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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine mit einer solchen Baugruppe sowie Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe für eine elektrische Maschine.
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Eine Transversalflussmaschine ist eine rotierende elektrische Maschine, bei der sich ein relevanter magnetischer Fluss im Wesentlichen transversal beziehungsweise senkrecht zu einer Drehachse wenigstens eines Rotors der Transversalflussmaschine einstellt. Die Statorwicklung ist dabei als Umfangswicklung ausgeführt, die konzentrisch zur Drehachse des Rotors angeordnet ist. Die Transversalflussmaschine ist häufig als permanenterregte Synchronmaschine ausgeführt und kann für die Beaufschlagung mit einer einphasigen oder mehrphasigen Wechselspannung ausgebildet sein. Die Konstruktion der Transversalflussmaschine erlaubt es, magnetische und elektrische Kreise weitgehend unabhängig voneinander konstruieren zu können.
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Es ist bekannt, dass der Stator einer Transversalflussmaschine oder anderen rotierenden elektrische Maschine eine Mehrzahl von Statorpolen (auch als Statorjoche oder Eisenkerne bezeichnet) umfasst. Dabei stellt sich das Problem, wie diese in effizienter Weise bereitgestellt und angeordnet werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe für eine elektrische Maschine bereitzustellen, die Statorpole umfasst, die in effektiver Weise bereitgestellt sind. Des Weiteren sollen effiziente Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe mit Statorpolen bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine elektrische Maschine mit dem Merkmal des Anspruchs 9, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Danach betrachtet die vorliegende Erfindung in einem ersten Erfindungsaspekt eine Baugruppe für eine elektrische Maschine, beispielsweise eine Transversalflussmaschine, die eine Spulenwicklung mit einer Mehrzahl von Spulenwindungen und Statorpole eines Stators aufweist, wobei die Statorpole in mindestens zwei einander zugeordneten und zueinander beabstandeten Reihen angeordnet sind. Dabei definieren jeweils zwei einander zugeordnete Reihen zwischen sich einen Wicklungsraum zur Aufnahme der Spulenwicklung oder eines Abschnitts der Spulenwicklung. Jeder Statorpol weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Die Baugruppe umfasst des Weiteren axial beabstandete, nicht magnetische und nicht magnetisierbare erste und zweite Halteplatten, wobei die Statorpole sich zwischen den Halteplatten erstrecken.
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Dabei ist vorgesehen, dass sämtliche Statorpole mindestens einer der Reihen an ihren ersten Enden mit einem Spritzgussmaterial umspritzt sind, das die erste Halteplatte bildet.
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Danach beruht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung auf dem Gedanken, die einen Enden der Statorpole mindestens einer Reihe über ein Spritzgussverfahren mit der ersten Halteplatte zu verbinden bzw. in diese zu integrieren, wobei die erste Halteplatte durch das Spritzgussverfahren hergestellt wird. Auf diese Weise werden die einen Enden sämtlicher Statorpole gleichzeitig mit der ersten Halteplatte verbunden, ohne dass es einer aufwändigen Einzelmontage der einzelnen Statorpole an der ersten Halteplatte bedarf. Durch das Umspritzen der Enden der Statorpole mit Spritzgussmaterial wird des Weiteren eine sichere und stabile Formschlussverbindung der Statorpole mit der Halteplatte bereitgestellt. Die Ausbildung gesonderter Strukturen an den Statorpolen zur Bereitstellung beispielsweise von Klebeflächen oder anderen Verbindungselementen ist nicht erforderlich, was zu einer Kostenreduktion beiträgt.
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Ein weiterer, mit der erfindungsgemäßen Lösung verbundener Vorteil besteht darin, dass die Statorpole bei der Herstellung der Halteplatte mit dieser verbunden werden, so dass ein gesonderter Verfahrensschritt zur Herstellung der Halteplatte nicht erforderlich ist.
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Damit ermöglicht die vorliegende Erfindung, die Statorpole mit wenigen Verfahrensschritten und dabei sicher und in einfacher Weise mit einer zugehörigen Halteplatte zu verbinden.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sämtliche Statorpole mindestens einer zugeordneten Reihe an ihren zweiten Enden mit einem Spritzgussmaterial umspritzt sind, das die zweite Halteplatte bildet. Die erfindungsgemäße Lösung wird somit in gleicher Weise im Hinblick auf diejenigen Reihen von Statorpolen eingesetzt, die mit der zweiten Halteplatte verbunden sind. Auch für diese Reihen gilt, dass sie mittels Spritzgusstechnik mit der zweiten Halteplatte umspritzt sind. Auf diese Weise können die mit der zweiten Halteplatte verbundenen Statorpole effizient in einem Arbeitsschritt und gleichzeitig sicher und zuverlässig mit der zweiten Halteplatte verbunden werden. Diese Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, dass von jeweils zwei einander zugeordnete Reihen von Statorpolen, die zwischen sich einen Wicklungsraum ausbilden, die eine Reihe über ein Spritzgussverfahren mit der ersten Halteplatte und die andere Reihe über ein Spritzgussverfahren mit der zweiten Halteplatte verbunden ist.
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Es wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „Wicklungsraum“ im Sinne der vorliegenden Erfindung dahingehend zu verstehen ist, dass er nicht notwendigerweise den gesamten Wicklungsraum einer Spulenwicklung bezeichnet, sondern auch Teil-Wicklungsräume, die sich zu einem Gesamt-Wicklungsraum zusammensetzen, bezeichnen kann.
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Es wird weiter darauf hingewiesen, dass der Wickeldraht, der die einzelnen Spulenwindungen und die Spulenwicklung insgesamt bildet, in an sich bekannter Weise mit einer Isolierung versehen ist. Durch die Dicke der Isolierung werden dabei die erforderlichen Isolationsabstände sichergestellt. Bei dem Wickeldraht handelt es sich beispielsweise um einen mit einer Windungsisolierung versehenen Rechteckleiter oder Rundleiter. Als Materialien für den Wickeldraht kommen beispielsweise Kupfer und Aluminium in Betracht. Weiterhin kann eine Nickelschutzschicht Anwendung finden, die eine Leiterkorrosion, insbesondere Oxidation, verhindert.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Spulenwicklung abschnittsweise durch zueinander beabstandete Elemente aus Fixationsmaterial im Wicklungsraum fixiert ist, wobei die Elemente aus Fixationsmaterial die Spulenwindungen halten und sich jeweils an den Statorpolen mindestens einer der Reihen abstützen, die den Wicklungsraum begrenzen. Da kann vorgesehen sein, dass die Elemente aus Fixationsmaterial scheibenförmig als Fixationsscheiben ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung erlaubt in effektiver Weise eine Anordnung und Fixierung der Spulenwicklung im Wicklungsraum.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht die Bereitstellung von Wicklungsräumen bzw. Teil-Wicklungsräumen jeweils durch zwei Reihen von versetzt zueinander angeordneten und gebogenen Statorpolen vor.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Statorpole jeweils gebogen ausgebildet sind, wobei
- - die zwei einander zugeordneten Reihen von Statorpolen radial beabstandet sind, wobei die radiale Richtung sich auf die Drehachse einer elektrischen Maschine bezieht, in der die Baugruppe anordbar ist, und
- - die Statorpole der radial inneren Reihe von radial außen betrachtet konkav gebogen sind und die Statorpole der radial äußeren Reihe von radial außen betrachtet konvex gebogen sind, so dass ihre einander zugewandten Abschnitte gemeinsam den Wicklungsraum definieren, wobei sie den Wicklungsraum quer zu einer Umfangsrichtung, entlang der sich die Statorwicklung erstreckt, begrenzen.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Statorpole sämtlicher Reihen in identischer Weise ausgebildet und die Statorpole zweier einander zugeordneter Reihen in den beiden Reihen in umgekehrter Ausrichtung angeordnet sind.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Statorpole einen geraden Mittelabschnitt und zwei davon abgewinkelte Abschnitte aufweisen, die jeweils ein Ende der Statorpole bilden. Die Statorpole sind beispielsweise C-förmig gebogen.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Statorpole in mindestens vier Umfangsreihen angeordnet sind, wobei jeweils zwei der Umfangsreihen einander zugeordnet sind und einen Teil-Wicklungsraum bilden, wobei die Teil-Wicklungsräume radial beabstandet im Umfangsrichtung verlaufen, und wobei in den Teil-Wicklungsräumen jeweils sich in Umfangsrichtung längs erstreckende Abschnitte der Spulenwicklung angeordnet sind (die an den umfangsseitigen Enden der Spulenwicklungen um 180° gebogen bzw. zurückgeführt werden).
