulen des Stators zu kühlen. Bei solchen Maschinen wird zwischen dem Stator und dem Rotor ein Spaltrohr eingesetzt. Dabei ist das Spaltrohr in dem Luftspalt beziehungsweise in dem magnetischen Luftspaltbereich angeordnet. Dieses Spaltrohr dient dazu, einen Übergang der Kühlflüssigkeit von dem Stator in den mechanischen Luftspalt und schließlich zu dem Rotor zu verhindern. Daraus resultiert die Belastung des Spaltrohrs auf die dazugehörigen Druck- und Temperaturlasten.
Für das Spaltrohr ergeben sich teilweise widersprüchliche Design-Anforderungen. Zum einen muss das Spaltrohr so dünn wie möglich ausgestaltet sein, um den magnetischen Luftspalt möglichst gering zu halten. Dies wird aus Gründen einer hohen Leistungsdichte der elektrischen Maschine angestrebt. Gleichzeitig wird die minimale Dicke des Bauteils durch dessen mechanische Belastung begrenzt, und zwar insbesondere aufgrund der Stabilitätsauslegung gegen Beulen. Zum anderen soll das Spaltrohr aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff ausgebildet sein. Beim Einsatz von elektrisch leitfähigen Materialien im magnetischen Luftspalt werden nämlich Wirbelströme induziert, die zu zusätzlichen elektromagnetischen Verlusten führen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie der magnetische Luftspalt einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art, insbesondere einer flüssigkeitsgekühlten elektrische Maschine, auf einfache Weise reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Maschine sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen Stator, welcher eine Mehrzahl von Zähnen aufweist. Zudem ist an dem Stator eine Wicklung der elektrischen Maschine angeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass zwischen benachbarten Zähnen jeweils ein Zwischenraum ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst die elektrische Maschine einen relativ zum Stator drehbaren Rotor, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor ein Luftspalt ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst die elektrische Maschine eine Mehrzahl von Verschlusseinrichtungen zum Verschließen der jeweiligen Zwischenräume gegenüber dem Luftspalt. Dabei ist zwischen den benachbarten Zähnen jeweils eine der Verschlusseinrichtungen angeordnet.
Die elektrische Maschine umfasst den Stator, welcher einen Statorkern mit einem entsprechenden Blechpaket aufweisen kann. Darüber hinaus umfasst die elektrische Maschine die Wicklung. Die Wicklung kann mehrere Spulen aufweisen, die an den Zähnen beziehungsweise Statorzähnen angeordnet sind. Die Spulen können so ausgebildet sein, dass sich eine Einzahnwicklung ergibt. Zwischen den jeweiligen Zähnen beziehungsweise zwischen den benachbarten Zähnen ist ein Zwischenraum ausgebildet. Darüber hinaus umfasst die elektrische Maschine den Rotor, welcher drehbar zu dem Stator ausgebildet ist. Zudem kann der Rotor innenliegend zu dem Stator ausgebildet sein. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist der Luftspalt ausgebildet. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um eine flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine. Dies bedeutet, dass sich in den jeweiligen Zwischenräumen zwischen den Zähnen des Stators eine Kühlflüssigkeit befindet. Diese Kühlflüssigkeit dient insbesondere dazu, die im Betrieb der elektrischen Maschine entstehende Wärme von den Spulen abzuführen.