DE102022123272B4 - Mechanical field weakening of the radial flux machine by displacement of the stator yoke - Google Patents

Mechanical field weakening of the radial flux machine by displacement of the stator yoke Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (2) für eine elektrische Maschine (1) aufweisend mehrere Statorzähne (21), die in Umfangsrichtung Statornuten (22) ausbilden, ein Statorjoch (23), welches einen axialen und in Umfangsrichtung ausgebildeten Abschnitt aufweist, in welchem das Statorjoch (23) in radialer Richtung in ein erstes Statorjochsegment (231) und ein zweites Statorjochsegment (232) teilbar oder geteilt ist, eine Wicklung (3), welche in mehrere der Statornuten (22) eingebracht ist, wobei das erste Statorjochsegment (231) mit den Statorzähnen (21) verbunden ist, wobei das zweite Statorjochsegment (232) relativ zu dem ersten Statorjochsegment (231) bewegbar ausgebildet ist. Weiter betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine.The invention relates to a stator (2) for an electrical machine (1) having a plurality of stator teeth (21) which form stator slots (22) in the circumferential direction, a stator yoke (23) which has an axial and circumferential section in which the stator yoke (23) can be divided or is divided in the radial direction into a first stator yoke segment (231) and a second stator yoke segment (232), a winding (3) which is introduced into a plurality of the stator slots (22), wherein the first stator yoke segment (231) is connected to the stator teeth (21), wherein the second stator yoke segment (232) is designed to be movable relative to the first stator yoke segment (231). The invention further relates to an electrical machine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine aufweisend - mehrere Statorzähne, die in Umfangsrichtung Statornuten ausbilden, ein Statorjoch, welches einen axialen und in Umfangsrichtung ausgebildeten Abschnitt aufweist, in welchem das Statorjoch in radialer Richtung in ein erstes Statorjochsegment und ein zweites Statorjochsegment teilbar oder geteilt ist, eine Wicklung, welche in mehrere der Statornuten eingebracht ist, sowie eine Elektrische Maschine umfassend einen Stator.The present invention relates to a stator for an electrical machine comprising - a plurality of stator teeth which form stator slots in the circumferential direction, a stator yoke which has an axial and circumferential section in which the stator yoke can be divided or is divided in the radial direction into a first stator yoke segment and a second stator yoke segment, a winding which is introduced into a plurality of the stator slots, and an electrical machine comprising a stator.

Elektrische Maschinen unterliegen bei ihrem Betrieb Verlusten durch Ummagnetisierungen und Wirbelströme, die als Eisenverluste zusammengefasst werden und den Maschinenwirkungsgrad herabsetzen. In mobilen Anwendungen bedeutet ein niedriger Wirkungsgrad der elektrischen Maschine eine geringere Reichweite des Fahrzeugs bzw. erhöhten Bedarf an Batteriekapazität. Es ist daher vor allem in mobilen Anwendungen mit rein elektrischem Antrieb ein ständiges Ziel, die beschriebenen Eisenverluste zu minimieren.During operation, electrical machines are subject to losses due to magnetization reversal and eddy currents, which are summarized as iron losses and reduce the machine efficiency. In mobile applications, a low efficiency of the electrical machine means a reduced range of the vehicle or an increased need for battery capacity. It is therefore a constant goal, especially in mobile applications with purely electric drive, to minimize the iron losses described.

Eine wirksame Methode zur Reduktion der Eisenverluste von elektrischen Maschinen besteht in der gezielten Schwächung des magnetischen Feldes zwischen Stator und Rotor für Betriebspunkte mit hohen Drehzahlen, da die Verluste durch hochfrequente Ummagnetisierungen und Wirbelströme bei schwächerem Magnetfeld geringer sind. Für eine gezielte Feldschwächung existieren neben elektrischen auch mechanische Ansätze. Es ist bekannt und beschrieben, wie innerhalb des Rotors mit beweglichen, verdreh- oder verlagerbaren Permanentmagneten bzw. Flussleitstücken in einer Stellung der volle magnetische Fluss geführt wird und in einer anderen, feldschwächenden Stellung der magnetische Fluss verringert ist, weil die resultierende Wirkung der Permanentmagnete abnimmt bzw. die Flussleitstücke den magnetischen Widerstand erhöhen und magnetische Kurzschlüsse erzeugen.An effective method for reducing iron losses in electrical machines is the targeted weakening of the magnetic field between the stator and rotor for operating points with high speeds, since the losses due to high-frequency remagnetization and eddy currents are lower with a weaker magnetic field. In addition to electrical approaches, there are also mechanical approaches for targeted field weakening. It is known and described how the full magnetic flux is guided in one position within the rotor using movable, twistable or displaceable permanent magnets or flux guides, and how the magnetic flux is reduced in another, field-weakening position because the resulting effect of the permanent magnets decreases or the flux guides increase the magnetic resistance and create magnetic short circuits.

Weiter kann eine Verringerung von Eisenverlusten im Teillastbereich und insbesondere bei höheren Drehzahlen durch eine Feldschwächung mit Hilfe der Einprägung einer zusätzlichen Stromkomponente erreicht werden, dies führt allerdings gleichzeitig zu höheren Kupferverlusten aufgrund des zusätzlichen Stromanteils.Furthermore, a reduction in iron losses in the partial load range and especially at higher speeds can be achieved by field weakening by means of the injection of an additional current component, but this simultaneously leads to higher copper losses due to the additional current component.