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Statorpole jeweils radial ausgerichtet sind und dabei radial ausgerichtete, in Umfangsrichtung beabstandete Seitenflächen aufweisen. Auf diese Weise ist eine effektive Konvektionskühlung der Statorpole über beide Seitenflächen möglich.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass beide Enden der Statorpole jeweils in einer der Halteplatten angeordnet sind. Dabei sind die Statorpole wie erläutert an ihrem einen Ende über eine Spritzgussverfahren fest mit einer der Halteplatten verbunden. An ihrem anderen Ende sind sie lediglich in entsprechende Aussparungen in den Halteplatten eingesteckt. Die Enden der Statorpole können auch als Polköpfe bezeichnet werden.
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Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Maschine, die aufweist:
- - einen mit Permanentmagneten versehenen Rotor, der eine Drehachse aufweist, die eine axiale Richtung, eine radiale Richtung und eine Umfangsrichtung definiert,
- - einen Stator, der als aktive Bestandteile Statorpole und eine Spulenwicklung umfasst, wobei
- - der Stator als Ringstruktur mit einer Vielzahl von Rippen ausgebildet ist, die in Umfangsrichtung aneinander angrenzen,
- - die aktiven Bestandteile des Stators durch Baugruppen gemäß Anspruch 1 gebildet sind, und
- - die Baugruppen durch die Rippen der Ringstruktur gehalten und positioniert sind.
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Dabei sieht eine Ausgestaltung vor, dass der Rotor axial beabstandete Außenwände umfasst, die jeweils Permanentmagnete aufweisen oder integrieren, wobei die Baugruppen jeweils in ein Volumen zwischen den axial beabstandeten Außenwänden eines Rotors radial hineinragen. Dabei ist vorgesehen, dass der Rotor und der Stator einen sich in radialer Richtung erstreckenden und in Umfangsrichtung umlaufenden Luftspalt ausbilden (wobei ein Luftspalt-Normalvektor in die axiale Richtung zeigt).
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In einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe einer elektrischen Maschine, wobei die Baugruppe aufweist:
- - eine Spulenwicklung mit einer Mehrzahl von Spulenwindungen,
- - Statorpole eines Stators, die in mindestens zwei einander zugeordneten und zueinander beabstandete Reihen angeordnet sind, wobei jeweils zwei einander zugeordnete Reihen zwischen sich einen Wicklungsraum zur Aufnahme der Spulenwicklung oder eines Abschnitts der Spulenwicklung definieren, und wobei jeder Statorpol ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist,
- - axial beabstandete, nicht magnetische und nicht magnetisierbare erste und zweite Halteplatten, wobei die Statorpole sich zwischen den Halteplatten erstrecken.
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Das Verfahren umfasst dabei den Schritt des Verbindens sämtlicher Statorpole mindestens einer Reihe an ihren ersten Enden mit der ersten Halteplatte im Rahmen eines Spritzgussprozesses, bei dem die erste Halteplatte hergestellt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die einen Enden der Statorpole mindestens einer Reihe über ein Spritzgussverfahren formschlüssig mit der ersten Halteplatte zu verbinden, wobei die erste Halteplatte durch das Spritzgussverfahren hergestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, die Statorpole mit wenigen Verfahrensschritten und dabei sicher und in einfacher Weise mit einer zugehörigen Halteplatte zu verbinden.
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Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass in entsprechender Weise sämtliche Statorpole mindestens einer zugeordneten Reihe an ihren zweiten Enden mit der zweiten Halteplatte im Rahmen eines Spritzgussprozesses, bei dem die zweite Halteplatte hergestellt wird, verbunden werden. Danach ist von jeweils zwei einander zugeordneten Reihen von Statorpolen, die zwischen sich einen Wicklungsraum ausbilden, die eine Reihe über ein Spritzgussverfahren mit der ersten Halteplatte und die andere Reihe über ein Spritzgussverfahren mit der zweiten Halteplatte verbunden.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Spulenwicklung an den mit der ersten Halteplatte oder den mit der zweiten Halteplatte verbundenen Statorpolen angeordnet wird, bevor der Wicklungsraum zur Aufnahme der Spulenwicklung gebildet wird. Auf diese Weise ist eine einfache Montage der Spulenwicklung möglich.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Statorpole in vier Reihen angeordnet sind, wobei jeweils zwei der Reihen einander zugeordnet sind und einen Teil-Wicklungsraum bilden, wobei die Teil-Wicklungsräume radial beabstandet im Umfangsrichtung verlaufen, und wobei in den Teil-Wicklungsräumen jeweils sich in Umfangsrichtung erstreckende Abschnitte der Spulenwicklung angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung umfasst das Verfahren die Schritte:
- - Verbinden sämtlicher Statorpole von zwei der Reihen an ihren ersten Enden im Rahmen eines Spritzgussprozesses mit der ersten Halteplatte,
- - Verbinden sämtlicher Statorpole der beiden anderen Reihen an ihren zweiten Enden im Rahmen eines Spritzgussprozesses mit der zweiten Halteplatte,
- - Anordnen zweier Abschnitte der Spulenwicklung an den mit der ersten Halteplatte oder den mit der zweiten Halteplatte verbundenen zwei Reihen von Statorpolen,
- - Anordnung der beiden Halteplatten parallel zueinander derart, dass die Statorpole der jeweiligen Halteplatte sich in Richtung der jeweils anderen Halteplatte erstrecken und dabei zwischen sich zwei Teil-Wicklungsräume ausbilden, die jeweils einen der zwei Abschnitte der Spulenwicklung aufnehmen.
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Demnach werden zwei Reihen von Statorpolen mit der ersten Halteplatte und zwei zugeordnete Reihen von Statorpolen mit der zweiten Halteplatte verbunden. Nach Anbringen der Spulenwicklung werden die Halteplatten parallel angeordnet, wobei jeweils zwei zugeordnete Reihen einen Teil-Wicklungsraum zwischen sich ausbilden, in dem die Spulenwicklung verläuft.
