EP4639738A1 - Verfahren zur herstellung eines stators einer axialflussmaschine und nach diesem verfahren hergestellter stator - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines stators einer axialflussmaschine und nach diesem verfahren hergestellter stator

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Publication number
EP4639738A1
EP4639738A1 EP23817969.1A EP23817969A EP4639738A1 EP 4639738 A1 EP4639738 A1 EP 4639738A1 EP 23817969 A EP23817969 A EP 23817969A EP 4639738 A1 EP4639738 A1 EP 4639738A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
joining section
joining
pole
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23817969.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Wiegel
Mike Fuchslocher
Thomas Albrecht
Cornelius Hentrich
Tim Woolmer
Chris Abraham
Simon ODLING
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Mercedes Benz Group AG filed Critical Mercedes Benz Group AG
Publication of EP4639738A1 publication Critical patent/EP4639738A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/021—Magnetic cores
    • H02K15/022—Magnetic cores with salient poles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/12—Machines characterised by the bobbins for supporting the windings

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing at least part of a stator of an axial flux machine. Furthermore, the present invention relates to a stator for an axial flux machine and an electrical axial flux machine itself.
  • Axial flux machines can be implemented, for example, as disc motors, whose rotor and stator are disc-shaped.
  • the magnetic field runs parallel to the axis of rotation.
  • stator poles of an axial flux machine are arranged in a circumferential direction.
  • the individual teeth are usually insulated before the windings are applied. This insulation is achieved, for example, by overmolding the stator teeth with a plastic.
  • the publication JP 2006 325 345 describes a rotor whose plastic parts are joined together by laser welding. However, this is done with the aim of creating a media-tight, stable connection between the components of the rotor.
  • the object of the present invention is to simplify the manufacture of a stator for an axial flux machine.
  • a method for producing at least part of a stator of an axial flux machine.
  • the claimed method relates primarily to the joining of two stator poles and thus only to part of a stator of an axial flux machine.
  • more than two or all stator poles of a stator can also be joined together in this way.
  • a first joining section made of a first material is attached to a first stator pole of the stator.
  • a second joining section made of a second material is attached to a second stator pole of the stator.
  • the joining sections serve to join the stator poles together.
  • a stator pole will not have just one joining section, but usually four joining sections, two each for connecting to an adjacent stator pole.
  • the first joining section overlaps with the second joining section in the circumferential direction of the stator in an overlapping area.
  • the second joining section is located further out in relation to a center of the stator than the first joining section.
  • the second joining section should be freely accessible from the outside, while the first joining section can be covered by the second joining section.
  • the distance from the center of the stator to the second joining section is therefore greater than the distance from the center to the first joining section.
  • the second material is at least largely transparent to a given laser wavelength, while the first material is opaque to the given laser wavelength.
  • Two different materials are therefore used for the joining sections.
  • the second material of the outer second joining section is transparent and can also be referred to as a transmitter, while the material of the inner first joining section is opaque and can therefore also be referred to as an absorber.
  • the overlapping area is irradiated with laser radiation of the specified laser wavelength, which welds the first joining section to the second joining section.
  • the laser radiation can reach the first joining section and be absorbed there. This means that most of the energy, at least a large part, is absorbed in the inner first joining section, while little or no energy from the laser radiation is absorbed in the outer joining section.
  • the energy of the laser radiation is sufficiently high to melt the first joining section and thus weld it to the second joining section.
  • the second joining section may also be melted, at least in the surface area.
  • the joining sections are welded in such a way that the overlapping area seals off a cavity or cooling space between the two stator poles in a media-tight manner.
  • the pole teeth of the stator poles are usually surrounded by respective windings. Between the windings of two adjacent stator poles there is usually a small gap that can be used for the flow of coolant. This creates a cavity in which a cooling medium can flow. This cavity can be sealed in the axial direction by the two joining sections. To do this, it is usually necessary to weld the two joining sections along their entire radial extent (corresponds roughly to the radial extent of the stator poles). This naturally applies to both axial end faces.
  • the stator has a central axis that runs parallel to a respective main magnetic flux of the stator poles or the axial flux machine. This central axis corresponds to the eponymous axis of the axial flux machine.
  • the second joining section is then arranged axially or radially outside the first joining section in relation to the central axis. This means that with axial laser irradiation, the second (transparent) joining section is first penetrated by the laser beam before it hits the axially inner opaque joining section and is absorbed there.
  • the stator poles are each provided with a winding before welding. In general, the teeth or laminated cores of the stator poles can be completely overmolded with the respective material or insulating material. The respective winding of the stator pole can then be pushed or wound onto this insulating material. Once the individual stator poles have been provided with their windings, they can be plugged together and finally welded.
  • the two stator poles are plugged together before welding, and the two joining sections lock into one another and/or form a positive connection.
  • Locking into one another has the advantage that the stator poles already hold onto one another before they are welded.
  • the locking into one another can be achieved by means of a (detachable) snap connection.
  • the stator poles can be plugged onto one another in the circumferential direction so that they lock into one another.
  • other types of positive connection between the stator poles can also be selected.
  • neighboring stator poles can be plugged into one another using a tongue and groove principle, e.g. in the radial direction. In this case, for example, the groove represents one joining section and the tongue represents the other joining section. If the groove is transparent and the tongue is opaque, laser welding can also be implemented here.