Die Schwächung des magnetischen Flusses in der Maschine ohne oder nur mit einer geringen zusätzlichen Stromkomponente kann über erhöhte magnetische Widerstände im Eisenkreis erfolgen. Dies kann durch ein zusätzliches Einbringen eines Luftspalts erreicht werden, womit durch die Variation desselben eine Feldveränderung erzeugt werden kann. Beispiele hierfür finden sich in der DE 10 2021 002 939 A1 und WO 2022/179 659 A1 . Ein Stator gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 findet sich in der US 2009 / 0 224 625 A1 .The weakening of the magnetic flux in the machine with no or only a small additional current component can be achieved by increasing the magnetic resistance in the iron circuit. This can be achieved by adding an air gap, whereby a field change can be generated by varying it. Examples of this can be found in the EN 10 2021 002 939 A1 and WO 2022/179 659 A1 A stator according to the preamble of claim 1 can be found in US 2009 / 0 224 625 A1 .

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die JP 2013- 150 539 A bekannt, in welcher die Statorzähne einer als Radialflussmaschine ausgeführten elektrischen Maschine in zwei Teile aufgeteilt werden. Während ein Teil mit einer Wicklung fest steht, kann der andere Teil mit dem Joch um die Rotationsachse gedreht werden.The state of the art, for example, is the JP 2013- 150 539 A known, in which the stator teeth of an electrical machine designed as a radial flux machine are divided into two parts. While one part with a winding is fixed, the other part can be rotated around the axis of rotation with the yoke.

Mit der DE10 2017 209 174 A1 wird eine elektrische Maschine aus zwei Rotoren und zwei Statoren offenbart, bei welcher der Rotor zum Stator im Fehlerfall verschoben wird und somit eine Luftspaltvergrößerung erreicht wird.With the DE10 2017 209 174 A1 An electrical machine consisting of two rotors and two stators is disclosed, in which the rotor is moved towards the stator in the event of a fault, thus increasing the air gap.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektrische Maschine mit einer kompakten und möglichst einfachen Luftspaltverstellung bereitzustellen.The object of the present invention is therefore to provide an electrical machine with a compact and as simple as possible air gap adjustment.

Die Aufgabe wird mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is achieved by the measures specified in the independent claims. Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt weist ein Stator für eine elektrische Maschine mehrere Statorzähne auf, die in Umfangsrichtung Statornuten ausbilden. Weiter weist der Stator ein Statorjoch auf, welches einen axialen und in Umfangsrichtung ausgebildeten Abschnitt aufweist, in welchem das Statorjoch in radialer Richtung in ein erstes Statorjochsegment und ein zweites Statorjochsegment teilbar oder geteilt ist. Weiter weist der Stator eine Wicklung auf, welche in mehrere der Statornuten eingebracht ist. According to one aspect, a stator for an electrical machine has a plurality of stator teeth that form stator slots in the circumferential direction. The stator also has a stator yoke that has an axial and circumferential section in which the stator yoke can be divided or is divided in the radial direction into a first stator yoke segment and a second stator yoke segment. The stator also has a winding that is introduced into a plurality of the stator slots.

Das erste Statorjochsegment ist mit den Statorzähnen verbunden, wobei das zweite Statorjochsegment relativ zu dem ersten Statorjochsegment bewegbar ausgebildet ist. Weiter umfasst der Stator eine Verstelleinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, mindestens eines der zweiten Statorjochsegmente relativ zu dem ersten Statorjochsegment zu verschieben. Die Verstelleinrichtung weist ein Nehmerbalg auf, welcher mit einem druckführenden System verbunden oder verbindbar ist.The first stator yoke segment is connected to the stator teeth, the second stator yoke segment being designed to be movable relative to the first stator yoke segment. The stator further comprises an adjusting device which is designed to move at least one of the second stator yoke segments relative to the first stator yoke segment. The adjusting device has a slave bellows which is connected or can be connected to a pressure-carrying system.

Weiter ist der Nehmerbalg in radialer Richtung an einer Seite des mindestens einen zweiten Statorjochsegments angeordnet, welche dem ersten Statorjochsegment zugewandt ist.Furthermore, the slave bellows is arranged in the radial direction on a side of the at least one second stator yoke segment, which faces the first stator yoke segment.