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In einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe einer elektrischen Maschine, wobei die Baugruppe aufweist:
- - eine Spulenwicklung mit einer Mehrzahl von Spulenwindungen,
- - Statorpole eines Stators, die in mindestens zwei einander zugeordneten und zueinander beabstandete Reihen angeordnet sind, wobei jeweils zwei einander zugeordnete Reihen zwischen sich einen Wicklungsraum zur Aufnahme der Spulenwicklung oder eines Abschnitts der Spulenwicklung definieren, und wobei jeder Statorpol ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist,
- - axial beabstandete, nicht magnetische und nicht magnetisierbare erste und zweite Halteplatten, wobei die Statorpole sich zwischen den Halteplatten erstrecken.
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Das Verfahren umfasst dabei die Schritte:
- - Verbinden sämtlicher Statorpole mindestens einer Reihe an ihren ersten Enden mit der ersten Halteplatte,
- - Verbinden sämtlicher Statorpole mindestens einer zugeordneten Reihe an ihren zweiten Enden mit der zweiten Halteplatte,
- - Anordnen der Spulenwicklung an den mit der ersten Halteplatte oder den mit der zweiten Halteplatte verbundenen Statorpolen,
- - Anordnung der beiden Halteplatten parallel zueinander derart, dass die Statorpole der jeweiligen Halteplatte sich in Richtung der jeweils anderen Halteplatte erstrecken und dabei jeweils zwei einander zugeordneten Reihen zwischen sich einen Wicklungsraum für die Spulenwicklung ausbilden.
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Dieser Erfindungsaspekt beruht auf dem Gedanken, die Statorpole einer Reihe oder einiger der Reihen mit der ersten Halteplatte zu verbinden und die Statorpole einer anderen Reihe oder einiger der anderen Reihen mit der zweiten Halteplatte zu verbinden. Grundsätzlich kann diese Verbindung in beliebiger Weise und Abfolge erfolgen. Anschließend wird die Spulenwicklung an den mit der ersten Halteplatte oder den mit der zweiten Halteplatte verbundenen Statorpolen angeordnet. Erst dann werden die Halteplatten parallel zueinander angeordnet, wobei sich die jeweiligen Statorpole in Richtung der jeweils anderen Halteplatte erstrecken und mindestens einen Wicklungsraum für die Spulenwicklung ausbilden, wobei jeweils zwei zugeordnete Reihen einen Wicklungsraum bzw. Teil-Wicklungsraum bilden.
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Durch den Umstand, dass die Statorpole einer Reihe oder einiger der Reihen mit der ersten Halteplatte verbunden werden und die Statorpole einer anderen Reihe oder einiger der anderen Reihen mit der zweiten Halteplatte verbunden werden kann die Spulenwicklung an den Statorpolen angeordnet werden, bevor die Wicklungsräume entstehen. Dies ermöglicht eine einfache und effektive Montage der Spulenwicklung.
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Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass sämtliche Statorpole einer Reihe jeweils gleichzeitig mit der zugehörigen Halteplatte verbunden werden, um das Herstellungsverfahren zu vereinfachen. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Statorpole der mindestens einen Reihe an ihrem ersten Ende mit der ersten Halteplatte im Rahmen eines Spritzgussprozesses, bei dem die erste Halteplatte hergestellt wird, verbunden werden und/oder dass die Statorpole der mindestens einen zugeordneten Reihe an ihrem zweiten Ende mit der zweiten Halteplatte im Rahmen eines Spritzgussprozesses, bei dem die zweite Halteplatte hergestellt wird, verbunden werden.
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Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass beide Enden der Statorpole jeweils in einer der Halteplatten angeordnet werden, wobei die Statorpole an ihrem einen Ende fest mit einer der Halteplatten verbunden und an ihrem anderen Ende in entsprechende Aussparungen in der anderen der Halteplatten eingesteckt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- 1 in einer teilweise geschnittenen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebseinheit, die eine Motoreinheit, eine Lagereinheit und eine Kupplungseinheit umfasst, wobei die Motoreinheit als Transversalflussmaschine mit außenlaufendem Rotor ausgebildet ist;
- 2 die Motoreinheit und die Kupplungseinheit der elektrischen Antriebseinheit der 1 in einer teilweise geschnittenen, perspektivischen Ansicht;
- 3 die elektrische Antriebseinheit der 1 in einer teilweise geschnittenen, perspektivischen Ansicht;
- 4 eine perspektivische Ansicht der Oberseite der elektrischen Antriebseinheit der 1;
- 5 eine perspektivische Ansicht der Unterseite der elektrischen Antriebseinheit der 1;
- 6 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebseinheit, die eine Transversalflussmaschine mit außenlaufendem Rotor und eine Lagereinheit entsprechend den 1 bis 5 umfasst, wobei die Transversalflussmaschine zwei Rotor-Stator-Baugruppen aufweist, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet und fest miteinander verbunden sind;
- 7 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Baugruppe, die an Rippen des Stators befestigt ist, wobei die Baugruppe axial beabstandete erste und zweite Halteplatten, zwischen den Halteplatten sich erstreckende Statorpole und eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Spulenwicklung umfasst;
- 8 die Baugruppe der 7 in perspektivischer Darstellung;
- 9 eine Schnittansicht der Baugruppe der 7 und 8;
- 10 die Anordnung von zwei Reihen von Statorpolen an der ersten Halteplatte der Baugruppe der 7-9 in perspektivischer Ansicht und in einer Ansicht von oben;
- 11 die Anordnung gemäß der 10 zusammen mit einer Spulenwicklung, die sich an den Statorpolen der zwei Reihen abstützt, in perspektivischer Ansicht und in Ansicht von oben;
- 12 die Anordnung von zwei weiteren Reihen von Statorpolen an einer zweiten Halteplatte der Baugruppe der 7-9 in perspektivischer Ansicht und in einer Ansicht von unten;
- 13 die Baugruppe, nachdem die Anordnung gemäß der 10 mit zwei Reihen von Statorpolen und die Anordnung gemäß der 12 mit zwei Reihen von Statorpolen zusammengefügt worden ist, wobei die Statorpole sich zwischen den Halteplatten erstrecken und jeweils zwei einander zugeordnete Reihen von Statorpolen zwischen sich einen Teil-Wicklungsraum für die Spulenwicklung ausbilden;
- 14 schematisch ein Werkzeug einer Spritzgießvorrichtung zur Aufnahme der Statorpole und zur Herstellung der ersten Halteplatte;
- 15 das geschlossene Werkzeug entsprechend der 14;
- 16 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Baugruppe entsprechend den 10-13; und
- 17 ein Ablaufdiagramm eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer Baugruppe entsprechend den 10-13.
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Die 1 bis 5 zeigen in verschiedenen Ansichten ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebseinheit. Die elektrische Antriebseinheit umfasst eine elektrische Motoreinheit 1, eine Lagereinheit 2 mit einer Abtriebswelle 21 und einem statischen Lagerteil 22 und eine Kupplungseinheit 3. Die drei Einheiten 1, 2, 3 stellen modulare Einheiten dar, die gesondert herstellbar und über definierte mechanische Schnittstellen miteinander verbindbar sind, wie noch ausgeführt wird. Die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels bezieht sich auf sämtliche der 1 bis 5, sofern nicht auf bestimmte der Figuren konkret Bezug genommen wird.
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Die elektrische Motoreinheit 1 umfasst einen Rotor 11 und einen Stator 12. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Motoreinheit 1 als Transversalflussmaschine ausgebildet, bei der der Rotor 11 als außenlaufender Rotor 11 ausgebildet ist. Solche Motoreinheiten 1 werden auch als Transversalflussmotoren bezeichnet.
