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Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator, insbesondere für eine elektrische Axialflussmaschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stators sowie eine elektrische Axialflussmaschine mit einem erfindungsgemäßen Stator.
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Der elektrische Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen ist nach dem Stand der Technik bekannt. Dieser besteht aus Komponenten zur Energiespeicherung, Energiewandlung und Energieleitung. Zu den Komponenten der Energiewandlung gehören Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen.
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Radialflussmaschinen weisen jedoch oftmals lediglich einen Betriebspunkt auf, in dem sie den besten Wirkungsgrad haben. Entsprechend sind sie nicht dafür ausgelegt, in Abhängigkeit der an sie gestellten, wechselnden Anforderungen den Betriebspunkt zu verstellen und dadurch entsprechend der unterschiedlichen Anforderungen der unterschiedlichen Betriebsparametern bzw. in unterschiedlichen Betriebspunkten die höchste Effizienz zu erzielen.
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Um diesen Nachteil zu überwinden werden oftmals den auftretenden Anforderungen hinsichtlich ihres Betriebsbereiches angepasste elektrische Rotationsmaschinen verwendet, oder der genannte Nachteil wird durch Ankopplung der elektrischen Rotationsmaschine an eine Getriebeeinheit oder Integration einer Getriebeeinheit in die elektrische Rotationsmaschine kompensiert, wie zum Beispiel bei einer elektrischen Achse.
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Axialflussmaschinen sind nach dem Stand der Technik in diversen Bauweisen mit einem oder mehreren Statoren und einem oder mehreren Rotoren bekannt.
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Eine elektrische Axialflussmaschine, auch als Transversalflussmaschine bezeichnet, ist ein Motor oder Generator, bei dem der Magnetfluss zwischen einem Rotor und einem Stator parallel zur Drehachse des Rotors realisiert wird. Andere Bezeichnungen für elektrische Axialflussmaschinen sind auch bürstenloser Gleichstrommotor, permanenterregter Synchronmotor oder Scheibenläufermotor.
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Eine solche Axialflussmaschine kann in Typen ausgeführt werden, die sich in der Anordnung von Rotor und/oder Stator unterscheiden und unterschiedliche Besonderheiten und Vorteile in der Anwendung, z.B. als Traktionsmaschine für ein Fahrzeug, realisieren. So sind beispielsweise zwei Grundbauarten von Axialflussmaschinen für Traktionsanwendungen bereits bekannt. Die erste Grundbauart ist die I-Anordnung mit einem Rotor in der Mitte und je einem Stator rechts und links vom scheibenförmigen Rotor. Eine zweite Grundbauart ist die H-Anordnung mit einem Stator in der Mitte und je einer Rotorscheibe rechts und links.
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Der Vorteil der Axialflussmaschine liegt darin, dass sie eine hohe Leistungs- und Drehmomentdichte aufweist.
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Axialflussmaschinen existieren mit unterschiedlichen Wicklungsformen. Eine verbreitete Wicklungsform ist die Einzelzahnwicklung. Einzelzahnwicklungen bilden zwar kleine Wickelköpfe aus, erzeugen jedoch ein magnetisches Feld mit hohem Anteil an Oberwellen, also Wellen mit anderer Frequenz als die Umdrehungszahl des Rotors der Axialflussmaschine, welche die Akustik und den Wirkungsgrad negativ beeinflussen. Axialflussmaschinen mit verteilten Wicklungen haben den Vorteil, dass die vorgenannten Nachteile nicht oder in nur vermindertem Maß auftreten. Jedoch haben die Wickelköpfe dieser verteilten Wicklungen in axialer und / oder radialer Richtung einen großen Bauraumbedarf. Speziell bei Axialflussmaschinen sind große Wickelköpfe nicht erwünscht, da diese bei radialer Ausdehnung den maximalen Durchmesser der aktiven Bauteile einschränken, wodurch das maximale zur Verfügung stellbare Drehmoment gemindert wird.
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Der Stator weist mehrere axial ausgerichtete Statorzähne auf, die durch Nuten voneinander getrennt sind. Um die Statorzähne herum verlaufen Windungen einer Wicklung. Es ersichtlich, dass die Wickelköpfe einen relativ großen Volumenbedarf in axialer und/ oder radialer Richtung haben.