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine die Mehrzahl von Verschlusseinrichtungen aufweist. Diese Verschlusseinrichtungen dienen dazu, die jeweiligen Zwischenräume zwischen den Zähnen gegenüber dem Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu verschließen. Die jeweiligen Verschlusseinrichtungen können also dazu ausgebildet sein, die jeweiligen Zwischenräume gegenüber dem Luftspalt abzudichten. Insbesondere sind die jeweiligen Verschlusseinrichtungen so ausgebildet, dass diese dicht für die Kühlflüssigkeit sind, welche sich in den Zwischenräumen befindet. Dabei ist ferner vorgesehen, dass zwischen den benachbarten Zähnen jeweils eine der Verschlusseinrichtungen angeordnet ist. Durch die Verwendung der Verschlusseinrichtungen zur Realisierung der Dichtfunktion in dem bisher ungenutzten Raum zwischen den Zähnen ergibt sich der Vorteil der Reduktion des magnetischen Luftspalts zwischen dem Stator und dem Rotor und die damit verbundenen verbesserten Optimierungsaussichten des Gesamtsystems der elektrischen Maschine, insbesondere bezüglich dessen Leistungsdichte. In anderen Worten kann es beispielsweise ermöglicht werden, dass durch die Verwendung der Verschlusseinrichtungen auf ein Spaltrohr in dem magnetischen Luftspalt verzichtet wird oder dass ein optionales Hilfs-Spaltrohr verwendet wird, welches im Vergleich zu üblicherweise verwendeten Spaltrohren eine geringere Wandstärke aufweist. Durch die Übertragung der Lastaufnahme von einem dünnwandigen, stabilitätsgefährdeten Spaltrohr auf die Verschlusseinrichtungen, die eine geringere ungestützte Fläche aufweisen, werden die kritischen Stabilitätsrestriktionen der Auslegung weitestgehend eliminiert. Im Vergleich zu bekannten elektrischen Maschinen, welche ein konventionelles Spaltrohr aufweisen, kann somit der magnetische Luftspalt reduziert werden, wodurch auch eine Verbesserung der Leistungsdichte der elektrischen Maschine ermöglicht werden kann.
Bevorzugt münden die Zwischenräume in eine jeweilige Öffnung zwischen den benachbarten Zähnen und die Verschlusseinrichtung weist ein Zwischenzahnelement auf, welches die Öffnung verschließt. Die jeweiligen Zwischenräume zwischen den benachbarten Zähnen weisen also eine Öffnung auf, welche dem Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor zugewandt ist. Die Öffnung kann der Bereich des Zwischenraums mit dem geringsten Querschnitt sein. Insbesondere ist die Öffnung zwischen den jeweiligen Bereichen der benachbarten Zähne angeordnet, welche dem Luftspalt zugewandt sind. In diese jeweiligen Öffnungen soll nun das Zwischenzahnelement der Verschlusseinrichtung eingebracht werden. Insbesondere ist dieses Zwischenzahnelement so ausgebildet, dass es die Öffnung dicht für die Kühlflüssigkeit verschließt. Ferner kann das Zwischenzahnelement so ausgebildet sein und/oder in der Öffnung derart angeordnet sein, dass dieses bündig zu einer Fläche des Stators ist, welche dem Luftspalt zugewandt ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Zwischenzahnelement von der dem Luftspalt zugewandten Fläche des Stators entlang der radialen Richtung der elektrischen Maschine versetzt ist. Die jeweiligen Zwischenzahnelemente nehmen also die durch das Kühlmedium ausgebübten Lasten auf. Durch die Reduktion der ungestützten Lastaufnahmeflächen gegenüber einem konventionellen dünnwandigen Spaltrohr wird das Instabilitätsrisiko erheblich verbessert. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass durch die Verwendung der Zwischenzahnelemente der bisher ungenutzte Raum zwischen den Zähnen des Stators, insbesondere im Bereich der Öffnung, genutzt wird, um die Dichtfunktion zu realisieren.