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Der Rotor 11 besitzt zwei axial beabstandete Außenwände 111, 112, die jeweils in radialer Richtung ausgerichtete Permanentmagnete (nicht gesondert dargestellt) aufweisen oder integrieren. Die beiden Außenwände 111, 112 sind durch eine radial äußere, stirnseitige Wand 113 miteinander verbunden. Der Stator 12 ist durch eine Ringstruktur mit einer Vielzahl von Rippen 120 ausgebildet, die in Umfangsrichtung aneinander angrenzen und die jeweils einen Kühlluftkanal 121 zwischen sich ausbilden. Die einzelnen Rippen 121 halten dabei die aktiven Bestandteile des Stators 12, die in dem durch die Außenwände 111, 112 und die stirnseitige Wand 113 des Rotors 11 definierten Volumen 122 angeordnet sind. Bei den aktiven Komponenten des Stators handelt es sich insbesondere um Statorpole (auch als Statorjoche oder Eisenkerne bezeichnet) und Spulenwicklungen, wie noch ausgeführt wird. Dabei sind im Stator 12 mehrere Umfangswicklungen realisiert, die zur zentralen Symmetrieachse der Antriebseinheit in Umfangsrichtung im gleichen Abstand angeordnet sind.
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Bei einer solchen Ausgestaltung als Transversalflussmotor verläuft ein Luftspalt 131 zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12 (nämlich der Luftspalt 131 zwischen den Permanentmagneten des Rotors 11 und den aktiven Bestandteilen des Stators 12) derart, dass der Luftspalt 131 sich in radialer Richtung erstreckt und dabei in Umfangsrichtung des Elektromotors 1 umläuft. Bei der beschriebenen Konstruktion sind dabei zwei Luftspalte vorgesehen, jeweils innenseitig angrenzend an die Außenwände 111, 112.
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Der Rotor 11 und der Stator 12 sind über ein axial vorderes Lager 141 und ein axial hinteres Lager 142 miteinander verbunden, so dass der Rotor 11 um den Stator 12 rotieren kann.
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In alternativen Ausgestaltungen kann die Motoreinheit 1 mehrere Rotor-Stator-Baugruppen der beschriebenen Art aufweisen, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet und fest miteinander verbunden sind.
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Die Lagereinheit 2 umfasst die Abtriebswelle 21 und das statische Lagerteil 22. Die Abtriebswelle 21 besitzt eine Dreh- und Längsachse (nicht gesondert dargestellt), die identisch mit der Symmetrieachse der Gesamtanordnung ist, wobei die Dreh- und Längsachse die axiale Richtung der Antriebseinheit definiert. Das statische Lagerteil 22 dient der Lagerung der Abtriebswelle 21. Hierzu umfasst die Lagereinheit 2 ein axial vorderes Lager 24 und ein axial hinteres Lager 25. Die Lager 24, 25 können derart ausgebildet sein, dass ein gewisses axiales Spiel der Abtriebswelle 21 zugelassen ist.
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Der statische Lagerteil 22 besitzt eine Vielzahl von Rippen oder Versteifungen 27, die in Umfangsrichtung angeordnet sind. Weiter umfasst das statische Lagerteil 22 eine sich in radialer Richtung erstreckende Grundstruktur, beispielsweise eine Grundplatte 260, die an ihrem radial äußeren Bereich eine mechanische Schnittstelle 26 zur Verbindung der Lagereinheit 2 und damit der gesamten Antriebseinheit mit einer statischen Struktur, beispielsweise dem Flugwerk eines Flugzeugs, ausbilden kann. Die Grundstruktur kann statt durch eine Grundplatte 260 beispielsweise durch mehrere miteinander verbundene, sich radial erstreckende Arme gebildet sein.
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Die rotationssymmetrische Abtriebswelle 21 umfasst ein axial vorderes Ende 211, das mit einem Wellenzapfen 32 der Kopplungseinheit 3 gekoppelt ist und mittels der elektrischen Motoreinheit 1 angetrieben wird, wie noch ausgeführt wird. Der Wellenzapfen 32 kann dabei einteilig mit der Kupplungseinheit 3 ausgebildet sein. Weiter umfasst die Abtriebswelle 21 ein axial hinteres Ende 212, das eine Schnittstelle 23 zur Verbindung mit einer anzutreiben Last ausbildet. Beispielsweise kann über die Schnittstelle 23 ein Propeller als Last mit der Abtriebswelle 21 verbunden werden. Die Schnittstelle 23 umfasst dabei beispielsweise Öffnungen 231 zur Realisierung von Schraubverbindungen bzw. Bolzenverbindungen. Die Abtriebswelle 21 verbreitert sich konisch zwischen den axial vorderen Ende 211 und dem axial hinteren Ende 212. Die axiale Länge der Abtriebswelle 21 ist dabei größer als die axiale Bauhöhe von Motoreinheit 1 und Kupplungseinheit 3, so dass die Abtriebswelle 21 axial gegenüber letzteren vorsteht.
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Dies ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen. Je nach Lagerwahl und Anwendung kann die Abtriebswelle 21 auch eine andere als eine konische Form aufweisen. Auch kann alternativ vorgesehen sein, dass die axiale Länge der Abtriebswelle 21 nicht über die axiale Bauhöhe der Motoreinheit 1 hinausgeht.
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Die Abtriebswelle 21 ist in dem statischen Lagerteil 22 vormontiert, so dass Abtriebswelle 21 und Lagerteil 22 zusammen die modulare Lagereinheit 2 bilden.
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Die Kopplungseinheit 3 dient dazu, das Drehmoment des Rotors 11 der Motoreinheit 1 auf die Abtriebswelle 21 zu übertragen. Dabei ist der Rotor 11 radial zu der Abtriebswelle 21 beabstandet. Dementsprechend weist die Kupplungseinheit 3 Kupplungsmittel auf, die sich in radialer Richtung zwischen dem Rotor 11 und der Abtriebswelle 21 erstrecken.
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Diese Kupplungsmittel sind im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Kupplungsscheibe 31 bereitgestellt, wobei dies nicht notwendigerweise der Fall ist. Beispielsweise können die Kupplungsmittel alternativ durch eine Vielzahl von sich radial erstreckenden und in Umfangsrichtung beabstandete Streben bzw. Speichen gebildet sein, ähnlich einer Fahrradnabe, oder durch eine Diaphragmkupplung gebildet sein.
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Die Kupplungsscheibe 31 ist radial außen mit dem Rotor 11 und radial innen mit der Abtriebswelle 21 gekoppelt. Die Kopplung der Kupplungsscheibe 31 mit dem Rotor 11 erfolgt über eine vordefinierte mechanische Schnittstelle 42, die Bolzen 421 umfasst, die den radial äußeren Rand 312 (siehe 2) der Kupplungsscheibe 31 mit der axial vorderen Wand 112 des Rotors 11 drehfest verbinden.
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Die Kopplung der Kupplungsscheibe 31 mit der Abtriebswelle 21 erfolgt über den bereits erwähnten Wellenzapfen 32. Dabei ist der radial innere Rand 311 (siehe 2) der eine mittige Aussparung aufweisenden Kupplungsscheibe 31 über eine mechanische Schnittstelle 43, die Bolzen 431 umfasst, mit dem Wellenzapfen 32 drehfest verbunden. Der Wellenzapfen 32 umfasst einen axial vorstehenden Bereich 321, der in das axial vordere Ende 211 der Abtriebswelle 21 hineinragt und aufgrund eines Formschlusses zwischen dem Wellenzapfen 32 und dem axial vorderen Ende 211 der Abtriebswelle 21 ein Drehmoment auf die Abtriebswelle 21 überträgt. Zusätzlich kann eine mechanische Verbindung 44 mit Bolzen 441 zur drehfesten Verbindung zwischen dem Wellenzapfen 32 und dem axial vorderen Ende 211 der Abtriebswelle 21 vorgesehen sein. Der Wellenzapfen 32 kann alternativ in die Kupplungsscheibe 31 integriert sein.