Der vorteilhafte Wirkung ist darin zu sehen, dass eine Luftspaltverstellung ermöglicht wird durch die Aufteilung des Stators in radialer Richtung in einen ortsfesten Teil und einen zu dem ortsfesten Teil bewegbaren Teil, die Statorjochsegmente. Dazu verbleiben die Wicklungen, deren elektrische Anschlüsse sowie ggf. Leitungen zur Führung eines Kühlmediums und mindestens ein Teil der Statorzähne im ortsfesten Teil, dem ersten Statorjochsegment. Der bewegbare Teil, das zweite Statorjochsegment, umfasst besonders bevorzugt auch Anteile der Statorzähne. Wobei immer gewährleistet ist, dass das erste Statorjochsegment eine mechanische Verbindung zwischen den Zähnen in Umfangsrichtung ausbildet. Durch die bewegbare Anordnung der Statorjochsegmente zueinander können dann eine oder mehrere zusätzliche Luftspalte zur Ausbildung von Luftstrecken zur Erhöhung des magnetischen Widerstands im Eisenkreis und somit zur Feldschwächung erzeugt werden. Insbesondere ergeben sich somit zwei Zustände: der felgestärkte Zustand, bei dem das zweite Statorjochsegment zu dem ersten Statorjochsegment im Abschnitt des Statorjochs in Überdeckung ist. Weiter ergibt sich der feldgeschwächte Zustand, bei dem das zweite Statorjochsegment zum ersten Statorjochsegment unter Ausbildung eines Luftspalt aus der Überdeckung verstellt ist.The advantageous effect is that an air gap adjustment is made possible by dividing the stator in the radial direction into a stationary part and a part that can be moved relative to the stationary part, the stator yoke segments. For this purpose, the windings, their electrical connections and, if necessary, lines for conducting a cooling medium and at least some of the stator teeth remain in the stationary part, the first stator yoke segment. The movable part, the second stator yoke segment, particularly preferably also comprises parts of the stator teeth. It is always ensured that the first stator yoke segment forms a mechanical connection between the teeth in the circumferential direction. The movable arrangement of the stator yoke segments relative to one another can then produce one or more additional air gaps to form air gaps to increase the magnetic resistance in the iron circuit and thus to weaken the field. In particular, this results in two states: the rim-strengthened state, in which the second stator yoke segment overlaps the first stator yoke segment in the section of the stator yoke. Furthermore, the field-weakened state arises in which the second stator yoke segment is adjusted from the overlap to the first stator yoke segment, forming an air gap.

Vorteilhafterweise wirkt die Verstelleinrichtung einer magnetischen Anziehungskraft zwischen erstem und zweitem Statorjochsegment entgegen und erlaubt somit eine Verstellung aus dem feldgestärkten Zustand in den feldgeschwächten Zustand. Aufgrund der magnetischen Anziehungskraft und somit der systemimmanenten Rückstellung kann besonders vorteilhaft mit dem Nehmerbalg ein einfacher, kostengünstiger Aktuator verwendet werden, da lediglich Kraft entgegen der magnetischen Anziehungskraft aufgebracht werden muss. Besonders bevorzugt ist die Verstelleinrichtung über eine Steuereinheit ansteuerbar. Abhängig vom aktuellen Betriebspunkt (Drehmoment und Drehzahl) kann somit der Luftspalt optimal bezüglich der gesamten Verlustleistung der elektrischen Maschine eingestellt werden. Zumindest kann zwischen dem feldgestärkten oder feldgeschwächten Zustand umgeschaltet werden. Besonders bevorzugt ist eine Einstellung in Abhängigkeit des Zustands der Maschine z. B. im Fehlerfall.The adjustment device advantageously counteracts a magnetic force of attraction between the first and second stator yoke segments and thus allows an adjustment from the field-strengthened state to the field-weakened state. Due to the magnetic force of attraction and thus the system-immanent reset, a simple, inexpensive actuator can be used with the slave bellows, which is particularly advantageous, since only force needs to be applied against the magnetic force of attraction. The adjustment device can particularly preferably be controlled via a control unit. Depending on the current operating point (torque and speed), the air gap can thus be optimally adjusted with regard to the total power loss of the electrical machine. At least it is possible to switch between the field-strengthened or field-weakened state. An adjustment depending on the state of the machine, e.g. in the event of a fault, is particularly preferred.

Die vorteilhafte Wirkung der Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass so der Nehmerbalg entgegen der zwischen erstem und zweitem Statorjochsegment wirkenden magnetischen Anziehungskraft angeordnet ist. Besonders vorteilhaft stützt sich der Nehmerbalg dabei an einem Gehäuse ab. Somit ist gewährleistet, dass im feldgestärkten Zustand der Luftspalt auf das fertigungsbedingte Minimum reduziert wird, somit das erste Statorjochsegment und das zweite Statorjochsegment sich berühren.The advantageous effect of the design is that the slave bellows is arranged against the magnetic attraction force acting between the first and second stator yoke segments. The slave bellows is particularly advantageously supported on a housing. This ensures that in the field-strengthened state the air gap is reduced to the minimum required for production, so that the first stator yoke segment and the second stator yoke segment touch each other.

Gemäß einer Ausgestaltung ist das zweite Statorjochsegment in axialer oder in radialer Richtung bewegbar.According to one embodiment, the second stator yoke segment is movable in the axial or radial direction.

Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass die Komplexität der Luftspaltverstellung und somit der Feldschwächung im Stator und somit dem stehenden Teil der elektrischen Maschine erfolgt und nicht im Rotor und somit dem drehenden System der elektrischen Maschine. Besonders bevorzugt weist das Statorjoch mindestens einen Abschnitt in Umfangsrichtung auf, der kleiner 180° ist, besonders bevorzugt kleiner als 60°. Insbesondere eignen sich Winkel, welche aufgrund einer Teilung des Umfangs durch die Anzahl der Pole oder einem Vielfachen der Anzahl der Pole entsprechen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Abschnitt in Umfangsrichtung umfänglich ausgebildet. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich der Abschnitt in axialer Richtung über die gesamte Länge des Stators. Besonders bevorzugt sind zu der reinen axialen oder radialen Richtung sowie einer Kombination beider Richtungen auch andere Bewegungsbahnen des zweiten Statorjochsegments insbesondere in Umfangsrichtung möglich, wie z. B. Verkippung bzw. Drehung oder auch einer Überlagerung solcher Bewegungen.The advantageous effect of this design is based on the fact that the complexity of the air gap adjustment and thus the field weakening takes place in the stator and thus the stationary part of the electrical machine and not in the rotor and thus the rotating system of the electrical machine. The stator yoke particularly preferably has at least one section in the circumferential direction that is less than 180°, particularly preferably less than 60°. Angles which correspond to a division of the circumference by the number of poles or a multiple of the number of poles are particularly suitable. In a particularly preferred design, the section is formed circumferentially in the circumferential direction. In a particularly preferred design, the section extends in the axial direction over the entire length of the stator. Particularly preferably, in addition to the purely axial or radial direction and a combination of both directions, other movement paths of the second stator yoke segment are also possible, particularly in the circumferential direction, such as tilting or rotation or even a superposition of such movements.