In einer Ausführungsform sind die jeweiligen Zwischenzahnelemente formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit den benachbarten Zähnen verbunden. Durch die formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den benachbarten Zähnen und dem Zwischenzahnelement kann auf einfache Weise eine zuverlässige Abdichtung des Zwischenraums gegenüber dem Luftspalt erreicht werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Zwischenzahnelemente stoffschlüssig mit den benachbarten Zähnen verbunden sind. Hierzu kann beispielsweise ein entsprechender Klebstoff verwendet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Zwischenzahnelemente mittels eines Schweißverfahrens oder eines Lötverfahrens mit den benachbarten Zähnen verbunden sind. Das Fügen beziehungsweise Verbinden der Zwischenzahnelemente mit den Zähnen kann auch durch andere Methoden erreicht werden, beispielsweise durch reaktive Nanofolien, Reibpressfügen und/oder Laserverfahren.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die jeweiligen Zwischenzahnelemente zumindest eine Erhebung auf und zumindest einer der benachbarten Zähne weist eine zu der zumindest einen Erhebung korrespondierende Ausnehmung auf. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die jeweiligen Zwischenzahnelemente zumindest eine Ausnehmung aufweisen und zumindest einer der benachbarten Zähne eine zu der zumindest einen Ausnehmung korrespondierende Erhebung aufweist. Beispielsweise kann das Zwischenzahnelement auf den jeweiligen Seiten, die den benachbarten Zähnen zugeordnet sind, jeweils eine Erhebung aufweisen. Jeder der Zähne kann eine Ausnehmung korrespondierend zu der ihm zugeordneten Erhebung des Zwischenzahnelements aufweisen. Dabei können sich die Erhebungen und die Ausnehmungen entlang einer axialen Richtung der elektrischen Maschine erstrecken. Dies ermöglicht eine Befestigung des Zwischenzahnelements an den benachbarten Zähnen nach Art einer Nut-Feder-Verbindung. Durch diese Ausführung kann es ebenfalls ermöglicht werden, dass das Zwischenzahnelement beispielsweise in axialer Richtung in die Öffnung zwischen den benachbarten Zähnen eingeschoben wird. Die Kühlflüssigkeit übt einen Druck auf das Zwischenzahnelement aus. Zudem kann es der Fall sein, dass bei niedrigen Temperaturen ein thermisches Schrumpfen des Zwischenzahnelements auftritt. Durch den Formschluss kann verhindert werden, dass sich die Zwischenzahnelemente aus den Öffnungen herausbewegen und/oder die Dichtigkeit verlieren. Dies kann zusätzlich durch ein entsprechendes Übermaß gewährleistet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Zwischenzahnelement entsprechend abgekühlt wird, um die Montage in der Öffnung durch Schrumpfung zu ermöglichen. Alternativ kann das Zwischenzahnelement, das beispielsweise aus einem Dichtwerkstoff gefertigt ist, in die axiale Richtung des Stators beziehungsweise die Längsrichtung des Zahnelementes elastisch verformt werden, um das Einbringen in die Öffnung durch Querkontraktionseffekte zu begünstigen. Das Element kann auch eine Ausnehmung in dem unteren, dem Luftspalt zugewandten Bereich aufweisen, um das Einpressen in die Öffnung durch Deformation des Zwischenzahnelementes zu begünstigen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Zwischenzahnelement zu der Öffnung mit einer Überpassung ausgebildet. Somit kann das Zwischenzahnelement in die Öffnung eingepresst werden. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass das Zwischenzahnelement beim Einbringen des Zwischenzahnelements in die Öffnung zumindest bereichsweise verformt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Zwischenzahnelement eine Ausnehmung in dem unteren, dem Luftspalt zugewandten Bereich aufweist, um das Einbringen des Zwischenzahnelements in die Öffnung zu begünstigen. Das Zwischenzahnelement kann bei dem Einbringen in die Öffnung elastisch verformt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Zwischenzahnelement entsprechend abgekühlt wird, um die Montage in der Öffnung durch Schrumpfung zu ermöglichen. Alternativ kann das Zwischenzahnelement in die axiale Richtung des Stators beziehungsweise die Längsrichtung des Zahnelementes elastisch verformt werden, um das Einbringen in die Öffnung durch Querkontraktionseffekte zu begünstigen. Somit kann auf einfache und zuverlässige Weise eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Zwischenzahnelement und den benachbarten Zähnen erreicht werden.