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Alternativ ist die Kupplungsscheibe 31 direkt mit der Abtriebswelle 21 verbunden, ohne die Zwischenschaltung eines Wellenzapfens 32.
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Zur Verbindung von Motoreinheit 1 und Lagereinheit 2 ist eine mechanische Schnittstelle 41 vorgesehen, die die Motoreinheit 1 mit der Grundplatte 260 der Lagereinheit 1 mittels Bolzen 411 oder dergleichen verbindet (siehe 2). Hierzu weist der Stator ein Halteblech 15 auf, das zum einen einen Flansch 151 zur Verbindung mit dem Stator 12 und zum anderen einen Flansch 152 zur Verbindung mit der Grundplatte 260 ausbildet, wie insbesondere anhand der 2 erkennbar ist. In Ausgestaltungen kann das Halteblech 15 flexibel ausgelegt sein, um das dynamische Verhalten der Antriebseinheit zu verbessern.
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Durch die Verwendung einer Kupplungseinheit 3 mit einer Kupplungsscheibe 31 kann eine Drehmomentübertragung vom Rotor 11 auf die Abtriebswelle 21 realisiert werden, die zum einen eine hohe Torsionssteifigkeit aufweist und die zum anderen im Hinblick auf laterale Kräfte, axiale Kräfte und/oder Biegekräfte, die von einer an die Abtriebswelle 21 angeschlossenen Last in die elektrische Antriebseinheit eingebracht werden, eine geringe Steifigkeit besitzt, so dass eingebrachte Kräfte wie Unwuchten durch die Kopplungseinheit 3 aufgenommen werden können, damit eine Entkopplung des Rotors 11 von solchen Kräften erfolgt und die Präzision und Symmetrie des Luftspaltes 131 zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12 nicht oder in nur geringer Weise durch solche Kräfte beeinflusst wird.
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Die 4 und 5 zeigen in perspektivischer Ansicht die vollständige Antriebseinheit bestehend aus Motoreinheit 1, Lagereinheit 2 und Kopplungseinheit 3. Dabei sind Verstärkungsrippen 27 der Lagereinheit 2, die in Umfangsrichtung beabstandet senkrecht auf der Grundplatte 260 stehen, in der der 4 gut zu erkennen. In der Ansicht schräg von unten der 5 ist die Kupplungsscheibe 31 zu erkennen, die an ihrem radial äußeren Rand 312 mit dem Rotor 11 oder ihrem radial inneren Rand 311 mit dem Wellenzapfen 32 verbunden ist.
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Die 6 bis 9 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, die vom Grundsatz her auf dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 basieren und in denen die aktiven Komponenten des Stators 12 und deren Anordnung näher dargestellt sind.
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Die 6 zeigt eine elektrische Antriebseinheit mit einer als Transversalflussmaschine ausgebildeten Motoreinheit 1 mit Rotor 11 und Stator 12 und mit einer Lagereinheit 2, die eine axial angeordnete, drehbare Abtriebswelle 21 und ein statisches Lagerteil 22, das die Abtriebswelle 21 lagert, umfasst. Die in den 1 bis 5 erläuterte Kupplungseinheit 3 ist in der 6 nicht dargestellt, jedoch in entsprechender Weise enthalten. Die in der 6 enthaltenen Bezugszeichen bezeichnen allgemein die gleichen Teile wie in Bezug auf die 1 bis 5 erläutert, sofern sich aus der nachfolgenden Beschreibung keine Unterschiede ergeben. Dies betrifft insbesondere die Ausbildung des Stator 12 als Ringstruktur mit einer Vielzahl von Rippen 120, die in Umfangsrichtung aneinander angrenzen und die jeweils einen Kühlluftkanal 121 zwischen sich ausbilden.
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Die 6 stellt auch die Drehachse 110 des Rotors 11 dar, die gleich der Drehachse der Abtriebswelle 21 ist und die Symmetrieachse der Konstruktion darstellt. Die Drehachse 110 definiert eine axiale Richtung x, eine radiale Richtung r und eine Umfangsrichtung.
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Ein Unterschied zu den 1 bis 5 ergibt sich daraus, dass die Motoreinheit 1 der 6 zwei Rotor-Stator-Baugruppen 1110, 1120 umfasst, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet und fest miteinander verbunden sind. Dementsprechend umfasst der Rotor 11 drei axial beabstandete Außenwände 111, 112, 114, die jeweils Permanentmagnete 5 aufweisen oder integrieren, sowie zwei stirnseitige, radial äußere Wände 113, 115. Die Außenwände 111, 112, 114 und die stirnseitigen Wände 113, 115 bilden dabei zwei axial beabstandete Volumen 122 der beiden Rotor-Stator-Baugruppen 1110, 1120, die jeweils die aktiven Bestandteile des Stators 12 der jeweiligen Baugruppe enthalten, entsprechend der Beschreibung des Volumens 122 der 1.
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Dabei wird darauf hingewiesen, dass die aktiven Bestandteile des Stators 12 durch die Rippen 120 gehalten und positioniert werden. Hierzu weisen die Rippen 120 Haltevorsprünge 123 auf, an denen eine in Bezug auf die 7 bis 14 erläuterte Funktionsbaugruppe befestigt ist, die in das Volumen 122 hineinragt (für jeder Rotor-Stator-Baugruppe 1110, 1120 gesondert).
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Die Permanentmagnete 5 des Rotors sind zur besseren Übersichtlichkeit nur auf der rechten Seite der 6 dargestellt. Sie sind an den Innenseiten der Außenwände 111, 112, 114 angeordnet. Zwischen ihnen und zugeordneten Statorpolen der genannten Funktionsbaugruppe verläuft der in der 1 dargestellte Luftspalt 131.
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Ein weiterer Unterschied der 6 zu den 1 bis 5 ergibt sich daraus, dass die 6 in größerem Detail Strukturen darstellt, die die Bereitstellung eines Kühlluftstroms durch die Kühlluftkanäle 121 und die im Volumen 122 angeordneten aktiven Bauteile des Stators 12 ermöglichen. Dabei gilt allgemein, dass die Transversalflussmaschine ein einer anzutreibenden Last zugewandtes erstes Ende 1010 und ein der anzutreibenden Last abgewandtes zweites Ende 1020 aufweist. Sie bildet in der 6 an ihrem ersten Ende 1010 Öffnungen 101 aus, die einem Luftstrom 60 ermöglichen, in zunächst primär axialer Ausrichtung in die Motoreinheit einzutreten. Dies kann durch einen Lüfter 91 unterstützt werden, der allerdings optional ist. Beispielsweise stammt der Luftstrom von einem Propeller, der durch die Abtriebswelle 21 angetrieben wird.