Gemäß einer Ausgestaltung ist das erste Statorjochsegment ringförmig ausgebildet und das zweite Statorjochsegment ist ringförmig ausgebildet.According to one embodiment, the first stator yoke segment is annular and the second stator yoke segment is annular.

Die Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da sie fertigungstechnisch einfach zu realisieren ist.The design is particularly advantageous because it is easy to manufacture.

Gemäß einer Ausgestaltung ist das zweite Statorjochsegment in Umfangsrichtung in mehrere zweite Statorjochsegmente teilbar oder geteilt.According to one embodiment, the second stator yoke segment is divisible or divided in the circumferential direction into a plurality of second stator yoke segments.

Besonders vorteilhaft ist dabei, dass durch die Aufteilung in mehrere zweite Statorjochsegmente in Umfangsrichtung, eine Verstellung selbiger in radialer Richtung vereinfacht ist. Somit kann eine Verstellung radial nach außen auseinander in den feldgeschwächten Zustand und von dort radial nach innen in den feldgestärkten Zustand der zweiten Statorjochsegmente oder zumindest eines der zweiten Statorjochsegmente zu dem ersten Statorjochsegment erfolgen. Weiter besonders vorteilhaft ist dabei, dass durch die Aufteilung in mehrere zweite Statorjochsegmente in Umfangsrichtung, eine Verstellung selbiger in axialer Richtung vereinfacht ist. Somit kann eine Verstellung mindestens eines der zweiten Statorjochsegmente nach axial außen, also aus einer Überdeckung mit dem ersten Statorjochsegment in den feldgeschwächten Zustand und von dort axial in Überdeckung mit dem ersten Statorjochsegment in den feldgestärkten Zustand erfolgen. Besonders bevorzugt können alle zweiten Statorjochsegmente verstellt werden.What is particularly advantageous here is that the division into several second stator yoke segments in the circumferential direction makes it easier to adjust the same in the radial direction. This allows the second stator yoke segments or at least one of the second stator yoke segments to be adjusted radially outwards into the field-weakened state and from there radially inwards into the field-strengthened state to the first stator yoke segment. What is also particularly advantageous here is that the division into several second stator yoke segments in the circumferential direction makes it easier to adjust the same in the axial direction. This allows at least one of the second stator yoke segments to be adjusted axially outwards, i.e. from an overlap with the first stator yoke segment into the field-weakened state and from there axially into overlap with the first stator yoke segment into the field-strengthened state. Particularly preferably, all second stator yoke segments can be adjusted.

Gemäß einer Ausgestaltung ist das erste Statorjochsegment integral mit den Statorzähnen verbunden.According to one embodiment, the first stator yoke segment is integrally connected to the stator teeth.

Die vorteilhafte Wirkung der Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass somit die Herstellung des ersten Statorjochsegments vereinfacht ist. Insbesondere bei der Herstellung des ersten Statorjochsegments aus Einzelblechen. Weiter ist vorteilhaft, dass durch die integrale Ausgestaltung die Momentenübertragung besser gewährleistet ist, da keine Kerben bspw. durch Fügepunkte im Material entstehen.The advantageous effect of the design is that it simplifies the manufacture of the first stator yoke segment. This is particularly the case when the first stator yoke segment is manufactured from individual sheets. Another advantage is that the integral design ensures better torque transmission, as no notches are created, for example, by joining points in the material.

Gemäß einer Ausgestaltung weist der Nehmerbalg ein Absperrventil auf, welches über ein Steuerelement ansteuerbar ist.According to one embodiment, the slave bellows has a shut-off valve which can be controlled via a control element.

Die Ausgestaltung mit einem Absperrventil weist den Vorteil auf, dass somit die Verstelleinrichtung nicht kontinuierlich Energie über das druckführende System bereitstellen muss, um das zweite Statorjochsegment in einem definierten Zustand, besonders bevorzugt im feldgeschwächten Zustand zu halten. Somit ist die elektrische Maschine energieeffizienter gestaltet. Insbesondere weist das Absperrventil einen kontinuierlichen Verstellbereich auf, wodurch sich ein kontrolliertes und gezieltes Verstellverhalten hin zu dem feldgestärkten Zustand ergibt und somit das Ansteuern mehrerer Zwischenzustände ermöglicht ist.The design with a shut-off valve has the advantage that the adjustment device does not have to continuously provide energy via the pressure-carrying system in order to keep the second stator yoke segment in a defined state, particularly preferably in the field-weakened state. The electric machine is thus designed to be more energy efficient. In particular, the shut-off valve has a continuous adjustment range, which results in a controlled and targeted adjustment behavior towards the field-strengthened state and thus enables the control of several intermediate states.

Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Verstelleinrichtung eine Druckfeder. Das mindestens eine zweite Statorjochsegment ist in axialer Richtung zwischen der Druckfeder und dem Nehmerbalg angeordnet.According to one embodiment, the adjusting device comprises a compression spring. The at least one second stator yoke segment is arranged in the axial direction between the compression spring and the slave bellows.

Besonders bevorzugt wirkt die Druckfeder entgegen der Kraftrichtung des Nehmerbalgs und gewährleistet so die Rückstellung des zweiten Statorjochsegments aus dem feldgeschwächten Zustand in den feldgestärkten Zustand. Alternativ kann auch eine Rückstellung des zweiten Statorjochsegments aus dem feldgestärkten Zustand in den feldgeschwächten Zustand erfolgen. Diese Rückstellung ist insbesondere dann notwendig, wenn aufgrund von Reibung zwischen erstem und zweitem Statorjochsegment eine Rückstellung alleine aufgrund der Wirkrichtung der magnetischen Anziehungskraft nicht möglich ist, beispielsweise dann, wenn die Wirkrichtung der magnetischen Anziehungskraft senkrecht zur Kraftrichtung des Nehmerbalgs wirkt. Alternativ kann die Verstelleinrichtung eine Zugfeder umfassen und Zugfeder und dem Nehmerbalg sind an einer axialen Seite des mindestens einen zweiten Statorjochsegments angeordnet.Particularly preferably, the compression spring acts against the direction of force of the slave bellows and thus ensures that the second stator yoke segment is reset from the field-weakened state to the field-strengthened state. Alternatively, the second stator yoke segment can also be reset from the field-strengthened state to the field-weakened state. This reset is particularly necessary when, due to friction between the first and second stator yoke segments, reset is not possible solely due to the direction of the magnetic attraction force, for example when the direction of the magnetic attraction force acts perpendicular to the direction of force of the slave bellows. Alternatively, the adjustment device can comprise a tension spring and the tension spring and the slave bellows are arranged on an axial side of the at least one second stator yoke segment.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine elektrische Maschine einen Stator gemäß dem ersten Aspekt sowie mindestens einer der beschriebenen Ausgestaltungen.According to a further aspect, an electric machine comprises a stator according to the first aspect and at least one of the described embodiments.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Begriffe wie „radial“, „axial“ oder ähnlich beziehen sich auf die Rotationsachse der elektrischen Maschine, es sei denn, es wird explizit eine davon abweichende Referenzierung verwendet. Weiter sind aufgrund der besseren Lesbarkeit der Figuren gegebenenfalls nur einzelne oder wenige identische Elemente eines Bezugszeichens versehen.The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the figures. It should be noted that the invention is not intended to be limited by the exemplary embodiments shown. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and findings from the present description and/or figures. In particular, it should be noted that the figures and in particular the size relationships shown are only schematic. The same reference symbols denote the same objects, so that explanations from other figures can be used in addition if necessary. Terms such as "radial", "axial" or similar refer to the axis of rotation of the electrical machine, unless a different reference is explicitly used. Furthermore, to make the figures easier to read, only individual or a few identical elements of a reference symbol may be provided.

Es zeigt

  • 1 eine elektrische Maschine 1 gemäß dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht.
  • 2 eine elektrische Maschine 1 mit einem in radialer Richtung teilbaren Statorjoch 23 im feldgestärkten Zustand.
  • 3 einen Schnitt der elektrischen Maschine aus 2 senkrecht zur Rotationsachse.
  • 4 die elektrische Maschine 1 nach 2 im feldgeschwächten Zustand.
  • 5 einen Schnitt der elektrischen Maschine aus 4 senkrecht zur Rotationsachse .
  • 6 eine elektrische Maschine 1 mit einem in radialer Richtung teilbaren Statorjoch 23 im feldgestärkten Zustand in einer alternativen Ausführungsform.
  • 7 einen Schnitt der elektrischen Maschine aus 6 senkrecht zur Rotationsachse.
  • 8 die elektrische Maschine 1 nach 6 im feldgeschwächten Zustand.
It shows
  • 1 an electrical machine 1 according to the prior art in a perspective view.
  • 2 an electrical machine 1 with a stator yoke 23 which can be divided in the radial direction in the field-strengthened state.
  • 3 a section of the electrical machine 2 perpendicular to the axis of rotation.
  • 4 the electrical machine 1 after 2 in a field-weakened state.
  • 5 a section of the electrical machine 4 perpendicular to the axis of rotation .
  • 6 an electrical machine 1 with a stator yoke 23 that can be divided in the radial direction in the field-strengthened state in an alternative embodiment.
  • 7 a section of the electrical machine 6 perpendicular to the axis of rotation.
  • 8th the electrical machine 1 after 6 in a field-weakened state.