  • a stator for an axial flow machine comprising a first joining section made of a first material on a first stator pole of the stator, a second joining section made of a second material on a second stator pole of the stator, wherein in a joined state of the first stator pole and the second stator pole, the first joining section overlaps with the second joining section in the circumferential direction of the stator in an overlap region, wherein the second joining section is further outward with respect to a center of the stator than the first joining section, wherein the second material is at least largely permeable to a predetermined laser wavelength, the first material is impermeable to the predetermined laser wavelength, and the first joining section is welded to the second joining section.
  • the first stator pole has a joining section of the first joining section type on the axial outside on a side facing the second stator pole and a joining section of the first joining section type on the axial outside on an opposite side.
  • the second stator pole has a joining section of the second joining section type on the axial outside on a side facing the first stator pole and a joining section of the second joining section type on the axial outside on an opposite side. This means that the first stator pole has a first joining section at each of its four corners in a radial plan view, and is opaque to the laser beam there.
  • the second stator pole has an external joining section made of a laser-transparent or laser-permeable material at each of its four corners visible in the radial plan view.
  • This can be easily achieved by two different forms of encapsulation of the stator poles, for example by encapsulating the second stator pole in a laser-transparent or laser-permeable material.
  • B. is completely overmolded with a laser-permeable plastic so that on both sides and on the two overlap areas in the circumferential direction (all four overlap areas of a pole) the "outer overlap" (external joining section) is always injected, and the first stator pole e.g.
  • stator poles are completely overmolded with a laser-impermeable plastic so that on both axial sides and on the two overlap areas in the circumferential direction (all four overlap areas of a pole) the "inner overlap” (internal joining section) is always injected.
  • These very different stator poles must then be arranged alternately in the circumferential direction so that an "outer overlap” (transparent) of the second stator pole can always overlap with the opaque “inner overlap” of the first stator pole and be welded. In this example there are therefore two different types of stator pole.
  • the first stator pole has a joining section of the type of the first joining section on the outside on a side facing the second stator pole and a joining section of the type of the second joining section on the outside on an opposite side
  • the second stator pole has a joining section of the type of the second joining section on the outside on a side facing the first stator pole and a joining section of the type of the first joining section on the outside on an opposite side.
  • the two stator poles are designed identically. can. In the radial plan view, for example, they have an outer overlap on one side and an inner overlap on the other.
  • stator pole This makes it possible to produce just one type of pole, which then has the outer overlap with the transparent material on one side (axially and/or circumferentially) and the inner overlap with the opaque material on the other side.
  • the pole would then be "asymmetrical" in the sense that two overlapping areas always have an outer overlap and two overlapping areas have an inner overlap.
  • Geometrically correct the pole would then be either axially symmetrical to the axial center plane, axially symmetrical to the center plane in the circumferential direction, or point-symmetrical to the center of the pole.
  • Such a stator pole would then have to be overmolded with two different materials, which can either be done in one step (using two or more injectors) or in several steps one after the other.
  • the first stator pole has the first joining section on a side facing the second stator pole and, axially opposite, a joining section of the type of the second joining section and, on an opposite side in the circumferential direction opposite the first joining section, a joining section of the type of the second joining section axially outside and, axially opposite the latter, a joining section of the type of the first joining section and, and the second stator pole has the second joining section on a side facing the first stator pole and, axially opposite, a joining section of the type of the first joining section and, axially opposite the latter, a joining section of the type of the second joining section.
  • the joining sections are molded onto pole shoes and/or pole teeth of the respective stator poles. If necessary, the respective stator pole can be completely molded with the respective (insulating) material. The material therefore fulfills a multiple function, namely insulation and mechanical fixing of the stator poles to one another.
  • one of the two joining sections in the overlapping area has a bead and the other of the two joining sections has a cavity, wherein in the joined state of the first stator pole and the second stator pole, the bead protrudes into the cavity.
  • this makes it possible to lock the two stator poles together.
  • this can be achieved by having overlapping areas on both axial sides of the stator poles each have such a bead and such a cavity and the respective beads protrude into the respective cavities when the stator poles are locked.
  • the beads and cavities can, for example, be round so that the stator poles lock into one another in a detachable manner. In principle, however, other geometric shapes of the beads and cavities can also be used.
  • the beads and cavities do not have to extend over the entire radial length of the stator poles. If necessary, one or more short radial sections in which the respective beads and cavities protrude into each other are sufficient.
  • the joining sections welded together in the overlapping area along the entire radial extension of the stator poles seal a cooling circuit (inside the stator poles).
  • a cooling circuit inside the stator poles.
  • the spaces that arise between the stator poles or between their windings when they are joined together can be used for a coolant flow.
  • a corresponding cooling circuit can be guided through all of the stator poles of the stator or just through a part of them.
  • the stator poles can be welded together along their entire radial extension (on both axial sides). Corresponding welds must then also be carried out on the radial end faces of the stator poles.
  • the joining sections can be positioned relative to one another in such a way that they press against one another when the first stator pole and the second stator pole are joined together.
  • This pre-tension can be used in particular to ensure that the joining sections lie firmly against one another during welding.
  • the outer joining section has an undercut so that it is designed to be resilient.
  • the inner joining section can then be pressed into this undercut so that both joining sections press against each other when joined together.
  • a tolerance gap is formed in the circumferential direction between the first joining section and the second joining section. This can, for example, prevent manufacturing tolerances from preventing the joining sections from locking into one another precisely. This can create a stable, process-reliable (particularly with regard to tolerances) and media-tight connection between the poles or pole shoes.
  • the two stator poles each have a winding
  • the joining sections are each arranged axially outside the windings.