Das Zwischenzahnelement kann auch derart ausgebildet sein, dass dieses nach dem Einbringen in die Öffnung die Form verändern kann. Somit kann das Zwischenzahnelement eine erste Formgebung aufweisen, die ein einfaches Einbringen des Zwischenzahnelements in die Öffnung ermöglicht. Wenn das Zwischenzahnelement in die Öffnung eingebracht ist, kann es eine zweite Formgebung annehmen. Beispielsweise kann das Zwischenzahnelement nach Art einer aufblasbaren Dichtung ausgebildet sein. Ferner kann dieses aus einem Material mit einem Formgedächtniseffekt gefertigt sein. Ein solches Material kann durch einen entsprechenden Stimulus, beispielsweise eine Temperatur, einen Druck, eine Kraft oder dergleichen, seine Formgebung ändern. Beispielsweise kann das Zwischenzahnelement aus einer Formgedächtnislegierung oder einem Formgedächtnispolymer gefertigt sein. Darüber hinaus kann das Zwischenzahnelement bistabil ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann je ein Zwischenzahnelement an einer jeweiligen Zahnfläche des Zahns befestigt werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Klebstoffs erfolgen. Dann können die Zähne in Umfangsrichtung auf einer entsprechenden Vorrichtung nach und nach montiert werden. Dann kann das letzte Zahnelement eingeschoben oder eingepresst oder eingeschrumpft werden. Das gilt auch für Elemente mit Übermaß. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die entsprechende Pressung der mit Übermaß ausgebildeten Zahnelemente am Ende des Montageprozesses durch Zusammenpressen der gesamten Anordnung der Zähne mit den Zwischenzahnelementen erreicht wird.
Vorzugsweise sind die jeweiligen Zwischenzahnelemente aus einem elektrisch isolierenden Material und/oder aus einem nicht magnetischen Material gefertigt. Das Zwischenzahnelement kann aus einem Material mit einer schwachen beziehungsweise vernachlässigbaren elektrischen Leitfähigkeit und/oder aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt sein. Somit kann verhindert werden, dass die Zwischenzahnelemente das Magnetfeld der elektrischen Maschine beeinflussen.
In einer weiteren Ausführungsform sind die jeweiligen Zwischenzahnelemente aus einem Fluorkautschuk, einem Perfluorkautschuk und/oder einem Silikonkautschuk gefertigt. Die Zwischenzahnelemente können grundsätzlich aus einem Kunststoff beziehungsweise einem Polymer gebildet sein, beispielsweise aus einem Polyetheretherketon (Abkürzung PEEK) oder einem Glasfaser-gefüllten PEEK. Beispielsweise können die Zwischenzahnelemente aus dem Fluorkautschuk (Abkürzung FKM) und/oder dem Perfluorkautschuk (Abkürzung FFKM) gebildet sein. Beide Materialien werden überwiegend für Dichtungen verwendet und weisen eine hohe thermische und chemische Beständigkeit auf. Ferner können Silikonkautschuke beziehungsweise ein Silikon verwendet werden, um die Zwischenzahnelemente herzustellen. Durch ein derartiges Material kann auf effektive Weise eine Dichtung der Zwischenräume ermöglicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die jeweiligen Zwischenzahnelemente aus zumindest zwei Materialien beziehungsweise Werkstoffen gefertigt. Beispielsweise kann der bezüglich der vertikalen beziehungsweise radialen Richtung mittlere Bereich des Zwischenzahnelements, welcher insbesondere eine Erhebung aufweist, aus einem Kunststoff gefertigt werden. An diesen mittleren Bereich können oben und unten dichtende Streifen beziehungsweise ein Oberteil und ein Unterteil, beispielsweise aus einem Dichtwerkstoff wie aus Perfluorkautschuk und/oder Polytetrafluorethylen (Abkürzung PTFE), angeordnet werden. Durch den Einsatz eines steiferen mittleren Bereichs wird die Montage erleichtert, wobei die weichen Ober- und Unterteile für Dichtigkeit