1 zeigt eine elektrische Maschine 1 gemäß dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht. Die Elektrische Maschine umfasst einen Stator 2. Der Stator weist mehrere Statorzähne 21 sowie ein Statorjoch 23 auf. Die Statorzähne 21 sind dabei mit dem Statorjoch 23 verbunden. Die Statorzähne bilden in Umfangsrichtung Statornuten 22 aus, welche sich achsparallel zu einer Rotationsachse der Elektrischen Maschine 1 erstrecken. Mehrere Wicklungen 3 sind in den Statornuten 22 angeordnet. Die Elektrische Maschine umfasst weiter einen Rotor 4, welcher mehrere Magnete 41 sowie eine Rotorwelle 42 aufweist. 1 shows an electrical machine 1 according to the prior art in a perspective view. The electrical machine comprises a stator 2. The stator has several stator teeth 21 and a stator yoke 23. The stator teeth 21 are connected to the stator yoke 23. The stator teeth form stator slots 22 in the circumferential direction, which extend axially parallel to a rotation axis of the electrical machine 1. Several windings 3 are arranged in the stator slots 22. The electrical machine further comprises a rotor 4, which has several magnets 41 and a rotor shaft 42.

2 zeigt eine elektrische Maschine 1 mit einem in radialer Richtung teilbaren Statorjoch 23 im feldgestärkten Zustand. Es handelt sich hierbei um eine Schnittdarstellung, bei welcher der Schnitt zwischen benachbarten Wicklungen 3 durch die Statornut 22 sowie durch die im Rotor 4 angeordneten Magnete 41 und die Rotorwelle 42 gelegt ist. Das Statorjoch 23 ist in radialer Richtung in eine erstes Statorjochsegment 231 sowie mehrere zweite Statorjochsegmente 232 geteilt, wie in 3 dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform sind die zweiten Statorjochsegmente 232 mittels einer Verstelleinrichtung 5 in radialer Richtung bewegbar. Die Verstelleinrichtung 5 umfasst hierzu einen ringförmigen Nehmerbalg 51, welcher in radialer Richtung nach außen an einer Seite der zweiten Statorjochsegmente 232 angeordnet ist, welche dem ersten Statorjochsegment 231 zugewandt ist. Die zweiten Statorjochsegmente 232 erstrecken sich hierbei in axialer Richtung beidseitig über das erste Statorjochsegment 231 hinaus. In radialer Richtung nach innen stützt sich der Nehmerbalg 51 an einem Gehäuse 52 ab, welches fest mit dem ersten Statorjochsegment 231 verbunden ist. Der Nehmerbalg 52 ist über einen Anschluss 511 mit einem nicht dargestellten druckführenden System verbunden. 2 shows an electrical machine 1 with a stator yoke 23 that can be divided in the radial direction in the field-strengthened state. This is a sectional view in which the section between adjacent windings 3 is laid through the stator slot 22 and through the magnets 41 arranged in the rotor 4 and the rotor shaft 42. The stator yoke 23 is divided in the radial direction into a first stator yoke segment 231 and several second stator yoke segments 232, as in 3 shown. In the embodiment shown, the second stator yoke segments 232 can be moved in the radial direction by means of an adjustment device 5. The adjustment device 5 comprises for this purpose an annular slave bellows 51, which is arranged in the radially outward direction on one side of the second stator yoke segments 232, which faces the first stator yoke segment 231. The second stator yoke segments 232 extend in the axial direction on both sides beyond the first stator yoke segment 231. In the radially inward direction, the slave bellows 51 is supported on a housing 52, which is firmly connected to the first stator yoke segment 231. The slave bellows 52 is connected via a connection 511 to a pressure-carrying system (not shown).

Aufgrund der Einbausituation des Nehmerbalgs 51 ergibt sich durch die Abstützung am Gehäuse 52 eine beabsichtigte bzw. eindeutige Wirkungsrichtung in Richtung der zweiten Statorjochsegmente 232.Due to the installation situation of the slave bellows 51, the support on the housing 52 results in an intended or clear direction of action in the direction of the second stator yoke segments 232.

4 zeigt die elektrische Maschine 1 nach 2 im feldgeschwächten Zustand. Der Nehmerbalg 51 ist im gezeigten feldgeschwächten Zustand druckbeaufschlagt und hat die zweiten Statorjochsegmente 232 in radialer Richtung nach außen bewegt. Zwischen erstem Statorjochsegment 231 und den zweiten Statorjochsegmenten 232 bildet sich durch Verschiebung der zweiten Statorjochsegmente ein zusätzlicher Luftspalt 24 aus. Wie in 5 ersichtlich, sind die zweiten Statorjochsegmente 232 in radialer Richtung nach außen verschoben. Aufgrund der magnetischen Anziehungskraft werden durch Regulierung des Drucks im Nehmerbalg 51 die zweiten Statorjochsegmente 232 wieder in ihre Ausgangslage bewegt und somit der feldgestärkte Zustand gemäß 2 erreicht. 4 shows the electrical machine 1 after 2 in the field-weakened state. The slave bellows 51 is pressurized in the field-weakened state shown and has moved the second stator yoke segments 232 outward in the radial direction. An additional air gap 24 is formed between the first stator yoke segment 231 and the second stator yoke segments 232 by displacement of the second stator yoke segments. As in 5 As can be seen, the second stator yoke segments 232 are displaced radially outwards. Due to the magnetic attraction, the second stator yoke segments 232 are moved back to their initial position by regulating the pressure in the slave bellows 51 and thus the field-strengthened state according to 2 reached.

