DE10325982A1

DE10325982A1 - Electrical machine stator e.g. for motor vehicle, is assembled from stator segments provided by yoke segments and tooth or pole segments

Info

Publication number: DE10325982A1
Application number: DE2003125982
Authority: DE
Inventors: Mario Dipl.-Ing. Basile; Otmar Dipl.-Ing. Bitsche; Irma Dr. Hajdarevic; Karl-Ernst Prof. Noreikat
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-06-07
Filing date: 2003-06-07
Publication date: 2004-12-23

Abstract

The stator is provided with individual pole windings and is assembled from a number of stator segments, a given number of segments provided as yoke segments (1) and a further number of segments provided as tooth or pole segments (2). The yoke and tooth segments may alternate with one another in the peripheral direction of the stator, with an outer sleeve (4) around the outside of the stator. An independent claim for a manufacturing method for a stator of an electrical machine is also included.

Description

Die Erfindung betrifft einen segmentierten Stator für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stators.The The invention relates to a segmented stator for an electric machine and a method for producing such a stator.

Aus der WO 02/073778 A1 ist eine Reluktanzmaschine bekannt, deren Stator segmentiert aufgebaut ist. Die einzelnen Segmente sind in radialer Richtung T-förmig geformt und bilden auf diese Weise sowohl einen Zahn bzw. Pol als auch den Teil des Jochs, mit dem der Zahn bzw. der Pol verbunden ist.Out WO 02/073778 A1 discloses a reluctance machine whose stator is structured segmented. The individual segments are in the radial direction T-shaped shaped and form in this way both a tooth or pole as also the part of the yoke with which the tooth or the pole is connected is.

Die einteilige Ausführung von Zahn und dem diesem zugeordneten Jochanteil führt dazu, dass die Anbringung einer Wicklung an die Zähne des Stators nicht bzw. nur erschwert mittels so genannter Einzelzahn-Wickeltechnik erfolgen kann.The one-piece design of tooth and the yoke portion assigned to it leads to that the attachment of a winding to the teeth of the stator or not only made difficult by means of so-called single-tooth winding technique can.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, einen segmentierten Stator für eine elektrische Maschine zu schaffen, der die obengenannten Nachteile überwindet. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stators zu schaffen.It is in contrast Object of the invention, a segmented stator for an electric machine to create, which overcomes the above-mentioned disadvantages. It is still Object of the invention, a method for producing such a stator to accomplish.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 5 gelöst.The The object is achieved by the features of claim 1 and claim 5 solved.

Der erfindungsgemäße Stator, der eine Anzahl von Segmenten umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass eine bestimmte Anzahl von Segmenten als Jochsegmente und eine weitere bestimmte Anzahl von Segmenten als Zahn- bzw. Polsegmente ausgebildet ist. Jochsegmente und Zahnsegmenten sind in Umfangsrichtung abwechselnd nebeneinander angeordnet.Of the stator according to the invention, which comprises a number of segments is characterized by that a certain number of segments as yoke segments and one another specific number of segments as tooth or pole segments is trained. Yoke segments and tooth segments are in the circumferential direction alternately arranged side by side.

Vorteilhafterweise wird durch die Erfindung die Teilevielfalt bei der Herstellung von Statoren mit unterschiedlichen Durchmessern reduziert. Es werden nur zwei verschiedene Blechausschnitte, nämlich ein Blechausschnitt für das Zahnsegment und ein Blechausschnitt für das Jochsegment, für verschiedene Durchmesser benötigt. Dies führt auch zu einer Reduzierung des Blechverschnitts bei der Herstellung von Statoren. Die hohe Anzahl von Gleichteilen führt zu geringen Werkzeugkosten. Die Vermeidung von Blechverschnitt führt außerdem zu geringen Materialkosten.advantageously, is the invention, the variety of parts in the production of Stators with different diameters reduced. It will only two different sheet metal cutouts, namely a sheet metal cutout for the toothed segment and a sheet metal cutout for the yoke segment, for different diameters needed. this leads to also to a reduction of the sheet metal blanks in the production of stators. The high number of identical parts leads to low tooling costs. The avoidance of sheet metal cutting also leads to low material costs.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Zahnsegmente in einem ersten Schritt mit Einzelpolwicklungen bzw. Zahnspulen versehen. In einem weiteren Verfahrensschritt werden die nun gewickelten Zahnsegmente mit den Jochsegmenten unter Bildung eines zumindest teilweise ring- oder kreisförmigen Körpers verbunden. Handelt es sich bei der elektrischen Maschine um einen Innenläufer, so bilden die Zahn- bzw. Polsegmente und die Jochsegmente vorzugsweise einen ring- bzw. rohrförmigen Körper, in dem ein Rotor angeordnet werden kann. Handelt es sich bei der elektrischen Maschine um einen Ausläufer, so bilden die Zahn- und die Jochsegmente vorzugsweise einen kreisförmigen Körper, um welchen ein Rotor rotieren kann.at the method according to the invention In a first step, the toothed segments become single-pole windings or tooth coils provided. In a further process step the now wound tooth segments with the yoke segments under formation an at least partially annular or circular body connected. Is it? in the electric machine is an internal rotor, so The tooth or pole segments and the yoke segments preferably form a ring or tubular Body, in which a rotor can be arranged. Is it the case of electric machine around a spur, so form the tooth and the yoke segments preferably a circular body about which a rotor can rotate.