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Eine der Schwierigkeiten bei Axialflussmaschinen stellt die mechanische Fixierung der Statorzähne dar.
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Zur Erläuterung des Standes der Technik wird im Folgenden auf konkrete Ausführungsformen eingegangen
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Die
EP 2 787 610 A1 offenbart eine Vorrichtung für die Herstellung von Statoren und Rotoren für Axialmotoren. Die Vorrichtung weist einen Sensor auf, welcher die Position der Nutränder auf dem aufgewickelten Blechband des Blechpaket erfasst und diese Position des Nutrandes mit einer Sollposition vergleicht und bei festgestellter Abweichung die Antriebsmittel der Wickeleinheit derart steuert, dass die festgestellte Positionsabweichung ausgeglichen wird.
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Ferner wird in dieser Druckschrift ein aus Elektroblech gewickelter Statorkern offenbart. Dadurch entsteht ein Joch, das die Zähne fixiert. Um den Bauraum und das Gewicht zu optimieren, ist das Joch in axialer Richtung so dünn wie möglich und daher weniger steif. Da die Drehmomentkräfte an den Zahnspitzen auftreten, neigen diese zu Schwingungen in Umfangs- oder Tangentialrichtung. Außerdem müssen die innerste und die äußerste Wickellage besonders fixiert sein und dürfen sich nicht aufrollen oder „auffächern“.
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Die
US 2011/0309694 A1 offenbart eine elektrische Permanentmaschine mit einem Stator und einem Rotor, der zur Drehung in dem Stator gelagert ist. Der Stator ist mit aufgewickelten Spulen versehen und der Rotor ist mit Permanentmagneten versehen, um mit den Spulen über einen Luftspalt zwischen Rotor und Stator zusammenzuwirken. Die Maschine kann entweder ein Motor oder ein Generator sein und ist in vielen Ausführungsformen eine Axialflussmaschine. Bei der Permanentmagnetmaschine handelt es sich um eine jochlose und segmentierte Ankermaschine. Weiterhin zeigt diese Druckschrift einen Stator, der aus mehreren diskreten Einzelzähnen besteht, die zur Befestigung auf Kunststoffschalen aufgeklebt sind. Diese haben an den Stellen der Statorzähne Taschen, die die Statorzähne formschlüssig aufnehmen.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stator, insbesondere für eine elektrische Axialflussmaschine, ein Verfahren zur Herstellung eines Stators sowie eine elektrische Axialflussmaschine mit einem Stator bereitzustellen, die eine hohe Leistungsdichte sowie Momentdichte einer elektrischen Axialflussmaschine mit einer langen Lebensdauer kombinieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Stator für eine elektrische Axialflussmaschine nach Anspruch 1, durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators nach Anspruch 6 und durch eine elektrische Axialflussmaschine nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Stators sind in den Unteransprüchen 2-5 aufgezeigt. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 7-9 aufgezeigt.
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Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen dargestellt sind. Die Merkmale der Ansprüche können in jeder technisch sinnvollen Weise kombiniert werden, wozu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung herangezogen werden können, ebenso wie Merkmale aus den Figuren, die ergänzende Ausführungsformen der Erfindung umfassen.
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Die Begriffe „axial“, „radial“ und „Umfangsrichtung“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf die rotationssymmetrische Anordnung der Statorzähne des Stators, bzw. auf die Rotationsachse des Rotors der Axialflussmaschine.
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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Axialflussmaschine, umfassend einen Statorkern mit mehreren entlang eines Umfangs angeordneten, axial vorstehenden Statorzähnen. Die Statorzähnen sind von wenigstens einer Wicklung zumindest eines elektrischen Leitungselements in mehreren Windungen umschlungen. Der Stator umfasst ein radial inneres Zentralelement und ein die Statorzähne an deren radialer Außenseite umgebendes Gehäuse, sowie an der der Seite der axialen Fixierung der Statorzähne axial gegenüberliegenden Seite der Statorzähne radial zwischen dem Zentralelement und den Statorzähnen und/ oder radial zwischen dem Gehäuse und den Statorzähnen sowie jeweils axial neben den Wickelköpfen jeweils ein Versteifungsringelement. Das Versteifungsringelement übt auf die Statorzähne in radialer Richtung eine Druckspannung aus und realisiert damit mit den Statorzähnen eine kraftschlüssig wirkende Verbindung. Alternativ oder hinzukommend ist vorgesehen, dass das Versteifungsringelementmittels einer Klebeverbindung mit den Statorzähnen verbunden ist.