sorgen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die elektrische Maschine Wickelkopfträger zum Abstützen eines Wickelkopfs der jeweiligen Spulen auf und/oder zur Führung eines Wicklungsdrahts, wobei der Wickelkopfträger zumindest ein Element aufweist, welches sich in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine erstreckt und wobei dieses Element Teil der Verschlusseinrichtung ist. Die elektrische Maschine kann also eine Mehrzahl von Wickelkopfträgern aufweisen, welche beispielsweise aus der DE 10 2011 078 025 A1 bekannt sind und aus einem Kunststoff gefertigt sein können. Die Funktion dieser Wickelkopfträger wird vorliegend um die Unterstützung der Verschlusseinrichtung erweitert. Die Wickelkopfträger können an den axialen Enden der jeweiligen Zähne angeordnet sein. Diese Wickelkopfträger dienen zum Abstützten und Führen der Wickelköpfe der jeweiligen Wicklungsdrähte. Vorliegend ist vorgesehen, dass diese Wickelkopfträger entsprechend modifiziert beziehungsweise verlängert werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Wickelkopfträger in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung der elektrischen Maschine, insbesondere in einem dem Rotor zugewandten Bereich, so ausgeführt ist, dass er Teil der Verschlusseinrichtung ist. Bevorzugt werden die Bereiche des Wickelkopfträgers an einem Bereich der jeweiligen Zähne, der dem Rotor beziehungsweise dem Luftspalt zugeordnet ist, modifiziert beziehungsweise verlängert. Dieses Element des Wickelkopfträgers ist Teil der Verschlusseinrichtung und dient, gegebenenfalls zusammen mit den entsprechenden Zahnelementen, insbesondere zur Abdichtung der jeweiligen Zwischenräume zu dem Luftspalt im Bereich der Wickelköpfe der elektrischen Maschine. Auf diese Weise kann die Funktionalität der Wickelkopfträger um die Dichtungsaufgabe erweitert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine Element des Wickelkopfträgers zumindest einen Bereich eines Zwischenzahnelements abstützt, wobei das Zwischenzahnelement eine Öffnung, in welche der Zwischenraum zwischen den jeweiligen benachbarten Zähnen mündet, verschließt. Mit anderen Worten umfasst die Verschlusseinrichtung einerseits das Zwischenzahnelement und andererseits zumindest ein Element eines Wickelkopfträgers. Dabei können die jeweiligen Wickelkopfträger so ausgebildet sein, dass sich in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine ein umlaufendes Element ergibt, welches die Dichtungsaufgabe übernimmt. Die jeweiligen Wickelkopfträger können auch einteilig ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Wickelkopfträger separat ausgebildet sind und beispielsweise an den Zähnen des Stators angeordnet werden. Dabei weist jeder der Wickelkopfträger zumindest ein Element auf, welches dann Teil einer Verschlusseinrichtung ist. Es können auch die jeweiligen Elemente von zwei benachbarten Wickelkopfträgern Teil einer Verschlusseinrichtung sein. Es kann vorgesehen sein, dass das Zwischenzahnelement zumindest bereichsweise auf dem Element eines Wickelkopfträgers oder auf den Elementen von benachbarten Wickelkopfträgen angeordnet ist. Somit kann das Zwischenzahnelement von dem zumindest einen Element des Wickelkopfträgers abgestützt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die elektrische Maschine eine Kühleinrichtung auf, wobei eine mit der Kühleinrichtung geförderte Kühlflüssigkeit in den jeweiligen Zwischenräumen angeordnet ist. Wie bereits erläutert, weist die elektrische Maschine insbesondere eine Kühleinrichtung mit einer Kühlflüssigkeit auf beziehungsweise ist mit der Kühlflüssigkeit gekühlt. Die Kühlflüssigkeit dient dazu, die Spulen der elektrischen Maschine im Betrieb zu kühlen.