  • the joining sections can be arranged exactly between the stator poles.
  • the joining sections can protrude axially beyond the stator poles.
  • the overlapping areas can advantageously be arranged outside the coil areas or winding areas. They can also protrude slightly beyond the pole shoe and the pole (if necessary symmetrically between the outer overlap and the inner overlap), so that the connection point is also exactly between two poles.
  • this can also be designed asymmetrically, so that only the outer overlap protrudes beyond the pole and the inner overlap is still arranged in the pole area. Then the connection point is still in the pole area and not (in the middle) between the two poles.
  • Fig. 1 shows a part of a stator of an axial flux machine
  • Fig. 2 is a sectional view of the stator of Fig. 1;
  • Fig. 3 is an enlarged detail of Fig. 2;
  • Fig. 4 is an enlarged section of Fig. 3.
  • Fig. 1 shows a section of a stator of an axial flux machine in perspective.
  • the stator is formed by a ring-shaped arrangement of a large number of stator poles 1 joined together.
  • the ring-shaped stator has a central axis 2, which not only forms the axis of rotation for one or more rotors (not shown), but also indicates the main magnetic flux direction.
  • the following descriptions (but also the above explanations) with regard to radial directions, axial directions and circumferential directions always refer to this central axis 2.
  • Each stator pole 1 has pole shoes 3 on its axial sides.
  • the pole shoes 3 are overmolded with a plastic 4, which can have holding and/or insulating functions.
  • Each individual stator pole 1 was originally manufactured separately and overmolded with the plastic 4. The individual stator poles 1 were then joined together to form the ring-shaped stator shown in Fig. 1.
  • the plastic overmolds 4 of two stator poles 1 meet when the stator poles 1 are joined together and form an overlap area 5, which runs essentially in the radial direction.
  • Each stator pole 1 has a winding 6, which is arranged between the axially spaced respective pole shoes 3 on a respective pole tooth (not visible here).
  • Fig. 2 shows a section through several stator poles 1 parallel to the central axis 2.
  • the section shows the arrangement of a respective pole tooth 7 for each stator pole 1 between the pole shoes 3.
  • Each pole tooth 7 is surrounded by a respective winding 6.
  • a partial area of the section in which two windings 6 of two adjacent stator poles 1 meet and in which part of the overlapping area 5 is also located is marked III.
  • This partial area III is shown enlarged in Fig. 3.
  • the pole tooth 7 can have an initial overmolding, which is also referred to here as (plastic) overmolding 4.
  • a respective winding 6 is applied to this initial overmolding in the area of the pole tooth 7.
  • the stator pole shown at the bottom of the drawing can be referred to as the first stator pole 11 and the pole shown at the top of the drawing can be referred to as the second stator pole 12.
  • the first stator pole 11 has a first joining section 21 on both axial sides.
  • the first joining section 21 protrudes in the circumferential direction beyond the pole shoes 3.
  • the first joining section 21 is preferably formed in one piece with the overmolding 41 of the pole tooth 7 of the first stator pole 11.
  • the overmolding 41 and the first joining section 21 are made of the same (plastic) material.
  • the second stator pole 12 has a second joining section 22 on both axial sides.
  • This second joining section 22 also projects in the circumferential direction beyond the pole shoes 3 of the second stator pole 12.
  • the first joining section 21 and the second joining section 22 overlap in the overlap region 5.
  • the second joining section 22 lies axially outside the respective first joining section 21 on both sides. Therefore, the first joining section 21 can be referred to as an inner overlap and the second joining section 22 as an outer overlap.
  • the first joining section 21 and the second joining section 22, i.e. inner overlap and outer overlap, are joined together by laser welding.
  • the second joining section 22, which is located on the outside, is made of a (largely) transparent material, so that a laser beam 9 can penetrate the second joining section 22 and the essential energy of the laser beam 9 can reach the inner first joining section 21.
  • This first joining section 21 melts and connects with the external second joining section 22.
  • this laser welding is carried out in the same way.
  • the overlap region 5, which is also designated IV in Fig. 3, is shown enlarged.
  • the essential part of the overlap region 5 is located between the pole shoes 3 of the two stator poles, which are opposite in the circumferential direction.
  • a transparent or partially transparent section 221 of the second joining section 22 is located between pole shoe side surfaces 31 of the respective pole shoes 3, which are opposite in the circumferential direction.
  • the opaque section 211 is melted in a contact region 10 by the laser beam (not shown in Fig. 4), which arrives from the left and penetrates the transparent section 221. This results in a melting region which lies in the contact region 10.
  • the first joining section 21 and the second joining section 22 are thus integrally connected by laser welding.
  • the joining sections 21 and 22 are designed on both opposite axial sides in such a way that they press against each other even before welding after the stator poles 11, 12 have been put together. This creates the contact pressure between the joining partners that is necessary for laser welding.
  • the transparent section 221 is formed with a cavity 222 that is open towards the center of the stator pole, i.e. in the direction of the windings 6.
  • the opaque section 211 has a bead 212.
  • both the cavity 222 and the bead 212 are round in cross-section.
  • the contours of these two components can also be chosen differently, e.g. pointed. It is advantageous if the cavity 222 and the bead 212 are geometrically designed in such a way that they lock into one another when the two stator poles 11 and 12 are plugged together. This has the advantage that the stator ring is held together even before welding.
  • the axial distance between the tips of the beads 212 in the non-joined state of the two stator poles 11 and 12 should be slightly larger than the distance between the deepest points of the cavities 222 of the axially opposite transparent sections 221.