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Das der anzutreibenden Last abgewandte zweite Ende 1020 ist luftdicht verschlossen, um zu verhindern, dass einströmende Luft die Motoreinheit in axialer Richtung gleich wieder verlässt. Hierzu ist eine Abdeckplatte 102 vorgesehen, die schematisch dargestellt ist. Die Abdeckplatte 102 ist in der 6 mit dem Stator 12 verbunden, könnte aber alternativ mit dem Rotor 11 verbunden sein (oder je nach Ausführung sogar durch eine Kupplungsscheibe 31 gemäß den 1 bis 5 gebildet sein).
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Damit wird erreicht, dass der einströmende Luftstrom 60 durch die Kühlluftkanäle 121 und die im Volumen 122 angeordneten aktiven Bauteile des Stators als Luftstrom 61 radial nach außen strömt. Auch die radiale Luftströmung 61 kann durch Lüfter 92 optional unterstützt werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die stirnseitige Wände 113, 115 des Rotors 11 mit radialen Öffnungen 116 versehen sind, die es ermöglichen, dass der Kühlluftstrom 61 in die Umgebung geleitet werden kann.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass Öffnungen in der Motoreinheit am der anzutreibenden Last abgewandten zweiten Ende 1020 ausgebildet sind, während das der anzutreibenden Last zugewandte erste Ende 1010 in diesem Fall luftdicht verschlossen ist. Hierzu sind die Öffnungen 101 durch Strukturen verschlossen. Eine weitere Alternative sieht vor, dass ein Kühlstrom bereitgestellt wird, der sich radial nach innen durch den Stator 12 erstreckt. Hierzu ist vorgesehen, dass ein Luftstrom am Außenumfang des Rotors, der beispielsweise von einem Propeller stammt, über Leitbleche umgelenkt und durch die Öffnungen 116 in der Wänden 113, 115 des Rotors 11 in den Stator 12 geleitet wird und von radial außen nach radial innen durch die im Volumen 122 angeordneten aktiven Bestandteile des Stators und die Kühlluftkanäle 121 strömt.
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Die 7 bis 9 zeigen in größerem Detail anhand von Ausführungsbeispielen die aktiven Bauteile des Stators, die jeweils in den Volumen 122 der 6 angeordnet sind. Hierzu umfasst der Stator gemäß der 7 eine Baugruppe 9, die ein modulares, vorgefertigtes Bauteil darstellen kann. Die Baugruppe 9 erstreckt sich in radialer Richtung r und in Umfangsrichtung cp. Sie umfasst zwei axial beabstandete, nicht magnetische und nicht magnetisierbare Halteplatten 93, 94. Diese weisen radial innere Befestigungsbereiche 930, 940 auf, an denen die Halteplatten 93, 94 mit einer Mehrzahl der Rippen 120 des Stators 12 verbunden sind. Dies erfolgt beispielsweise über die Haltevorsprünge 123 der Rippen 120, siehe 6.
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Zwischen den Halteplatten 93, 94 erstrecken sich Statorpole 71, deren Gesamtheit eine Eisenkernstruktur 7 des Stators bereitstellt. Die Statorpole 71 definieren einen sich im Umfangsrichtung erstreckenden Wicklungsraum 80, in dem eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Spulenwicklung 8 angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass ein durch die Kühlluftkanäle 121 (siehe 6) strömender Luftstrom die Baugruppen 9 im Bereich zwischen den beiden Halteplatten 93, 94 radial durchströmt und dabei an den Statorpolen 71 und der Spulenwicklung 8 vorbei strömt.
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Die die Statorpole 71 sind jeweils radial ausgerichtet. Sie weisen jeweils zwei radial ausgerichtete, in Umfangsrichtung beabstandete Seitenflächen 710, 720 auf, die beide durch einen Kühlluftstrom gekühlt werden.
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Die Spulenwicklung 8 besteht aus einzelnen Spulenwindungen 801 (siehe 8), die ineinander übergehen und durch einen kontinuierlichen Wickeldraht gebildet sind. Die Spulenwicklung 8 umfasst dabei zwei axial beabstandete Wicklungspakete 81, 82 in einem Teil-Wicklungsraum 80-1 und zwei axial beabstandete Wicklungspakete 83, 84 in einem Teil-Wicklungsraum 80-2, wobei die Wicklungspakete 81-84 jeweils sich längs in Umfangsrichtung erstreckende Abschnitte der Spulenwicklung 8 darstellen. Wie in der 8 erkennbar, bilden die Wicklungspakete 81-84 eine Spulenwicklung 8, wobei die 8 zusätzlich einen umgelenkten Abschnitt 85 der Spulenwicklung 8 darstellt, der die Wicklungspakete 81-84 verbindet. Ein entsprechender umgelenkter Abschnitt findet sich am anderen Ende der Spulenwicklung 8.
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Jeweils zwei der Wicklungspakete 81, 82 und 83, 84 sind in axialer Richtung sowohl zueinander als auch zu den Halteplatten 93, 94 beabstandet, so dass sie an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite von Kühlluft umströmt werden können. Dies ist in der 9 verdeutlicht. Danach bildet die Baugruppe 9 drei sich radial erstreckende und axial beabstandete Kühlluft-Strömungskanäle 67, 68, 69 zur Kühlung der Wicklungspakete 81, 82 und 83, 84, wobei ein Kühlluft-Strömungskanal 67 angrenzend an die obere Halteplatte 93 verläuft, ein Kühlluft-Strömungskanal 68 im Bereich zwischen den Wicklungspaketen 81, 83 und 82, 84 verläuft und ein Kühlluft-Strömungskanal 69 angrenzend an die untere Halteplatte 94 verläuft. Die Aufteilung der Wicklung in axial beabstandete Wicklungspakete 81-84 erhöht dabei die kühlbare Oberfläche der Wicklung. Dabei können in anderen Ausführungsvarianten auch mehr als zwei axial beabstandete Wicklungspakete vorgesehen sein. Auch kann alternativ auf axial beabstandete Wicklungspakete 81, 82 und 83, 84 verzichtet werden, so dass in jedem Teil-Wicklungsraum 80-1, 80-2 nur ein Wicklungspaket angeordnet ist.
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Je zwei Wicklungspakete 81, 82 und 83, 84 können gemäß den 7 und 9 jeweils durch ein Fixationsmaterial 86 im Wicklungsraum 80-1, 80-2 fixiert sein, wobei das Fixationsmaterial sich allerdings nur geringfügig in Umfangsrichtung erstreckt (und somit scheibenförmig bzw. plattenförmig ausgebildet ist), um eine Kühlung durch den Kühlluftstrom nicht zu beeinträchtigen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass zur Vermeidung eines physischen Kontakts der Spulenwicklung 8 mit den Statorpolen 71 zusätzlich eine mechanische Schutzschicht auf die Statorpole 71 auf deren dem Wicklungsraum 80-1, 80-2 zugewandten Seite aufgebracht sein kann, beispielsweise ein Aramidpapier analog zur Verwendung von Nutpapieren in der Nut von Radialflussmaschinen.