6 zeigt eine elektrische Maschine 1 mit einem in radialer Richtung teilbaren Statorjoch 23 im feldgestärkten Zustand. Es handelt sich hierbei um eine Schnittdarstellung, bei welcher der Schnitt zwischen benachbarten Wicklungen 3 durch die Statornut 22 sowie durch die im Rotor 4 angeordneten Magnete 41 und die Rotorwelle 42 gelegt ist. Das Statorjoch 23 ist in zwei Abschnitten jeweils in radialer Richtung in ein erstes Statorjochsegment 231 sowie in ein zweites Statorjochsegment 232 geteilt. In der dargestellten Ausführungsform sind die zweiten Statorjochsegmente 232 mittels einer Verstelleinrichtung 5 in axialer Richtung bewegbar. Die Verstelleinrichtung 5 umfasst hierzu mehrere Druckfedern 53, welche sich in axialer Richtung jeweils an einem der zweiten Statorjochsegmente 232 derart abstützen, dass die Druckfedern 53 axial zwischen den zweiten Statorjochsegmenten 232 angeordnet sind. Weiter umfasst die Verstelleinrichtung 5 zwei ringförmige Nehmerbalge 51, welcher in axialer Richtung jeweils an einer Seite der zweiten Statorjochsegmente 232 angeordnet sind, welche jeweils der Seite, an der die Druckfedern 53 angeordnet sind, axial gegenüberliegen. Bei den Druckfedern 53 handelt es sich um Schraubenfedern, so dass diese entgegen der Kraftrichtung des jeweiligen Nehmerbalgs 51 wirken. In axialer Richtung stützen sich die Nehmerbalge 51 an einem Gehäuse 52 ab, welches fest mit dem ersten Statorjochsegment 231 verbunden ist. Die Nehmerbalge 52 sind jeweils über einen Anschluss 511 mit einem nicht dargestellten druckführenden System verbunden. Im dargestellten feldgestärkten Zustand sind die Nehmerbalge 51 druckbeaufschlagt und wirken somit entgegen der durch die Druckfedern 53 aufgebrachten Kraft. Eine magnetische Anziehungskraft wirkt im Wesentlichen radial nach innen und somit senkrecht zur Verstellrichtung. Wie in 7 dargestellt, ist das zweite Statorjochsegment 232 im Wesentlichen ringförmig ausgeführt. Aufgrund der Kraft der Druckfedern 53 werden durch Regulierung des Drucks in den Nehmerbalgen 51 die zweiten Statorjochsegmente 232 wieder in ihre Ausgangslage bewegt und somit der feldgestärkte Zustand gemäß 2 erreicht. Aufgrund der Einbausituation des Nehmerbalgs 51 ergibt sich durch die Abstützung am Gehäuse 52 eine beabsichtigte bzw. eindeutige Wirkungsrichtung in Richtung der zweiten Statorjochsegmente 232. 6 shows an electrical machine 1 with a stator yoke 23 that can be divided in the radial direction in the field-strengthened state. This is a sectional view in which the section between adjacent windings 3 is placed through the stator slot 22 and through the magnets 41 arranged in the rotor 4 and the rotor shaft 42. The stator yoke 23 is divided into two sections, each in the radial direction into a first stator yoke segment 231 and a second stator yoke segment 232. In the embodiment shown, the second stator yoke segments 232 can be moved in the axial direction by means of an adjusting device 5. The adjusting device 5 comprises for this purpose a plurality of compression springs 53, which are each supported in the axial direction on one of the second stator yoke segments 232 in such a way that the compression springs 53 are arranged axially between the second stator yoke segments 232. The adjustment device 5 further comprises two ring-shaped slave bellows 51, which are arranged in the axial direction on one side of the second stator yoke segments 232, which are each axially opposite the side on which the compression springs 53 are arranged. The compression springs 53 are helical springs, so that they act against the direction of force of the respective slave bellows 51. In the axial direction, the slave bellows 51 are supported on a housing 52, which is firmly connected to the first stator yoke segment 231. The slave bellows 52 are each connected via a connection 511 to a pressure-carrying system (not shown). In the field-strengthened state shown, the slave bellows 51 are pressurized and thus act against the force applied by the compression springs 53. A magnetic attraction force acts essentially radially inwards and thus perpendicular to the adjustment direction. As in 7 As shown, the second stator yoke segment 232 is essentially ring-shaped. Due to the force of the compression springs 53, the second stator yoke segments 232 are moved back to their initial position by regulating the pressure in the slave bellows 51, thus achieving the field-strengthened state according to 2 Due to the installation situation of the slave bellows 51, the support on the housing 52 results in an intended or clear direction of action in the direction of the second stator yoke segments 232.