Da die Statorzähne durch eigene, selbständige (Zahn-)Segmente gebildet sind, erreicht eine Wicklung mittels Einzelzahn- bzw. Einzelpol-Wickeltechnik einen hohen Wirkungsgrad, was zu einem hohen Kupfer- bzw. Wickelmaterialfaktor führt. Mit Wickelmaterial ist das Material bezeichnet, was für die Wicklungen verwendet wird. Ein hoher Kupfer- bzw. Wickelmaterialanteil führt wiederum zu einer hohen Leistungsdichte und zu einem leistungsfähigen Stator bzw. zu einer leistungsfähigen elektrischen Maschine. Durch die Ausführung der Statorzähne als einzelne Segmente kann also mittels einer preiswerten Wickelmethode, wie der Einzelzahn-Wickeltechnik, eine hohe Leistungsdichte erzielt werden.There the stator teeth by own, independent (Tooth) segments are formed, achieved a winding by means of single-tooth or single-pole winding technology a high efficiency, resulting in a high copper or winding material factor leads. With wrapping material is called the material, what for the windings is used. A high proportion of copper or wrapping material in turn leads to a high power density and a powerful stator or to a powerful one electric machine. By the execution of the stator teeth as a single Segments can thus by means of a low-cost winding method, such as the single-tooth winding technique, a high power density achieved become.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the embodiments illustrated below with reference to the drawing. Showing:

1 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Stators, 1 a top view of a stator according to the invention,

2 eine Draufsicht auf ein Zahnsegment mit an diesem angeordneten Jochsegmenten, 2 a plan view of a toothed segment with arranged on this yoke segments,

3 eine zweite Draufsicht auf ein Zahnsegment mit an diesem angeordneten Jochsegmenten, 3 a second plan view of a toothed segment with arranged on this yoke segments,

4 eine perspektivische Darstellung eines Polsegments und einer Polwicklung vor dem Anbringen der Polwicklung auf dem Zahnsegment, 4 a perspective view of a pole segment and a pole winding before attaching the pole winding on the sector gear,

5 eine perspektivische Darstellung eines gewickelten Zahnsegments und 5 a perspective view of a wound toothed segment and

6 eine perspektivische Darstellung eines gewickelten Zahnsegments mit an diesem angeordneten Jochsegmenten. 6 a perspective view of a wound toothed segment arranged on this yoke segments.

Gleiche Bezugszeichen in den Figuren kennzeichnen funktionell gleiche Elemente.Same Reference numerals in the figures indicate functionally identical elements.

1 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Stator einer elektrischen Maschine, der aus einer bestimmten Anzahl von Jochsegmenten 1 und einer weiteren bestimmten Anzahl von Zahnsegmenten bzw. Polsegmenten 2 zusammengesetzt ist, wobei die Zahnsegmente 2 nach innen zeigen. Als mögliche elektrische Maschinen seien beispielhaft eine Asynchronmaschine, eine Synchronmaschine, eine Reluktanzmaschine genannt. Diese Aufzählung ist nicht abschließend. Bei dem dargestellten Stator handelt es sich um einen Stator für eine als Innenläufer ausgebildete elektrische Maschine. Der Stator ist also derart ausgeführt, dass er ein Rotor einer elektrischen Maschine ring- bzw. rohrförmig umschließen kann. Bei einer nicht dargestellten, als Außenläufer ausgebildeten elektrischen Maschine zeigen die Polsegmente entsprechend nach außen. 1 shows a plan view of a stator according to the invention an electric machine, which consists of a certain number of yokes Segmen th 1 and another specific number of tooth segments or pole segments 2 is composed, with the tooth segments 2 pointing inward. Examples of possible electrical machines are an asynchronous machine, a synchronous machine, a reluctance machine. This list is not exhaustive. The illustrated stator is a stator for an electrical machine designed as an internal rotor. The stator is thus designed such that it can surround a rotor of an electric machine in a ring-shaped or tubular manner. In an electric machine, not shown, designed as an external rotor, the pole segments are correspondingly exposed to the outside.