  • the laser beam is guided, for example, in a radial direction over the entire radial extent of the overlap area 5. This welding creates a media-tight joint at least on the axial sides.
  • the stator can be sealed in a suitable manner on the outer circumference (if necessary also by overlapping and laser welding) in order to obtain a media-tight cooling circuit.

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Abstract

Ein vereinfachtes Verfahren zum Herstellen zumindest eines Teils eines Stators einer Axialflussmaschine entsteht durch Vorsehen eines ersten Fügeabschnitts (21) aus einem ersten Material an einen ersten Statorpol (11) und Vorsehen eines zweiten Fügeabschnitts (22) aus einem zweiten Material an einen zweiten Statorpol (12) des Stators. Dabei überlappen in Umfangsrichtung des Stators und im zusammengefügten Zustand der erste Fügeabschnitt (21) des ersten Statorpols (11) mit dem zweiten Fügeabschnitt (22) des zweiten Statorpols (12) in einem Überlappungsbereich (5). Dabei liegt der zweite Fügeabschnitt (22) in Bezug auf ein Zentrum des Stators weiter außen als der erste Fügeabschnitt (21). Dabei ist das zweite Material für eine vorgegebene Laserwellenlänge zumindest größtenteils durchlässig, aber das zweite Material für die vorgegebene Laserwellenlänge undurchlässig. Durch Bestrahlen des Überlappungsbereichs (5) mit Laserstrahlung (9) der vorgegebenen Laserwellenlänge wird der erste Fügeabschnitt (21) mit dem zweiten Fügeabschnitt (22) verschweißt. Außerdem wird ein nach diesem Verfahren hergestellter Stator beansprucht.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES STATORS EINER AXIALFLUSSMASCHINE UND NACH DIESEM VERFAHREN HERGESTELLTER STATOR
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen zumindest eines Teils eines Stators einer Axialflussmaschine. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Stator für eine Axialflussmaschine sowie eine elektrische Axialflussmaschine selbst.
Axialflussmaschinen können beispielsweise als Scheibenläufermotor realisiert sein, dessen Rotor und Stator scheibenförmig ausgebildet ist. Das Magnetfeld verläuft parallel zur Drehachse.
Die Statorpole einer Axialflussmaschine werden in Umfangsrichtung aneinander angeordnet. Die einzelnen Zähne werden in der Regel isoliert, bevor die Wicklungen aufgebracht werden. Diese Isolierung erfolgt beispielsweise durch Umspritzen der Statorzähne mit einem Kunststoff.
Im Zusammenhang mit der Fertigung von elektrischen Maschinen sind bestimmte Techniken wie Laserschweißen, Umgießen, Vergießen und Umspritzen sowie andere Methoden hinlänglich bekannt. Diesbezüglich sei auf die Druckschriften JP 2011193564 und WO 2011/037 087 verwiesen. Dort ist insbesondere auch angegeben, dass die Pole zum Zusammenfügen laserverschweißt und/oder umspritzt sein können.
In den Druckschriften US 2008/0315699 und DE 102016213 110 wird erwähnt, dass Kunststoffteile durch Laserschweißen miteinander verbunden und im/am Motor befestigt werden.
Die Druckschrift JP 2006 325 345 beschreibt einen Rotor, dessen Kunststoffteile durch Laserschweißen miteinander verbunden werden. Dies erfolgt jedoch mit der Aufgabe, eine mediendichte stabile Verbindung zwischen den Bauteilen des Rotors herzustellen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Herstellung eines Stators für eine Axialflussmaschine zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren und einen Stator gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird demnach ein Verfahren zum Herstellen zumindest eines Teiles eines Stators einer Axialflussmaschine bereitgestellt. Das beanspruchte Verfahren bezieht sich primär auf die Zusammenfügung zweier Statorpole und somit nur auf einen Teil eines Stators einer Axialflussmaschine. Natürlich können auch mehr als zwei beziehungsweise alle Statorpole eines Stators auf diese Weise zusammengefügt werden.
Zunächst erfolgt ein Anbringen eines ersten Fügeabschnitts aus einem ersten Material an einen ersten Statorpol des Stators. Analog erfolgt ein Anbringen eines zweiten Fügeabschnitts aus einem zweiten Material an einem zweiten Statorpol des Stators. Die Fügeabschnitte dienen dazu, die Statorpole aneinander zu fügen. In der Regel wird ein Statorpol nicht nur einen Fügeabschnitt aufweisen, sondern meist vier Fügeabschnitte, jeweils zwei für das Verbinden mit einem benachbarten Statorpol.
Dabei ist vorgesehen, dass in einem zusammengefügten Zustand des ersten Statorpols und des zweiten Statorpols der erste Fügeabschnitt mit dem zweiten Fügeabschnitt in Umfangsrichtung des Stators in einem Überlappungsbereich überlappen. In einer (axialen) Draufsicht auf den Überlappungsbereich bedeutet dies, dass die beiden Fügeabschnitte übereinander liegen.
Der zweite Fügeabschnitt liegt in Bezug auf ein Zentrum des Stators weiter außen als der erste Fügeabschnitt. Insbesondere sollte der zweite Fügeabschnitt von außen frei zugänglich sein, während der erste Fügeabschnitt von dem zweiten Fügeabschnitt verdeckt sein kann. Der Abstand vom Zentrum des Stators zu dem zweiten Fügeabschnitt ist also größer als der Abstand vom Zentrum zu dem ersten Fügeabschnitt.