8 zeigt die elektrische Maschine 1 nach 6 im feldgeschwächten Zustand. Der Nehmerbalg 51 ist im gezeigten feldgeschwächten Zustand nicht druckbeaufschlagt. Die Druckfedern 53 haben die zweiten Statorjochsegmente 232 in axialer Richtung nach außen bewegt, somit sind das erste Statorjochsegment 231 und die zweiten Statorjochsegmente 232 in den jeweiligen Abschnitten nicht in Überdeckung. Zwischen erstem Statorjochsegment 231 und den zweiten Statorjochsegmenten 232 bildet sich somit durch Verschiebung der zweiten Statorjochsegmente 232 ein zusätzlicher Luftspalt 24 aus. 8th shows the electrical machine 1 after 6 in the field-weakened state. The slave bellows 51 is not pressurized in the field-weakened state shown. The compression springs 53 have moved the second stator yoke segments 232 outward in the axial direction, so that the first stator yoke segment 231 and the second stator yoke segments 232 do not overlap in the respective sections. A gap is thus formed between the first stator yoke segment 231 and the second stator yoke segments 232 by displacement of the second stator yoke segments 232. gate yoke segments 232 an additional air gap 24.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1.1.
Elektrische MaschineElectric machine
2.2.
Statorstator
21.21.
StatorzahnStator tooth
22.22.
StatornutStator slot
23.23.
StatorjochStator yoke
231.231.
erstes Statorjochsegmentfirst stator yoke segment
232.232.
zweites Statorjochsegmentsecond stator yoke segment
24.24.
LuftspaltAir gap
3.3.
WicklungenWindings
4.4.
Rotorrotor
41.41.
MagneteMagnets
42.42.
RotorwelleRotor shaft
5.5.
VerstelleinrichtungAdjustment device
51.51.
NehmerbalgTaker
511.511.
AnschlussConnection
52.52.
GehäuseHousing
53.53.
DruckfederCompression spring

Claims (8)

Stator (2) für eine elektrische Maschine (1) aufweisend - mehrere Statorzähne (21), die in Umfangsrichtung Statornuten (22) ausbilden, - ein Statorjoch (23), welches einen axialen und in Umfangsrichtung ausgebildeten Abschnitt aufweist, in welchem das Statorjoch (23) in radialer Richtung in ein erstes Statorjochsegment (231) und ein zweites Statorjochsegment (232) teilbar oder geteilt ist, - eine Wicklung (3), welche in mehrere der Statornuten (22) eingebracht ist, wobei das erste Statorjochsegment (231) mit den Statorzähnen (21) verbunden ist, und das zweite Statorjochsegment (232) relativ zu dem ersten Statorjochsegment (231) bewegbar ausgebildet ist. - eine Verstelleinrichtung (5), welche dazu ausgebildet ist, mindestens eines der zweiten Statorjochsegmente (232) relativ zu dem ersten Statorjochsegment (231) zu verschieben, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (5) ein Nehmerbalg (51) aufweist, welcher mit einem druckführenden System verbunden oder verbindbar ist, wobei der Nehmerbalg (51) in radialer Richtung an einer Seite des mindestens einen zweiten Statorjochsegments (232) angeordnet ist, welche dem ersten Statorjochsegment (231) zugewandt ist.Stator (2) for an electrical machine (1) comprising - a plurality of stator teeth (21) which form stator slots (22) in the circumferential direction, - a stator yoke (23) which has an axial and circumferential section in which the stator yoke (23) can be divided or is divided in the radial direction into a first stator yoke segment (231) and a second stator yoke segment (232), - a winding (3) which is introduced into a plurality of the stator slots (22), wherein the first stator yoke segment (231) is connected to the stator teeth (21), and the second stator yoke segment (232) is designed to be movable relative to the first stator yoke segment (231). - an adjusting device (5) which is designed to displace at least one of the second stator yoke segments (232) relative to the first stator yoke segment (231), characterized in that the adjusting device (5) has a slave bellows (51) which is or can be connected to a pressure-conducting system, wherein the slave bellows (51) is arranged in the radial direction on a side of the at least one second stator yoke segment (232) which faces the first stator yoke segment (231). Stator (2) gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Statorjochsegment (232) in axialer oder in radialer Richtung bewegbar ist.Stator (2) according to Claim 1 , wherein the second stator yoke segment (232) is movable in the axial or radial direction. Stator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das erste Statorjochsegment (231) ringförmig ausgebildet ist und das zweite Statorjochsegment (232) ringförmig ausgebildet ist.Stator according to one of the Claims 1 or 2 , wherein the first stator yoke segment (231) is annular and the second stator yoke segment (232) is annular. Stator nach einem der Anspruch 1 bis 3, wobei das zweite Statorjochsegment (232) in Umfangsrichtung in mehrere zweite Statorjochsegmente (232) teilbar oder geteilt ist.Stator according to one of the Claim 1 until 3 , wherein the second stator yoke segment (232) is divisible or divided in the circumferential direction into a plurality of second stator yoke segments (232). Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Statorjochsegment (231) integral mit den Statorzähnen (21) verbunden ist.Stator according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the first stator yoke segment (231) is integrally connected to the stator teeth (21). Stator (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Nehmerbalg (51) ein Absperrventil aufweist, welches über ein Steuerelement ansteuerbar ist.Stator (2) according to one of the preceding claims, wherein the slave bellows (51) has a shut-off valve which can be controlled via a control element. Stator (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verstelleinrichtung (5) eine Druckfeder (53) umfasst und das mindestens eine zweite Statorjochsegment (232) in axialer Richtung zwischen der Druckfeder (53) und dem Nehmerbalg (51) angeordnet ist.Stator (2) according to one of the preceding claims, wherein the adjusting device (5) comprises a compression spring (53) and the at least one second stator yoke segment (232) is arranged in the axial direction between the compression spring (53) and the slave bellows (51). Elektrische Maschine (1) umfassend einen Stator (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.Electric machine (1) comprising a stator (2) according to one of the Claims 1 until 7 .
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