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Die Statorzähne können aus ferromagnetischem Material bestehen und eine trapezförmige Querschnittsform haben. Dadurch, dass die Statorzähne von mindestens einer Wicklung aus mindestens einem elektrischen Leiterelement in mehreren Windungen umschlungen werden, bilden sie sowohl auf der radial inneren Seite der Statorzähne als auch auf der radial äußeren Seite der Statorzähne Wickelköpfe. Das Zentralelement bildet eine innere Abdichtung zur Welle aus.
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Durch Kraftschluss werden die Statorzähne in radialer Richtung und auch in Umfangsrichtung verspannt. Dadurch wird eine steife Anbindung zwischen den Enden der Statorzähne gewährleistet. Außerdem kann dadurch sichergestellt werden, dass die Schwingungsmoden nicht vom Statorzahn in einen Jochbereich des Stators eindringen können. Dadurch werden unerwünschte hör- und/oder spürbare Vibrationen sowie gegenphasige Vibrationen der Statorzähne, die durch Drehmomentkräfte an den Zahnspitzen der Statorzähne verursacht werden, deutlich reduziert. Bei geblechten Statorkernen werden die Blechlagen weiterhin zusammengepresst, wodurch ein Ablösen der Blechlagen voneinander verhindert wird. Ferner kann das Versteifungsringelement auch die Wickelköpfe fixieren und/oder Wickelnuten abdecken.
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Gemäß einer Ausführungsform des Stators kann das jeweilige Versteifungsringelement von seiner Umfangsfläche ausgehend zumindest eine nach radial innen ragende Kontur und/ oder nach radial außen ragende Kontur aufweisen, die mit einem entsprechend komplementär ausgeführten Formelement in oder an Statorzähnen formschlüssig zusammenwirkt. Mit anderen Worten kann die jeweils radial nach innen ragende Kontur und/oder die radial nach außen ragende Kontur des jeweiligen Versteifungsringelements in eine entsprechende Aussparung ragen, die zwischen zwei benachbarten Statorzähnen ausgebildet ist. Gegebenenfalls sind diese Aussparungen die Öffnungen der Wicklungsnuten zwischen zwei nebeneinander angeordneten Statorzähnen. Auf diese Weise kann ein Formschluss zwischen dem betreffenden Versteifungsringelement und den Statorzähnen erreicht werden.
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Zusätzlich kann die nach radial innen ragende Kontur und/oder nach radial außen ragende Kontur des jeweiligen Versteifungsringelement mit dem entsprechend komplementär ausgeführten Formelement in oder an Statorzähnen verklebt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Stators kann das Versteifungsringelement mehrere axiale vorstehende Stützelemente aufweisen, die an der den Statorzähnen zugewandten Seite des Versteifungsringelements angeordnet sind. Bei der Montage des Versteifungsringelements wird dieses an der der Seite der axialen Fixierung der Statorzähne axial gegenüberliegenden Seite der Statorzähne radial zwischen dem Zentralelement und den Statorzähnen und/ oder radial zwischen dem Gehäuse und den Statorzähnen sowie jeweils axial neben den Wickelköpfen wird das Versteifungsringelement positioniert. Nach dem Positionieren kann das Versteifungsringelement durch eine axiale Kraft gegen die Statorzähne verspannt werden. Die mehrfach axial vorstehenden Stützelemente dienen dabei der axialen Abstützung des Versteifungsringelements.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stator zwei Versteifungsringelemente aufweisen, nämlich ein inneres Versteifungsringelement, das sich radial auf dem Zentralelement abstützt, und ein äußeres Versteifungsringelement, das sich radial an dem Gehäuse abstützt. Mit anderen Worten sind die Elemente des Stators, die das radial innere Versteifungsringelement in radialer Richtung fixieren, das Zentralelement und die Statorzähne; und die Elemente des Stators, die das radial äußere Versteifungsringelements fixieren, die Statorzähne und das Gehäuse
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Bei dieser Gestaltung des Versteifungsringelements können das Zentralelement und eine senkrecht zum Zentralelement ausgebildete Lagerstützwand sowie das innere Versteifungsringelement mit mehreren axialen Stützelementen ein zur Aufnahme von Wickelköpfen geeignetes inneres Volumen bilden. Zudem wird durch diese Anordnung der genannten Bauelemente ein geschlossener Kraftfluss in diesen Bauelementen ermöglicht, so dass die hier auftretenden Kräfte nicht weitere Bauteile des Stators belasten. Dabei stützen sich die axialen Stützelemente gegen die Lagerstützwand ab.