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Erneut Bezug nehmend auf die 7 ist zur Realisierung der Teil-Wicklungsräume 80-1, 80-2 eine besondere Anordnung der Statorpole 71 vorgesehen. So sind die Statorpole 71 in vier Umfangsreihen 71-1, 71-2, 71-3, 71-4 angeordnet sind, wobei jeweils zwei der Umfangsreihen 71-1, 71-2 und 71-3, 71-4 einander zugeordnet sind und einen Teil-Wicklungsraum 80-1, 80-2 bilden. Weiter ist vorgesehen, dass die Statorpole 71 von jeweils zwei einander zugeordneten Umfangsreihen 71-1, 71-2 und 71-3, 71-4 jeweils im Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
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Weiter sind die Statorpole 71 gebogen. Sie sind beispielsweise C-förmig gebogen. Dabei sind die Statorpole 71 der jeweils radial inneren Umfangsreihe 71-1, 71-3 von radial außen betrachtet konkav gebogen und sind die Statorpole 71 jeweils der radial äußeren Umfangsreihe 71-2, 71-4 von radial außen betrachtet konvex gebogen, so dass ihre einander zugewandten Abschnitte gemeinsam die Teil-Wicklungsräume 80-1, 80-2 definieren. Dabei begrenzen die Statorpole 71 der jeweils zwei Reihen die Teil-Wicklungsräume quer zur Umfangsrichtung. Die Statorpole 71 sind hierzu in den einander zugeordneten Umfangsreihen 71-1, 71-2 und 71-3, 71-4 in umgekehrter Ausrichtung angeordnet.
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Weiter ist vorgesehen, dass die Enden 72, 73 der Statorpole 71 Polköpfe bilden (obere Polköpfe und untere Polköpfe). Die Enden 72, 73 grenzen an die Permanentmagnete 5 der 8 an und sind von diesen nur durch einen Luftspalt getrennt (entsprechend dem Luftspalt 131 der 1). Hierzu ist vorgesehen, dass die Enden 72, 73 bzw. Polköpfe jeweils in einer der Halteplatten 93, 94 angeordnet sind und bündig mit deren Außenseiten 931, 941 abschließen. Dementsprechend sind in den 7 bis 9 die oberen Enden 72 der Statorpole 71 in der Ebene der Außenseite 931 der oberen Halteplatte 93 zu erkennen.
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In jeder Rotor-Stator-Baugruppe 1110, 1120 der 6 sind mehrere Baugruppen 9 vorgesehen, die in Umfangsrichtung einander anschließen. Beispielsweise sind je Rotor-Stator-Baugruppe 1110, 1120 drei Baugruppen 9 vorgesehen, wobei die Spulenwicklung einer Baugruppe jeweils mit einer Phase einer dreiphasigen Wechselspannung beaufschlagt sind.
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Die Statorpole 71 können beispielsweise durch laminierten Metallbleche gebildet sein.
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Im Folgenden wird anhand der 10 bis 17 das Herstellungsverfahren erläutert, mit dem die Statorpole 71 zur Bildung von Wicklungsräumen mit den Halteplatten 93, 94 verbunden werden.
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Gemäß der 10 werden zwei Reihen von Statorpolen 71 zunächst über ein Spritzgussverfahren mit der einen Halteplatte 94 fest verbunden und in diese integriert. Die Halteplatte 94 ist bezogen auf die elektrische Maschine der 1-6 die axial hintere Halteplatte. Sie wird im Folgenden auch als erste Halteplatte oder untere Halteplatte bezeichnet.
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Dabei werden die Statorpole der Reihen 71-1 und 71-3 mit der ersten Halteplatte 94 verbunden. Dies erfolgt über ein Spritzgussverfahren, bei dem in einem Schritt die erste Halteplatte 94 gebildet und gleichzeitig die einen Enden der Statorpole 71 mit der Halteplatte 94 verbunden werden. Das entsprechende Spritzgussverfahren ist in den 14 und 15 schematisch dargestellt. Gemäß der oberen Hälfte der 14 werden die Statorpole 71 in zwei Reihen 71-1, 71-3 angeordnet. Die Statorpole 71 weisen eine näherungsweise C-förmige Ausgestaltung auf, wobei sie einen geraden Mittelabschnitt 715 und zwei davon abgewinkelte Abschnitte 716, 717 aufweisen. Die abgewickelten Abschnitte 716, 717 bilden dabei die zwei Enden 72, 73 der Statorpole.
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Die Statorpole 71 werden in eine Matrize 910 einer Spritzgießvorrichtung eingelegt. Die Matrize 110 bildet das Negativ der Außenform für die erste Halteplatte 94. Sie weist dabei Aussparungen 911 in Bereichen auf, die die einen Enden 73 der Statorpole 71 aufnehmen und Erhebungen 912 in Bereichen auf, die nach der Herstellung Aussparungen 95 in der Halteplatte 94 bilden.
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Dieses ist weitergehend in der 15 erkennbar. Die 15 zeigt die Statorpole 71, wie sie in den Aussparungen 911 der Matrize 910 angeordnet sind. Dabei ragen die Enden 73 der abgewinkelten, schräg verlaufenden Abschnitte 717 in die entsprechende Aussparungen 911 der Matrize 910. Grundsätzlich kann dabei auch ein anderer Verlauf der Enden 73 der Statorpole 71 vorgesehen sein. Sie verlaufen allerdings nicht lediglich senkrecht zur Halteplatte 94, da in einem solchen Fall beim Umspritzen mit Spritzgussmaterial kein Formschluss entstehen würde.
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Für den Spritzgießvorgang wird ein Deckel 915 auf die Matrize 910 gesetzt. Damit der eingespritzte Kunststoff in den Bereichen X nicht zwischen die Abschnitte 717, 716 der Statorpole 71 eindringen kann, werden zwischen die Abschnitte 717, 716 Scheiben 917 eingesetzt, die die Lücke im Bereich X schließen. Anschließend kann der Kunststoff eingespritzt werden. Dabei werden die Enden 73 der Statorpole 71 formschlüssig mit dem Spritzgussmaterial umspritzt, das gleichzeitig die erste Halteplatte 94 bildet (die in der 15 dargestellt ist).
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In der 14 unten ist in perspektivischer Ansicht von unten die fertig hergestellte erste Halteplatte 94 mit den integrierten Enden 73 der Statorpole 71 dargestellt. So sind die beiden Reihen 71-1, 71-3 von Statorpolen 71 fest mit der Halteplatte 94 verbunden. Die Enden 73 schließen dabei bündig mit der Außenseite 941 der ersten Halteplatte 94 ab. Sie sind mit dem Spritzgussmaterial der ersten Halteplatte 94 umspritzt.
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Weiter sind zwei Reihen 95-2, 95-4 von Aussparungen 95 erkennbar, die dazu dienen, die einen Enden der beiden anderen Reihen 71-2, 71-4 von Statorpolen 71 aufzunehmen, wobei diese einen Enden in die erste Halteplatte 94 eingesteckt werden. Die Statorpole 71 der Reihen 71-2, 71-4 sind nämlich an ihren anderen Ende fest mit der anderen Halteplatte 93 verbunden, wie anhand der 12 erläutert wird.
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Bevor auf die 12 eingegangen wird, wird darauf hingewiesen, dass gemäß der 11 die Spulenwicklung 8 an den mit der ersten Halteplatte 94 verbundenen Statorpolen 71 angeordnet wird. Wie der Draufsicht auf die Halteplatte 94 in der 11 rechts entnommen werden kann, weist die Spulenwicklung 8 zwei jeweils sich in Umfangsrichtung bzw. Längsrichtung erstreckende Abschnitte 802, 803 auf, die jeweils in einem der späteren Teil-Wicklungsräume 80-1, 80-2 angeordnet sind. Die sich längs erstreckenden Abschnitte 802, 803 sind an den umfangsseitigen Enden umgebogen und bilden dort umgelenkte Abschnitte 85. Die Spulenwicklung 8 ist durch einen kontinuierlichen, mit einer Isolationsschicht versehen Wicklungsdraht gebildet, der eine Vielzahl von Spulenwindungen der Spulenwicklung 8 bildet.