Vorzugsweise ist immer ein Zahnsegment 2 zwischen zwei Jochsegmenten 1 bzw. ein Jochsegment 1 zwischen zwei Zahnsegmenten 2 angeordnet. Die Anzahl der Jochsegmente 1 entspricht bevorzugterweise der Anzahl der Zahnsegmente 2. Selbstverständlich können zwischen zwei Zahnsegmenten 2 und auch zwei oder mehr Jochsegmente 1 angeordnet sein.Preferably, always a toothed segment 2 between two yoke segments 1 or a yoke segment 1 between two tooth segments 2 arranged. The number of yoke segments 1 preferably corresponds to the number of tooth segments 2 , Of course, between two tooth segments 2 and also two or more yoke segments 1 be arranged.

Das Jochsegment 1 ist vorzugsweise derart geformt, dass es in Umfangsrichtung gesehen breiter als hoch ist. Das Zahnsegment 2 hingegen ist vorzugsweise derart gestaltet, dass es in Umfangsrichtung höher als breit ist. Beide Segmente 1, 2 sind in der Draufsicht bevorzugterweise rechteckartig bzw. ovalartig geformt.The yoke segment 1 is preferably shaped so as to be wider than high in the circumferential direction. The toothed segment 2 however, it is preferably designed to be higher in the circumferential direction than wide. Both segments 1 . 2 are preferably rectangular-shaped or oval-shaped in plan view.

Der durch die Aneinanderreihung von Zahn- und Jochsegmente 2, 1 gebildete ring- bzw. rohrförmige Körper kann an seinem äußeren Umfang zumindest teilweise mit einer Hülle bzw. einem Gehäuse 4 versehen sein. Die Hülle 4 dient der Stabilisierung und dem Schutz des Stators.The by the juxtaposition of tooth and yoke segments 2 . 1 formed annular or tubular body may at least partially at its outer periphery with a shell or a housing 4 be provided. The case 4 serves to stabilize and protect the stator.

Bei gleichbleibender Teilegröße der Jochsegmente 1 und der Zahnsegmente 2 ergeben sich für unterschiedliche Anzahlen von Joch- und Zahnsegmenten 1, 2 unterschiedliche Durchmesser des Stators.With the same part size of the yoke segments 1 and the tooth segments 2 arise for different numbers of yoke and tooth segments 1 . 2 different diameters of the stator.

In der 2 ist eine Draufsicht auf ein Zahnsegment 2 dargestellt, an welchem seitlich je ein Jochsegment 1 angeordnet bzw. montiert ist. Zwischen dem Zahn- und dem jeweiligen Jochsegment 2, 1 ergibt sich ein spitzer Winkel α1. Durch Variation der Anzahl der Pol- und Jochsegmente 2, 1 stellt sich ein neuer Winkel α2 und somit ein neuer Durchmesser das Stators ein. Werden beispielsweise weniger Segmente 1, 2 für den Aufbau der Stators verwendet, so ergibt sich ein neuer Winkel α2, welcher kleiner ist als der ursprüngliche Winkel α1, und somit ein neuer und geringerer Durchmesser der Stators (3).In the 2 is a plan view of a toothed segment 2 represented, on which laterally each a yoke segment 1 is arranged or mounted. Between the tooth and the respective yoke segment 2 . 1 results in an acute angle α1. By varying the number of pole and yoke segments 2 . 1 a new angle α2 and thus a new diameter will set the stator. For example, become fewer segments 1 . 2 used for the construction of the stator, so there is a new angle α2, which is smaller than the original angle α1, and thus a new and smaller diameter of the stator ( 3 ).