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Entsprechend bilden das Gehäuse des Stators und eine Trennwand, die senkrecht zum Gehäuse ausgebildet ist, ein äußeres Volumen bilden, das zur Aufnahme von Wickelköpfen geeignet ist. Auch hier wird durch diese Anordnung der genannten Bauelemente ein geschlossener Kraftfluss in diesen Bauelementen ermöglicht, so dass die hier auftretenden Kräfte nicht weitere Bauteile des Stators belasten. Dabei stützen sich die axialen Stützelemente gegen die Trennwand ab.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Stators kann das Versteifungsringelement einen konusförmigen Ringbereich aufweisen, der auf Grund einer axialen Verformung und dadurch erfolgter radialer Ausdehnung radiale Spannkräfte auf die das Versteifungsringelement in radialer Richtung fixierenden Elemente des Stators ausübt. Der konusförmig Ringbereich ermöglicht ein einfaches Fügen des Versteifungsringelements bei der Montage.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Stators können die Statorzähne axial von einem Statorjoch vorstehen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Axialflussmaschine, bei dem ein Statorkern mit mehreren entlang eines Umfangs angeordneten, axial vorstehenden Statorzähnen zur Verfügung gestellt wird, die von wenigstens einer Wicklung zumindest eines elektrischen Leitungselements in mehreren Windungen umschlungen sind, und ein radial inneres Zentralelement und/oder ein Gehäuse derart in Bezug zum Statorkern positioniert wird, dass die Statorzähne an deren radialer Innenseite das Zentralelement umgeben bzw. dass die Statorzähne an deren radialer Außenseite vom Gehäuse umgeben sind. An der der Seite der axialen Fixierung der Statorzähne axial gegenüberliegenden Seite der Statorzähne wird radial zwischen dem Zentralelement und den Statorzähnen und/ oder radial zwischen dem Gehäuse und den Statorzähnen sowie jeweils axial neben den Wickelköpfen ein Versteifungsringelement zur Verfügung angeordnet, so dass das Versteifungsringelement auf die Statorzähne in radialer Richtung eine Druckspannung ausübt und damit mit den Statorzähnen eine kraftschlüssig wirkende Verbindung realisiert. Alternativ oder hinzukommend ist vorgesehen, dass das Versteifungsringelement r mittels einer Klebeverbindung mit den Statorzähnen verbunden wird. Insbesondere werden die Enden der Statorzähne radial gepresst, so dass ein Kraftschluss ermöglicht wird, um die Statorzähne in Umfangsrichtung durch das Versteifungsringelement starr miteinander zu koppeln, so dass gegenphasige Schwingungen der Statorzähne, die aufgrund von Drehmomentkräften an den Zahnspitzen der Statorzähne auftreten, reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Versteifungsringelement mit einem konusförmigen Ringbereich zur Verfügung gestellt, wobei dieses Versteifungsringelement in axialer Richtung am Zentralelement bzw. am Gehäuse positioniert wird, und dann durch Verschiebung der dem Zentralelement bzw. dem Gehäuse zugewandten Seite des Versteifungsringelements und Fixierung dieser Seite des Versteifungsringelements am Zentralelement bzw. am Gehäuse bei gleichzeitiger axialer Fixierung der radial gegenüberliegenden Seite, die an den Statorzähnen anliegt, des Versteifungsringelements der konusförmige Ringbereich des Versteifungsringelements gestreckt wird und damit seine radiale Erstreckung vergrößert wird. Dadurch kann das Versteifungsringelement vorteilhaft eine radiale Druckspannung auf die Statorzähne ausüben.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann die Fixierung der dem Zentralelement bzw. dem Gehäuse zugewandten Seite des Versteifungsringelements am Zentralelement bzw. am Gehäuse formschlüssig und/ oder kraftschlüssig erfolgen. Dadurch kann eine steife und kostengünstige Fixierung der dem Zentralelement bzw. dem Gehäuse zugewandten Seite des Versteifungsringelements am Zentralelement bzw. am Gehäuse realisiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann die Streckung des konusförmigen Ringbereichs durch Einwirkung einer axial auf den konusförmigen Ringbereich wirkenden Kraft erfolgen. Dabei erfolgt eine Ausdehnung des konischen Ringbereichs in radialer Richtung, was wiederum zu einer radialen Kraftwirkung auf die Statorzähne führt. Somit kann eine effiziente und einfachere Fixierung der Statorzähne realisiert werden.