Das zweite Material ist für eine vorgegebene Laserwellenlänge zumindest größtenteils durchlässig, während das erste Material für die vorgegebene Laserwellenlänge undurchlässig ist. Es werden also zwei verschiedene Materialien für die Fügeabschnitte verwendet. Vorzugsweise ist das zweite Material des außenliegenden zweiten Fügeabschnitts transparent und kann auch als Transmitter bezeichnet werden, während das Material des innenliegenden ersten Fügeabschnitts opak ist und daher auch als Absorber bezeichnet werden kann.
Schließlich erfolgt ein Bestrahlen des Überlappungsbereichs mit Laserstrahlung der vorgegebenen Laserwellenlänge, wodurch der erste Fügeabschnitt mit dem zweiten Fügeabschnitt verschweißt. Da der zweite, vorzugsweise transparente Fügeabschnitt außen liegt, kann die Laserstrahlung zum ersten Fügeabschnitt gelangen und dort absorbiert werden. Dies bedeutet, dass die meiste Energie, zumindest ein Großteil, in dem innenliegenden ersten Fügeabschnitt absorbiert wird, während in dem außenliegenden Fügeabschnitt keine oder nur wenig Energie der Laserstrahlung absorbiert wird. Dabei ist die Energie der Laserstrahlung ausreichend hoch, um den ersten Fügeabschnitt zu schmelzen und ihn so mit dem zweiten Fügeabschnitt zu verschweißen. Der zweite Fügeabschnitt wird dabei ggf. zumindest im Oberflächenbereich auch angeschmolzen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Fügeabschnitte derart verschweißt werden, dass der Überlappungsbereich einen Hohlraum bzw. Kühlraum zwischen den beiden Statorpolen mediendicht abschließt. Die Polzähne der Statorpole sind in der Regel von jeweiligen Wicklungen umgeben. Zwischen den Wicklungen zweier benachbarter Statorpole befindet sich in der Regel ein kleiner Spalt, der für den Durchfluss von Kühlmittel genutzt werden kann. Es ergibt sich damit ein Hohlraum, in dem ein Kühlmedium fließen kann. Dieser Hohlraum kann durch die beiden Fügeabschnitte in axialer Richtung abgedichtet werden. Dazu ist es in der Regel notwendig, die beiden Fügeabschnitte entlang ihrer gesamten radialen Erstreckung (entspricht etwa der radialen Erstreckung der Statorpole) verschweißt werden. Dies gilt natürlich für beide axialen Stirnseiten.
Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Stator eine Mittelachse besitzt, die parallel zu einem jeweiligen magnetischen Hauptfluss der Statorpole beziehungsweise der Axialflussmaschine verläuft. Diese Mittelachse entspricht der namensgebenden Achse der Axialflussmaschine. Der zweite Fügeabschnitt ist dann in Bezug auf die Mittelachse axial oder radial außerhalb des ersten Fügeabschnitts angeordnet. Dies bedeutet, dass bei axialer Lasereinstrahlung der zweite (transparente) Fügeabschnitt zuerst vom Laserstrahl durchdrungen wird, bevor er auf den axial innenliegenden undurchlässigen Fügeabschnitt trifft und dort absorbiert wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Statorpole vor dem Verschweißen jeweils mit einer Wicklung versehen werden. Generell können die Zähne beziehungsweise Blechpakete der Statorpole mit dem jeweiligen Material beziehungsweise Isoliermaterial vollständig umspritzt sein. Auf dieses Isoliermaterial kann dann die jeweilige Wicklung des Statorpols aufgeschoben oder aufgewickelt werden. Sind die einzelnen Statorpole mit ihren Wicklungen versehen, so können sie aneinander gesteckt und schließlich verschweißt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die beiden Statorpole vor dem Verschweißen aneinander gesteckt, und die beiden Fügeabschnitte rasten ineinander und/oder bilden einen Formschluss. Das ineinander Verrasten hat den Vorteil, dass die Statorpole bereits aneinander halten, bevor sie verschweißt sind. Das ineinander Rasten kann durch eine (lösbare) Schnappverbindung realisiert werden. Beispielsweise können die Statorpole so in Umfangsrichtung aufeinander gesteckt werden, so dass die miteinander verrasten. Es können aber auch andere Arten des Formschlusses zwischen den Statorpolen gewählt werden. Beispielsweise können so benachbarte Statorpole durch ein Nut-Feder-Prinzip z. B. in radialer Richtung ineinander gesteckt werden. In diesem Fall stellt beispielsweise die Nut den einen Fügeabschnitt und die Feder den anderen Fügeabschnitt dar. Wenn die Nut transparent ist und die Feder opak, lässt sich auch hier eine Laserverschweißung umsetzen.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch einen Stator für eine Axialflussmaschine, aufweisend einen ersten Fügeabschnitt aus einem ersten Material an einem ersten Statorpol des Stators, einen zweiten Fügeabschnitt aus einem zweiten Material an einem zweiten Statorpol des Stators, wobei in einem zusammengefügten Zustand des ersten Statorpols und des zweiten Statorpols der erste Fügeabschnitt mit dem zweiten Fügeabschnitt in Umfangsrichtung des Stators in einem Überlappungsbereich überlappen, wobei der zweite Fügeabschnitt in Bezug auf ein Zentrum des Stators weiter außen liegt als der erste Fügeabschnitt, wobei das zweite Material für eine vorgegebene Laserwellenlänge zumindest größtenteils durchlässig ist, das erste Material für die vorgegebene Laserwellenlänge undurchlässig ist, und der erste Fügeabschnitt mit dem zweiten Fügeabschnitt verschweißt ist.