Bevorzugt ist die elektrische Maschine ohne Spaltrohr ausgebildet beziehungsweise weist kein Spaltrohr auf. Durch die Verwendung der jeweiligen Verschlusseinrichtung kann auf das Spaltrohr zwischen dem Rotor und dem Stator verzichtet werden. Durch den Verzicht auf das Spaltrohr kann der Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor kleiner ausgebildet werden. Dies ermöglicht eine Optimierung der elektrischen Maschine, insbesondere im Sinne der Erhöhung der Leistungsdichte. Es kann auch vorgesehen sein, dass im Vergleich zu einem üblicherweise verwendeten Spaltrohr ein Spaltrohr mit einer reduzierten Wandstärke verwendet wird. Dieses Hilfs-Spaltrohr kann lediglich eine zusätzliche, redundante Dichtungsfunktion ausüben. Somit kann eine Dickenreduktion des Spaltrohrs ermöglicht werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine umfasst das Bereitstellen eines Stators, welcher eine Mehrzahl von Zähnen aufweist, wobei eine Wicklung der elektrischen Maschine an den Zähnen angeordnet wird, wobei zwischen benachbarten Zähnen jeweils ein Zwischenraum ausgebildet ist. Zudem umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines relativ zum Stator drehbaren Rotors, derart, dass zwischen dem Stator und dem Rotor ein Luftspalt ausgebildet ist. Dabei ist es vorgesehen, dass zwischen benachbarten Zähnen jeweils eine Verschlusseinrichtung zum Verschließen des jeweiligen Zwischenraums gegenüber dem Luftspalt angeordnet wird.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße elektrische Maschine vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer elektrischen Maschine, wobei in einem Zwischenraum zwischen Zähnen eines Stators ein Zwischenzahnelement angeordnet ist; und
2 einen Wickelkopfträger des Stators, welcher ein zusätzliches Element zum Abstützen des Zwischenzahnelements aufweist.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer elektrischen Maschine 1, welche einen Stator 2 sowie einen Rotor 3 aufweist. In einem einem Luftspalt 8 zugewandten Statorbereich 4 des Stators 2 sind ausschnittsweise Zähne 5 gezeigt. Auf den jeweiligen Zähnen 5 sind Spulen 6 einer Wicklung der elektrischen Maschine 1 angeordnet. Zwischen den zwei benachbarten Zähnen 5, welche vorliegend angedeutet sind, befindet sich ein Zwischenraum 7. In diesem Zwischenraum 7 kann eine Kühlflüssigkeit eingebracht werden, um die Spulen 6 im Betrieb der elektrischen Maschine zu kühlen.
Zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 ist der Luftspalt 8 ausgebildet. In diesem Luftspalt 8 befindet sich ein optionales Spaltrohr 9. Darüber hinaus weist die elektrische Maschine 1 mehrere Verschlusseinrichtungen 10 auf, von denen vorliegend eine gezeigt ist. Die Verschlusseinrichtung 10 dient dazu, den Zwischenraum 7 zwischen den Zähnen 5 gegenüber dem Luftspalt 8 zu verschließen beziehungsweise abzudichten. Die Verschlusseinrichtung 10 weist ein Zwischenelement 11 auf, welches den Zwischenraum 7 gegenüber dem Luftspalt 8 abdichtet. Dieses Zwischenzahnelement 11, welches beispielsweise aus einem Polymer gebildet sein kann, befindet sich in einer Öffnung 12, in welche der Zwischenraum 7 mündet. Dabei ist die Öffnung 12 dem Luftspalt 8 zugewandt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Zwischenzahnelement 11 zwei Erhebungen 13 auf. Die benachbarten Zähne 5 weisen zu den Erhebungen 13 korrespondierende Ausnehmungen 14 auf. Vorliegend ist es vorgesehen, dass sich die Erhebungen 13 und die korrespondierenden Ausnehmungen 14 entlang einer axialen Richtung a der elektrischen Maschine 1 erstrecken. Auf diese Weise kann ein Formschluss zwischen der Öffnung 12 und dem Zwischenzahnelement 11 ermöglicht werden. Alternativ dazu kann es vorgesehen sein, dass das Zwischenzahnelement 11 bezüglich der Öffnung 12 mit einer Überpassung ausgebildet ist und das Zwischenzahnelement 11 in die Öffnung 12 eingepresst wird. Vorliegend ist das Zwischenzahnelement 11 so ausgebildet, dass dieses bündig zu einer Fläche 18 des Stators ist, welche dem Rotor 3 zugewandt ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Zwischenzahnelement 11 von der Fläche 18 des Stators 2 radial versetzt ist, sodass eine Öffnung zwischen der unteren Fläche des Elements 11 und der Fläche 18 des Stators 2 entsteht. Das Zwischenzahnelement 11 kann aus mehreren Werkstoffen gefertigt sein. Insbesondere kann der mittele Bereich mit den Erhebungen 13 beispielsweise aus einem steiferen Material beziehungsweise einem Kunststoff gefertigt werden. Die restlichen Teile darüber und darunter, die keine Erhebung 13 aufweisen, können aus einem weicheren Werkstoff gefertigt sein, beispielsweise aus einem Dichtwerkstoff. Auf diese Weise kann die Montage des Elements vereinfacht sowie das Dichtverhalten verbessert werden.