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Dabei kann ein jedes der beiden Versteifungsringelemente auch thermisch gefügt werden, indem z.B. das innere Versteifungsringelement kalt auf die radial innere Seite der Statorzähne aufgezogen wird und das äußere Versteifungsringelement warm auf die radial äußere Seite der Statorzähne aufgezogen und nach Temperaturausgleich entsprechende radiale Spannkräfte wirken.
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Die Fixierung der Enden der Statorzähne kann auch für Axialflussmaschinen anderer Typen wie I-Anordnung, H-Anordnung, Halb-I-Anordnung verwendet werden. Das Prinzip kann auch für Axialflussmaschinen mit diskreten Einzelzähnen verwendet werden. Auch lamellenförmige Statorzähne ohne verbindendes Statorjoch können nach dem oben beschriebenen Verfahren befestigt werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektrische Axialflussmaschine mit einem Rotor und mit einem erfindungsgemäßen Stator.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, die bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es ist dargestellt in
- 1: eine perspektivische Schnittansicht einer elektrischen Axialflussmaschine in einer I-Anordnung mit einem Rotor in der Mitte und einem jeweiligen Stator rechts und links von dem scheibenförmigen Rotor;
- 2: eine Explosionsdarstellung der elektrischen Axialflussmaschine gemäß 1;
- 3: eine Seitenansicht eines inneren Versteifungsringelements vor der Montage;
- 4: eine perspektivische Ansicht des inneren Versteifungsringelements gemäß 3; und
- 5: eine Seitenansicht eines inneren Versteifungsringelements gemäß 3 und 4 nach der Montage.
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Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer elektrischen Axialflussmaschine 1 in einer I-Anordnung 2 mit einem Rotor 3 und zwei Statoren 4. Der Rotor 3 ist scheibenförmig. In der gezeigten I-Anordnung 2 ist der Rotor 3 in der Mitte zwischen einem linken Stator 4 an der linken Seite 6 des Rotors 3 und einem rechten Stator 4 an der rechten Seite 8 des Rotors 3 angeordnet.
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Der Rotor 3 ist über eine Rotorwelle 9 um eine Achse 42 drehbar, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Die beiden Statoren 4 weisen jeweils ein radial inneres Zentralelement 11 auf, mittels dem der jeweilige Stator 4 auf der Rotorwelle 9 angeordnet ist. Jeder Stator 4 ist über ein jeweiliges Wellenlager 12 rotationsfest gegenüber der Rotorwelle 9 sowie dem Rotor 3 angeordnet. Jedes Wellenlager 12 befindet sich zwischen dem jeweiligen Zentralelement 11 und der Rotorwelle 9 und ermöglicht eine Relativbewegung des Rotors 3 zusammen mit der Rotorwelle 9 um die Achse 42 in Bezug zum Stator 4. Eine Lagerstützwand 13 ist senkrecht zu jedem der Zentralelemente 11 angeordnet. Zwischen einer axialen Stirnseite des Rotors 3und einer axialen Stirnseite des Stators 4, die dem Rotor 3 zugewandt ist, befindet sich ein Luftspalt 15.
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Der Stator 4 umfasst einen Statorkern 10 mit mehreren entlang eines Umfangs angeordneten, axial vorstehenden Statorzähnen 16. Zwischen jeweils zwei einander benachbarten Statorzähnen 16 ist eine Aussparung 17 gebildet. Vorzugsweise sind die Aussparungen die Öffnungen von Wickelnuten 18 zwischen zwei nebeneinander angeordneten Statorzähnen 16.