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Gemäß der 12 werden zwei weitere Reihen von Statorpolen 71 ebenfalls über ein Spritzgussverfahren mit der anderen Halteplatte 93 fest verbunden und in diese integriert. Die Halteplatte 93 ist bezogen auf die elektrische Maschine der 1-6 die axial vordere Halteplatte. Sie wird im Folgenden auch als zweite Halteplatte oder obere Halteplatte bezeichnet.
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Dabei werden die Statorpole der Reihen 71-2 und 71-4 mit der zweiten Halteplatte 93 verbunden. Dies erfolgt über ein Spritzgussverfahren, bei dem in einem Schritt die erste Halteplatte 93 gebildet und gleichzeitig die einen Enden der Statorpole 71 mit der Halteplatte 93 verbunden werden. Das entsprechende Spritzgussverfahren erfolgt vollständig analog zu der in Bezug auf die 14 und 15 erläuterten Herstellung der ersten Halteplatte 94 bei gleichzeitiger Integration der Enden der Statorpole.
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Wie der rechten Darstellung der 12 entnommen werden kann, bildet die zweite Halteplatte 93 dabei zwei Reihen 95-1, 95-3 von Aussparungen 95, die dazu dienen, die anderen Enden 72 der Statorpole 71 der beiden Reihen 71-1, 71-3 aufzunehmen, die gemäß der 10 mit der ersten Halteplatte 94 verbunden sind, wobei diese Enden 72 in die zweite Halteplatte 93 eingesteckt werden.
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Die 13 zeigt die fertig hergestellte Baugruppe, wobei die beiden Halteplatten 94, 93 parallel zueinander angeordnet sind und dabei die Statorpole 71 der jeweiligen Halteplatte sich in Richtung der jeweils anderen Halteplatte erstrecken. Es werden durch die insgesamt vier Reihen von Statorpolen die beiden Teil-Wicklungsräume 80-1, 80-2 gebildet, wobei jeweils zwei Reihen 71-1, 71-2 bzw. 71-3, 71-4 von Statorpolen 71 einander zugeordnet sind und zwischen sich den jeweiligen Teil-Wicklungsraum 80-1 bzw. 80-2 bilden. Dabei sind die Statorpole 71 der Reihen 71-1 und 71-3 wie erläutert in einer Ansicht von radial außen betrachtet konkav gebogen. Die Statorpole 71 der Reihen 72-2 und 71-4 sind in der Ansicht von radial außen konvex gebogen.
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Die Statorpole 71 jeder Reihe sind somit an ihrem einen Ende 73, 72 fest mit der einen Halteplatte verbunden und ragen an ihrem anderen Ende 72, 73 in eine Aussparung 95 der anderen Halteplatte.
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Da wird darauf hingewiesen, dass die Spulenwicklung 8 abschnittsweise durch Fixationsscheiben 86 in den Teil-Wicklungsräumen 80-1, 80-2 fixiert sein kann, wobei die Fixationsscheiben 86 die einzelnen Spulenwindungen 801 halten und sich dabei jeweils an den Statorpolen 71 einer der Reihen abstützen, die den Wicklungsraum begrenzen.
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Die 16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens zur Herstellung einer Baugruppe entsprechend den 7-15. Zunächst werden in einem ersten Schritt 161 sämtliche Statorpole mindestens einer Reihe an ihren ersten Enden 73 mit der ersten Halteplatte 94 im Rahmen eines Spritzgussprozesses, bei dem die erste Halteplatte 94 hergestellt wird, verbunden. Dies erfolgt beispielsweise entsprechend den 14 und 15. Weiter werden gemäß Schritt 162 sämtliche Statorpole mindestens einer zugeordneten Reihe an ihren zweiten Enden 72 mit der zweiten Halteplatte 93 ebenfalls im Rahmen eines Spritzgussprozesses, bei dem die zweite Halteplatte 93 hergestellt wird, verbunden. Auch dies erfolgt beispielsweise entsprechend den 14 und 15.
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Die Spulenwicklung wird gemäß Schritt 163 an den mit der ersten Halteplatte 94 oder an den mit der zweiten Halteplatte 93 verbundenen Statorpolen 71 angeordnet. Dies erfolgt beispielsweise über die erwähnten Fixationsscheiben 86, die sich an den entsprechenden Statorpolen abstützen.
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Anschließend werden gemäß Schritt 164 die beiden Halteplatten 94, 93 parallel zueinander angeordnet derart, dass die Statorpole 71 der jeweiligen Halteplatte sich in Richtung der jeweils anderen Halteplatte erstrecken und dabei zwischen sich mindestens einen Wicklungsraum ausbilden, der die Spulenwicklung 8 bzw. einen Abschnitt 802, 803 der Spulenwicklung aufnimmt.
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Weiter ist gemäß Schritt 165 vorgesehen, dass die beiden Enden 73, 72 der Statorpole 71 jeweils in einer der Halteplatten angeordnet sind, wobei die Statorpole 71 an ihrem einen Ende fest mit einer der Halteplatten verbunden und an ihrem anderen Ende in entsprechende Aussparungen 95 in der anderen der Halteplatten eingesteckt sind. Dabei kann in Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass die in jeweils eine Aussparung 95 eingesteckten Enden der Statorpole 61 zusätzlich beispielsweise mit einem Klebstoff in der jeweiligen Aussparung 95 fixiert sind.
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Die 17 stellt ein Ablaufdiagramm eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer Baugruppe entsprechend den 7-15 dar. Gemäß Schritt 171 werden zunächst sämtliche Statorpole 71 mindestens eine Reihe an ihren ersten Enden 73 mit der ersten Halteplatte 94 verbunden. Diese Verbindung kann, muss aber nicht mittels Spritzgusstechnik entsprechend den 14 und 15 erfolgen. Grundsätzlich sind auch andere Verbindungstechniken möglich und ist es dabei auch möglich, dass die einzelnen Statorpole 71 individuell und sequenziell mit der ersten Halteplatte 94 verbunden werden.
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Weiter erfolgt in Schritt 172 ein Verbinden sämtlicher Statorpole mindestens einer zugeordneten Reihe an ihren zweiten Enden 72 mit der zweiten Halteplatte 93. Auch hier gilt, dass diese Verbindung mittels Spritzgusstechnik erfolgen kann, aber nicht muss. Grundsätzlich sind auch hier andere Verbindungstechniken möglich einschließlich einer individuellen und sequenziellen Verbindung der einzelnen Statorpole 71 mit der zweiten Halteplatte 93.
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Die weiteren Schritte 173-175 entsprechen den Schritten 163-165, so dass auf die entsprechenden Ausführungen zu den Schritten 163-165 Bezug genommen wird.
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Bei dem Verfahren gemäß der 17 steht im Vordergrund, dass die Spulenwicklung an den mit einer der Halteplatten verbundenen Statorpolen angeordnet wird, bevor die Wicklungsräume bzw. Teil-Wicklungsräume durch jeweils zwei einander zugeordnete Reihen von Statorpolen gebildet werden, die an den axial beabstandeten Halteplatten angeordnet sind. Bei dem Verfahren gemäß der 16 steht das Verfahren der Verbindung der Statorpole einer Reihe mit der jeweiligen Halteplatte in einem Arbeitsschritt durch Spritzgusstechnik im Vordergrund.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Weiter wird darauf hingewiesen, dass beliebige der beschriebenen Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale aus, die hier beschrieben werden und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.