2 zeigt eine Vorderansicht einer Hälfte eines der Zähne 5 der elektrischen Maschine 1. Auf den axialen Enden dieses Zahns 5 ist jeweils ein Wickelkopfträger 15 angeordnet, welcher dazu dient, jeweils einen Wickelkopf 16 der Spule 6 abzustützen. Vorliegend ist der Wickelkopf 16, der sich am axialen Ende der Spule 6 befindet, sichtbar. Die Spule 6 selbst ist an dem Zahn 5 angeordnet, erstreckt sich entlang der axialen Richtung a und umfasst zwei Wickelköpfe an den axialen Enden des Zahns 5. Der Wickelkopfträger 15 kann beispielsweise aus einem entsprechenden Kunststoff gefertigt sein. Vorliegend weist der Wickelkopfträger 15 zusätzlich ein Element 17 auf, welches den Wickelkopfträger 15 entlang einer Umfangsrichtung Θ der elektrischen Maschine 1 verlängert. Dieses Element 17 des Wickelkopfträgers 15 ist ebenfalls Teil der Verschlusseinrichtung 10. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Element 17 dazu ausgebildet, dass es einen Teil des Zwischenzahnelements 11 abstützt.
Durch die Verwendung der jeweiligen Verschlusseinrichtungen 10 zwischen den benachbarten Zähnen 5 des Stators 2 kann gegebenenfalls auf das Spaltrohr 9 verzichtet werden. Alternativ dazu kann ein Spaltrohr 9 mit einer reduzierten Wandstärke verwendet werden. Um die Verschlusseinrichtung 10 bereitzustellen, wird ein neues Bauteil in Form des Zwischenzahnelements 11 eingeführt, welches sich in dem bisher ungenutzten Raum zwischen den Zähnen 5 des Stators 2, insbesondere im Bereich der Öffnung 12, befindet. Des Weiteren kann die Funktionalität des Wickelkopfträgers 15 erweitert werden, sodass dieser eine Dichtaufgabe erfüllt. Dies wird durch eine entsprechende konstruktive Modifikation entlang der axialen und der Umfangsrichtung der elektrischen Maschine und/oder das zusätzliche Element 17 des Wickelkopfträgers 15 erreicht.