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Der jeweilige Statorzahn 16 ist von einer Wicklung 19 eines elektrischen Leitelements in mehreren Windungen 20 umwickelt. Dadurch, dass die Statorzähne 16 von wenigstens einer Wicklung 19 zumindest eines elektrischen Leitungselements in mehreren Windungen 20 umschlungen sind, bilden sie an der radial inneren Seite 21 der Statorzähne 16 sowie an der radial äußeren Seite 22 der Statorzähne 16 Wickelköpfe 33,38 aus.
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Der jeweilige Stator 4 umfasst ein die Statorzähne 16 an deren radialer Außenseite 22 umgebendes Gehäuse 14. Das Gehäuse 14 hat zumindest hier eine zylindrische Form und ist hier koaxial zum Rotor 3 ausgeführt.
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Der jeweilige Stator 4 umfasst an der der Seite 24 der axialen Fixierung der Statorzähne 16 axial gegenüberliegenden Seite 25 der Statorzähne 16 radial zwischen dem Zentralelement 11 und den Statorzähnen 16 sowie jeweils axial neben den inneren Wickelköpfen 33 ein inneres Versteifungsringelement 27. Das innere Versteifungsringelement 27stützt sich dabei radial an dem Zentralelement 11 ab.
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Ferner umfasst der jeweilige Stator 4 radial zwischen dem Gehäuse 14 und den Statorzähnen 16 sowie jeweils axial neben den äußeren Wickelköpfen 38 ein äußeres Versteifungsringelement 28. Das äußere Versteifungsringelement 28 stützt sich dabei radial an dem Gehäuse 14 ab.
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Das jeweilige Versteifungsringelement 27,28 übt auf die Statorzähne 16 in radialer Richtung, die mittels eines Doppeltpfeils 29 dargestellt ist, eine Druckspannung aus. Damit ist zwischen den Versteifungsringelementen 27,28 und den Statorzähnen 16 eine kraftschlüssig wirkende Verbindung realisiert. Zusätzlich ist das jeweilige Versteifungsringelement 27,28 mittels einer Klebeverbindung 30 mit den Statorzähnen verbunden.
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2 zeigt eine Explosionsdarstellung der elektrischen Axialflussmaschine 1 gemäß 1. Es ist erkennbar, dass das Gehäuse 14 einteilig ausgeführt ist, so dass die verschiedenen Bauteile des jeweiligen Stators 4 sowie des Rotors 3 von dem Gehäuse 14 umgeben sind. Der Rotor 3 umfasst einen Rotorkörper 31 sowie mehrere Permanentmagneten 32 zur Erzeugung eines jeweiligen Magnetfeldes, die in Aufnahmeräumen im Rotorkörper 2 angeordnet sind.
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Aus dem Aufbau der Wicklungen 19 ist ersichtlich, dass die Wicklungen 19 so angeordnet sind, dass jeder der Statorzähne 16 von den Wicklungen 16 umschlungen ist. Dadurch bilden sie an der radial inneren Seite 21 der Statorzähne 16 sowie an der radial äußeren Seite 22 der Statorzähne 16 Wickelköpfe 33,38 aus. An der radial inneren Seite 21 bilden die Wicklungen 16 einen inneren Wickelkopf 33, während an der radial äußeren Seite 22 die Wicklungen 16 einen äußeren Wickelkopf 38 bilden.
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Ein jeweiliges Versteifungsringelement 27,28 weist mehrere axiale vorstehende Stützelementen 34 auf, die an der den Statorzähnen 16 zugewandten Seite 25 des Versteifungsringelements 27,28 angeordnet sind. Bei der Montage des Versteifungsringelements 27,28 an der der Seite 24 der axialen Fixierung der Statorzähne 16 axial gegenüberliegenden Seite 25 der Statorzähne 16 radial zwischen dem Zentralelement 11 und den Statorzähnen 16 bzw. zwischen den Statorzähnen 16 und dem Gehäuse 14 wird das betreffende Versteifungsringelement 27,28 axial positioniert.
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Das Zentralelement 11 und die senkrecht zum axialen Zentralelement 11 ausgebildete Lagerstützwand 13 sowie das innere Versteifungsringelement 27 mit mehreren axialen Stützelementen 34 bilden ein inneres Volumen 35 zur Aufnahme von den inneren Wickelköpfe 33 aus und ermöglichen einen geschlossenen Kraftfluss.