Die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschilderten Variationsmöglichkeiten und Vorteile gelten sinngemäß auch für den erfindungsgemäßen Stator. Die entsprechenden Verfahrensmerkmale können bei dem Stator als funktionelle Merkmale gesehen werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der erste Statorpol an einer zum zweiten Statorpol gerichteten Seite jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts und auf einer gegenüberliegenden Seite ebenfalls jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts besitzt. Außerdem ist vorgesehen, dass der zweite Statorpol an einer zum ersten Statorpol gerichteten Seite jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts und auf einer gegenüberliegenden Seite ebenfalls jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts besitzt. Dies bedeutet, dass der erste Statorpol in radialer Draufsicht an seinen vier Ecken jeweils einen ersten Fügeabschnitt aufweist, und dort für den Laserstrahl undurchlässig ist. Dem gegenüber besitzt der zweite Statorpol an seinen in radialer Draufsicht erkennbaren vier Ecken jeweils einen außenliegenden Fügeabschnitt aus einem laserdurchsichtigen beziehungsweise -durchlässigen Material. Dies lässt sich einfach durch zwei verschiedene Umspritzungsformen der Statorpole realisieren, indem der zweite Statorpol z. B. mit einem laserdurchlässigen Kunststoff völlig umspritzt wird, so dass auf beiden Seiten und den beiden Überlappungsbereichen in Umfangsrichtung (alle vier Überlappungsbereiche eines Pols) entsprechend immer der „Außenüberlapp“ (außenliegender Fügeabschnitt) gespritzt, und der erste Statorpol z. B. mit einem laserundurchlässigen Kunststoff völlig umspritzt wird, so dass auf beiden axialen Seiten und auf den beiden Überlappungsbereichen in Umfangsrichtung (alle vier Überlappungsbereiche eines Pols) entsprechend immer der „Innenüberlapp“ (innenliegender Fügeabschnitt) gespritzt wird. Diese so unterschiedliche Statorpole müssen dann in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet werden, so dass immer ein „Außenüberlapp“ (durchsichtig) des zweiten Statorpols sich mit dem undurchsichtigen „Innenüberlapp“ des ersten Statorpols überlappen und verschweißt werden können. Es gibt in diesem Beispiel also zwei unterschiedliche Arten von Statorpolen.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Statorpol an einer zum zweiten Statorpol gerichteten Seite jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts und auf einer gegenüberliegenden Seite jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts besitzt und der zweite Statorpol an einer zum ersten Statorpol gerichteten Seite jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts und auf einer gegenüberliegenden Seite jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts besitzt. Dies wiederum bedeutet, dass die beiden Statorpole identisch ausgebildet werden können. In der radialen Draufsicht besitzen sie beispielsweise auf der einen Seite jeweils einen Außenüberlapp und auf der anderen Seite einen Innenüberlapp. Es ergibt sich somit also die Möglichkeit, nur eine Art von Pol herzustellen, der dann an einer Seite (axial und/oder Umfangsrichtung) den Außenüberlapp mit dem durchsichtigen Material und an der anderen Seite entsprechend den Innenüberlapp mit dem undurchsichtigen Material hat. Der Pol wäre dann an sich „asymmetrisch“ in dem Sinn, dass immer zwei Überlappungsbereiche einen Außenüberlapp und zwei Überlappungsbereiche einen Innenüberlapp haben. Geometrisch korrekt wäre der Pol dann entweder achsensymmetrisch zur axialen Mittelebene, achsensymmetrisch zur Mittelebene in Umfangsrichtung oder punktsymmetrisch zum Mittelpunkt des Pols. Beim Zusammenfügen der Statorpole zum Statorring muss dann nicht die Art der Pole abwechselnd beachtet werden, sondern allenfalls die räumliche Orientierung, so dass immer Außen- und Innenüberlapp zusammenkommen. Ein solcher Statorpol müsste dann aber mit zwei unterschiedlichen Materialien umspritzt werden, was entweder in einem Schritt (durch zwei oder mehr Injektoren) möglich ist oder auch in mehreren Schritten nacheinander erfolgen kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der erste Statorpol an einer zum zweiten Statorpol gerichteten Seite den ersten Fügeabschnitt und axial gegenüberliegend einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts und auf einer gegenüberliegenden Seite in Umfangsrichtung gegenüber dem ersten Fügeabschnitt axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts sowie letzterem axial gegenüberliegend einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts besitzt und der zweite Statorpol an einer zum ersten Statorpol gerichteten Seite den zweiten Fügeabschnitt und axial gegenüberliegend einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts und auf einer gegenüberliegenden Seite in Umfangsrichtung gegenüber dem zweiten Fügeabschnitt axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts sowie letzterem axial gegenüberliegend einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts besitzt. Dies bedeutet in der radialen Draufsicht, dass sich die Innenüberlappe (Typ des ersten Fügeabschnitts) und die Außenüberlappe (Typ des zweiten Fügeabschnitts) um den Statorpol herum abwechseln. Wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind dann zwar an einem Statorpol sowohl Außenüberlappe als auch Innenüberlappe vorgesehen, aber es genügt für die Herstellung des Statorrings eine einzige Art der Statorpole. In der radialen Draufsicht wäre ein Pol dann punktsymmetrisch zum Mittelpunkt des Pols. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators sind die Fügeabschnitte an Polschuhen und/oder Polzähnen der jeweiligen Statorpole angespritzt. Gegebenenfalls kann der jeweilige Statorpol vollständig mit dem jeweiligen (Isolier-) Material umspritzt sein. Dadurch erfüllt das Material eine Mehrfachfunktion, nämlich Isolierung und mechanische Fixierung der Statorpole aneinander.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass einer der beiden Fügeabschnitte in dem Überlappungsbereich einen Wulst und der andere der beiden Fügeabschnitte eine Kavität besitzt, wobei in dem zusammengefügten Zustand des ersten Statorpols und des zweiten Statorpols der Wulst in die Kavität ragt. Insbesondere kann dadurch ein Verrasten der beiden Statorpole aneinander realisiert werden. Speziell kann dies dadurch realisiert werden, dass Überlappungsbereiche an beiden axialen Seiten der Statorpole jeweils einen derartigen Wulst und eine derartige Kavität besitzen und die jeweiligen Wülste im verrasteten Zustand der Statorpole in die jeweiligen Kavitäten ragen. Die Wülste und Kavitäten können beispielsweise rund ausgestaltet sein, so dass die Statorpole lösbar ineinander rasten. Prinzipiell können aber auch andere geometrische Formen der Wülste und Kavitäten genutzt werden. Die Wülste und Kavitäten müssen sich auch nicht über die gesamte radiale Länge der Statorpole erstrecken. Gegebenenfalls genügen einer oder mehrere kurze radiale Abschnitte, bei denen die jeweiligen Wülste und Kavitäten ineinander ragen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators ist vorgesehen, dass die in dem Überlappungsbereich entlang der gesamten radialen Erstreckung der Statorpole aneinander geschweißten Fügeabschnitte einen Kühlkreislauf (im Inneren der Statorpole) abdichten. So können beispielsweise die Räume, die sich beim Aneinanderfügen der Statorpole zwischen diesen beziehungsweise zwischen deren Wicklungen ergeben, für einen Kühlmittelfluss genutzt werden. Ein entsprechender Kühlkreislauf kann durch sämtliche Statorpole des Stators oder auch nur durch einen Teil davon geführt sein. Damit dieser Kühlkreislauf abgedichtet wird, können die Statorpole entlang ihrer gesamten radialen Erstreckung (auf beiden axialen Seiten) miteinander verschweißt werden. An den radialen Stirnseiten der Statorpole sind dann ebenfalls entsprechende Verschweißungen vorzunehmen.
Die Fügeabschnitte können so zueinander positioniert sein, dass sie im aneinandergefügten Zustand des ersten Statorpols und des zweiten Statorpols aufeinander drücken. Diese Vorspannung kann insbesondere dazu dienen, dass die Fügeabschnitte beim Verschweißen fest aneinander liegen. Dazu ist es beispielsweise günstig, wenn der äußere Fügeabschnitt (Außenüberlapp) eine Hinterschneidung aufweist, so dass er federnd ausgestaltet ist. Der innere Fügeabschnitt (Innenüberlapp) kann dann in diese Hinterschneidung eingedrückt werden, so dass beide Fügeabschnitte im zusammengefügten Zustand aneinander drücken.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Fügeabschnitt und dem zweiten Fügeabschnitt ein Toleranzspalt ausgebildet ist. Dadurch kann beispielsweise ausgeschlossen werden, dass Fertigungstoleranzen ein exaktes Verrasten der Fügeabschnitte ineinander verhindern. Damit kann eine stabile, prozesssichere (insbesondere bezüglich Toleranzen) und mediendichte Verbindung zwischen den Polen beziehungsweise Polschuhen geschaffen werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel besitzen die beiden Statorpole jeweils eine Wicklung, und die Fügeabschnitte sind jeweils axial außerhalb der Wicklungen angeordnet. Optional können die Fügeabschnitte genau zwischen den Statorpolen angeordnet sein. Ebenfalls optional können die Fügeabschnitte über die Statorpole axial hinausragen. Beispielsweise können so die Überlappungsbereiche vorteilhaft außerhalb der Spulenbereiche beziehungsweise Wicklungsbereiche angeordnet werden. Dabei können sie auch leicht über den Polschuh und den Pol hinausragen (gegebenenfalls symmetrisch zwischen Außenüberlapp und Innenüberlapp), so dass die Verbindungsstelle auch genau zwischen zwei Polen liegt. Optional kann dies aber auch asymmetrisch ausgestaltet sein, so dass nur der Außenüberlapp über den Pol hinausragt und der Innenüberlapp noch im Polbereich angeordnet ist. Dann ist die Verbindungsstelle eben noch im Polbereich und nicht (mittig) zwischen den beiden Polen.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch eine elektrische Axialflussmaschine mit einem Stator der oben geschilderten Art gelöst.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Teil eines Stators einer Axialflussmaschine;
Fig. 2 eine Schnittansicht des Stators von Fig. 1;
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2; und
Fig. 4 einen vergrößerten Abschnitt von Fig. 3.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Stators einer Axialflussmaschine in perspektivischer Darstellung. Der Stator wird durch eine ringförmige Anordnung einer Vielzahl aneinander gefügter Statorpole 1 gebildet. Der ringförmige Stator besitzt eine zentrale Achse 2, die nicht nur die Drehachse für einen oder mehrere nicht dargestellte Rotoren bildet, sondern die auch die magnetische Hauptflussrichtung angibt. Die nachfolgenden Beschreibungen (aber auch die obigen Erläuterungen) in Bezug auf radiale Richtungen, axiale Richtungen und Umfangsrichtungen beziehen sich stets auf diese zentrale Achse 2.