In den 4 bis 6 ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stators gezeigt. In der 4 sind perspektivisch ein Pol- bzw. Zahnsegment 2 und eine Einzelpol- bzw. Einzelzahnwicklung 3, auch Zahnspule genannt, dargestellt. Das eine Zahnsegment 2 und die eine Einzelpolwicklung 3 stehen stellvertretend für sämtliche Zahnsegmente 2 und Wicklungen 3 der Stators. In einem ersten Verfahrenschritt wird das Zahnsegment 2 mit der Einzelpolwicklung 3 versehen. Dies erfolgt vorzugsweise in der Art, dass die Einzelpolwicklung 3 auf das Zahnsegment 2 geschoben wird. Dieser Vorgang ist durch einen Pfeil in der 4 angedeutet. 5 zeigt dann in perspektivischer Darstellung das Ergebnis dieses Vorgangs, nämlich ein Zahnsegment 2 mit einer auf diesem angebrachten Einzelpolwicklung 3, d. h. ein gewickeltes Zahnsegment bzw. einen gewickelten Zahn 2, 3.In the 4 to 6 a method for producing a stator according to the invention is shown. In the 4 are in perspective a pole or toothed segment 2 and a single-pole or single-tooth winding 3 , also called tooth coil, shown. The one toothed segment 2 and the one-pole winding 3 are representative of all tooth segments 2 and windings 3 the stator. In a first process step, the toothed segment 2 with the single-pole winding 3 Provided. This is preferably done in the way that the single-pole winding 3 on the toothed segment 2 is pushed. This process is indicated by an arrow in the 4 indicated. 5 then shows in perspective the result of this process, namely a toothed segment 2 with a single-pole winding mounted on it 3 ie a wound tooth segment or a wound tooth 2 . 3 ,

In einem weiteren Verfahrensschritt werden das nun gewickelte Zahnsegment 2, 3 bzw. die gewickelten Zahnsegmente 2, 3 mit Jochsegmenten 1 unter Bildung eines zumindest teilweise ring- oder kreisförmigen Körpers verbunden. Hierzu werden die gewickelten Zahnsegmente 2, 3 wie in der 6 dargestellt auf jeder Seite mit je einem Jochsegment 1 montiert.In a further method step, the now wound toothed segment 2 . 3 or the wound tooth segments 2 . 3 with yoke segments 1 connected to form an at least partially annular or circular body. For this purpose, the wound tooth segments 2 . 3 like in the 6 shown on each side, each with a yoke segment 1 assembled.

Handelt es sich bei dem Stator um einen Stator für eine als Innenläufer ausgeführte elektrische Maschine, so kann der sich ergebende ringförmige Körper in einem weiteren Verfahrensschritt an seinem äußeren Umfang zumindest teilweise mit einer Hülle 4 zur Stabilisierung versehen werden.If the stator is a stator for an electrical machine embodied as an internal rotor, the resulting annular body can, in a further method step, be at least partially provided with a sleeve on its outer circumference 4 be provided for stabilization.

Eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator ist besonders für den Einsatz in einem Verkehrsmittel, beispielsweise als Starter/Generator bzw. Motor/Generator in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug, geeignet.A Electric machine with a stator according to the invention is particularly suitable for use in a means of transport, for example as a starter / generator or Motor / generator in a motor vehicle, for example a hybrid vehicle or an electric vehicle.

Claims

Stator for an electric machine with single-pole winding ( 3 ) comprising a number of segments, characterized in that a certain number of segments are provided as yoke segments ( 1 ) and another specific number of segments as tooth segments ( 2 ) is trained.

Stator according to claim 1, characterized in that yoke and tooth segments ( 1 . 2 ) are arranged alternately side by side in the circumferential direction.

Stator according to Claim 1 or 2, characterized that the stator is designed in this way is that he has a rotor of an electric machine, at least partially annular or tubular can enclose.

Stator according to Claim 3, characterized in that the stator is provided at its outer circumference with a sleeve ( 4 ) is provided.

Process for producing a stator according to one of Claims 1 to 4, characterized by the following steps: - providing the tooth segments ( 2 ) with single-pole windings ( 3 ), - connecting the wound tooth segments ( 2 ) with the yoke segments ( 1 ) to form an at least partially annular or circular body.

Method according to claim 5, further characterized in that the annular body is provided at its outer periphery with a shell ( 4 ).