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Bei der Montage des inneren Versteifungsringelements 27 wird unter einer Anwendung einer axialen Kraft 36 auf das innere Versteifungsringelement 27 dieses auf dem Zentralelement 11 verschoben, bis sich die mehreren axialen Stützelemente 34 an der Lagerstützwand 13 abstützen.
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Entsprechend bilden das Gehäuse 14 des Stators 4 und eine Trennwand 37, die senkrecht zum Gehäuse 14 und dem äußeren Versteifungsringelement 28 verläuft, ein äußeres Volumen, das zur Aufnahme von den äußeren Wickelköpfe 38 geeignet ist, wie in 1 veranschaulicht ist.
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Hier erfolgt die Montage in ähnlicher Weise durch eine axiale Verschiebung des äußeren Versteifungsringelements 28 in Bezug zum Gehäuse 14.
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Aus dem Aufbau der Wicklungen 19 in 2 ist ersichtlich, dass die Wicklungen 19 so angeordnet sind, dass die Teile 39 der Wicklungen 19 zwischen dem äußeren Wickelkopf 38 und dem inneren Wickelkopf 33 in den Wicklungsnuten 18 verlaufen.
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3 zeigt eine Seitenansicht eines inneren Versteifungsringelements 27 mit mehreren axial vorstehenden Stützelementen 34 vor der Montage. Das innere Versteifungsringelement 27 hat einen konusförmigen Ringbereich 40. Der konusförmige Ringbereich 40 verformt sich unter einer axialen Kraft nach der Montage, so dass sich der konusförmige Ringbereich 40 in einen planaren Ringbereich 41 verwandelt, wie in 5 gezeigt. Dadurch erfährt der konusförmige Ringbereich 40 und entsprechend das gesamte innere Versteifungsringelement 27 eine radiale Vergrößerung, so dass es eine radiale Druckspannung auf die radial am inneren Versteifungsringelement 27 anliegende Bauelemente, insbesondere auf die Statorzähne, realisiert oder vergrößert.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des inneren Versteifungsrings 27, wobei die Ringstruktur des inneren Versteifungsrings 27 dargestellt ist. Hier ist der in Bezug zu 3 erwähnte konusförmige Ringbereich 40 bereits in einen planaren Ringbereich 41 gewandelt worden, so dass der hier dargestellte innere Versteifungsring 27 eine Form im Montage-Endzustand aufweist.
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Der Stator sowie das Verfahren zur Herstellung des Stators und die damit ausgestattete elektrische Axialflussmaschine kombinieren eine kostengünstige Herstellung mit einer hohen Leistungsdichte sowie Momentdichte und einer langen Lebensdauer der elektrischen Axialflussmaschine.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrische Axialflussmaschine
- 2
- I-Anordnung
- 3
- Rotor
- 4
- Stator
- 6
- Linke Seite
- 8
- Rechte Seite
- 9
- Rotorwelle
- 10
- Statorkern
- 11
- Zentralelement
- 12
- Wellenlager
- 13
- Lagerstützwand
- 14
- Gehäuse
- 15
- Luftspalt
- 16
- Statorzahn
- 17
- Aussparung
- 18
- Wickelnut
- 19
- Wicklung
- 20
- Windung
- 21
- Radial inneren Seite des Statorzahns
- 22
- Radial äußeren Seite des Statorzahns
- 24
- Seite der axialen Fixierung der Statorzähne
- 25
- Seite der axialen Fixierung der Statorzähne axial - gegenüberliegenden Seite der Statorzähne
- 27
- Inneres Versteifungsringelement
- 28
- Äußeres Versteifungsringelement
- 29
- Doppeltpfeil
- 30
- Klebeverbindung
- 31
- Rotorkörper
- 32
- Permanentmagnet
- 33
- Innerer Wickelkopf
- 34
- Axiales vorstehendes Stützelement
- 35
- Inneres Volumen
- 36
- Kraft
- 37
- Trennwand
- 38
- Äußerer Wickelkopf
- 39
- Teil der Wickelung
- 40
- Konusförmiger Ringbereich
- 41
- Planarer Ringbereich
- 42
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2787610 A1 [0013]
- US 2011/0309694 A1 [0015]