Aus der Realisierung der Dichtfunktion innerhalb von dem bisher ungenutzten Raum zwischen den Zähnen 5 ergeben sich verbesserte Optimierungsaussichten des Gesamtsystems der elektrischen Maschine 1, insbesondere bezüglich der Leistungsdichte. Durch die Übertragung der Lastaufnahme von einem möglicherweise dünnwandigen und stabilitätsgefährdeten Spaltrohr 9 auf die schmalen Zwischenzahnelemente 11 werden die kritischen Stabilitätsrestriktionen der Auslegung weitestgehend eliminiert. Somit wird unter Umständen nur noch ein optionales Hilfs-Spaltrohr im Luftspalt 8 benötigt, welches lediglich die Dichtfunktion zusätzlich unterstützt und damit mit einer reduzierten Wandstärke ausgelegt werden kann. Vorliegend wird die Abdichtung der Zwischenräume 7 durch die Verschlusseinrichtung 10 erfüllt. Somit kann der magnetische Luftspalt 8 zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 reduziert werden beziehungsweise schmaler ausgelegt werden. Dies verspricht insgesamt Vorteile für die gesamte elektrische Maschine 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011078025 A1 [0018]

Claims

Elektrische Maschine (1) umfassend - einen Stator (2), welcher eine Mehrzahl von Zähnen (5) aufweist und an welchem eine Wicklung der elektrischen Maschine (1) angeordnet ist, - wobei zwischen benachbarten Zähnen (5) jeweils ein Zwischenraum (7) ausgebildet ist und - einen relativ zum Stator (2) drehbaren Rotor (3), - wobei zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) ein Luftspalt (8) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die elektrische Maschine (1) eine Mehrzahl von Verschlusseinrichtungen (10) zum Verschließen der jeweiligen Zwischenräume (7) gegenüber dem Luftspalt (8) aufweist, - wobei zwischen benachbarten Zähnen (5) jeweils eine der Verschlusseinrichtungen (10) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume (7) in eine jeweilige Öffnung (12) zwischen den benachbarten Zähnen (5) münden und die Verschlusseinrichtung (10) ein Zwischenzahnelement (11) aufweist, welches die Öffnung (12) verschließt.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Zwischenzahnelemente (11) formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit den benachbarten Zähnen (5) verbunden sind.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Zwischenzahnelemente (11) zumindest eine Erhebung (13) und zumindest einer der benachbarten Zähne (5) eine zu der zumindest einen Erhebung (13) korrespondierende Ausnehmung (14) aufweist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenzahnelement (11) zu der Öffnung (12) mit einer Überpassung ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Zwischenzahnelemente (11) aus einem elektrisch isolierenden Material und/oder aus einem nicht magnetischen Material gefertigt sind.
Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Zwischenzahnelemente (11) aus einem Fluorkautschuk, einem Perfluorkautschuk und/oder einem Silikonkautschuk gefertigt sind.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) Wickelkopfträger (15) zum Abstützen eines Wickelkopfs (16) der jeweiligen Spulen (6) aufweist, wobei der Wickelkopfträger (15) zumindest ein Element (17) aufweist, welches sich in Umfangsrichtung (Θ) der elektrischen Maschine (1) erstreckt und wobei dieses zumindest eine Element (17) Teil der Verschlusseinrichtung (10) ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkopfträger (15) in Umfangsrichtung (Θ) und in axialer Richtung (a) der elektrischen Maschine (1), insbesondere in einem dem Rotor (3) zugewandten Bereich, so ausgeführt ist, dass das zumindest eine Element (17) Teil der Verschlusseinrichtung (10) ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Element (17) des Wickelkopfträgers (15) zumindest einen Bereich eines Zwischenzahnelements (11) abstützt, wobei das Zwischenzahnelement (11) eine Öffnung (12), in welche der Zwischenraum (7) zwischen den jeweiligen benachbarten Zähnen (5) mündet, verschließt.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) eine Kühleinrichtung aufweist, wobei eine mit der Kühleinrichtung geförderte Kühlflüssigkeit in den jeweiligen Zwischenräumen (7) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine (1) mit den Schritten: - Bereitstellen eines Stators (2), welcher eine Mehrzahl von Zähnen (5) aufweist, wobei eine Wicklung der elektrischen Maschine (1) an den Zähnen angeordnet wird und wobei zwischen benachbarten Zähnen (5) jeweils ein Zwischenraum (7) ausgebildet ist, und - Bereitstellen eines relativ zum Stator (2) drehbaren Rotors (3), derart, dass zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) ein Luftspalt (8) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - zwischen benachbarten Zähnen (5) jeweils eine Verschlusseinrichtung (10) zum Verschließen des jeweiligen Zwischenraums (7) gegenüber dem Luftspalt (8) angeordnet wird.