Jeder Statorpol 1 besitzt an seinen axialen Seiten Polschuhe 3. Im vorliegenden Beispiel sind die Polschuhe 3 mit einem Kunststoff 4 umspritzt, der Halte- und/oder Isolieraufgaben besitzen kann. Jeder einzelne Statorpol 1 wurde ursprünglich separat gefertigt und mit dem Kunststoff 4 umspritzt. Anschließend wurden die einzelnen Statorpole 1 zu dem in Fig. 1 dargestellten ringförmigen Stator zusammengefügt. Die Kunststoffumspritzungen 4 von zwei Statorpolen 1 treffen beim Aneinanderfügen der Statorpole 1 aufeinander und bilden einen Überlappungsbereich 5, der im Wesentlichen in radialer Richtung verläuft.
Jeder Statorpol 1 besitzt jeweils eine Wicklung 6, die zwischen den axial beabstandeten jeweiligen Polschuhen 3 auf einem hier nicht sichtbaren jeweiligen Polzahn angeordnet ist.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch mehrere Statorpole 1 parallel zu der zentralen Achse 2. Der Schnitt zeigt für jeden Statorpol 1 die Anordnung eines jeweiligen Polzahns 7 zwischen den Polschuhen 3. Jeder Polzahn 7 ist von einer jeweiligen Wicklung 6 umgeben. Ein Teilbereich des Schnitts, in dem zwei Wicklungen 6 zweier benachbarter Statorpole 1 aufeinander treffen und in dem auch ein Teil des Überlappungsbereichs 5 liegt, ist mit III gekennzeichnet. Dieser Teilbereich III ist in Fig. 3 vergrößert dargestellt. Aus dieser Vergrößerung ist ersichtlich, dass der Polzahn 7 eine Erstumspritzung aufweisen kann, die hier auch als (Kunststoff)-Umspritzung 4 bezeichnet ist. Auf diese Erstumspritzung im Bereich des Polzahns 7 ist eine jeweilige Wicklung 6 aufgebracht. Zwischen den Wicklungen 6 der beiden aneinander angrenzenden Statorpole 1 ergibt sich ein Kühlraum 8, der mit einem Kühlmedium gefüllt sein kann.
In dem Beispiel von Fig. 3 kann der in der Zeichnung, unten dargestellte Statorpol als erster Statorpol 11 und der in der Zeichnung oben dargestellte Pol als zweiter Statorpol 12 bezeichnet werden. Der erste Statorpol 11 besitzt einen ersten Fügeabschnitt 21 jeweils an beiden axialen Seiten. Der erste Fügeabschnitt 21 ragt in Umfangsrichtung über die Polschuhe 3 hinaus. Der erste Fügeabschnitt 21 ist vorzugsweise mit der Umspritzung 41 des Polzahns 7 des ersten Statorpols 11 einteilig ausgebildet.
Insbesondere sind die Umspritzung 41 und der erste Fügeabschnitt 21 aus gleichem (Kunststoffj-Material gefertigt.
In gleicher Weise besitzt der zweite Statorpol 12 an beiden axialen Seiten einen zweiten Fügeabschnitt 22. Auch dieser zweite Fügeabschnitt 22 ragt in Umfangsrichtung über die Polschuhe 3 des zweiten Statorpols 12 hinaus.
In dem in Fig. 3 dargestellten zusammengefügten Zustand des ersten Statorpols 11 und des zweiten Statorpols 12 überlappen der erste Fügeabschnitt 21 und der zweite Fügeabschnitt 22 in dem Überlappungsbereich 5. Der zweite Fügeabschnitt 22 liegt an beiden Seiten axial außerhalb des jeweiligen ersten Fügeabschnitts 21. Daher kann der erste Fügeabschnitt 21 als Innenüberlapp und der zweite Fügeabschnitt 22 als Außenüberlapp bezeichnet werden.
Der erste Fügeabschnitt 21 und der zweite Fügeabschnitt 22, d. h. Innenüberlapp und Außenüberlapp, werden durch Laserschweißen aneinandergefügt. Dazu ist der zweite Fügeabschnitt 22, der außen liegt, aus einem (größtenteils) transparenten Material ausgebildet, so dass ein Laserstrahl 9 den zweiten Fügeabschnitt 22 durchdringen, und die wesentliche Energie des Laserstrahls 9 den innenliegenden ersten Fügeabschnitt 21 erreichen kann. Dieser erste Fügeabschnitt 21 schmilzt dabei an und verbindet sich mit dem außenliegenden zweiten Fügeabschnitt 22. Auf der gegenüberliegenden axialen Seite wird dieses Laserverschweißen in gleicher weise durchgeführt.
In Fig. 4 ist der Überlappungsbereich 5, der in Fig. 3 auch mit IV bezeichnet ist, vergrößert dargestellt. Der wesentliche Teil des Überlappungsbereichs 5 befindet sich zwischen den in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Polschuhen 3 der beiden Statorpole. Insbesondere befindet sich ein transparenter beziehungsweise teiltransparenter Teilabschnitt 221 des zweiten Fügeabschnitts 22 zwischen in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Polschuhseitenflächen 31 der jeweiligen Polschuhe 3. In axialer Richtung dahinter (bezogen auf den Einfall des Laserstrahls) befindet sich ein opaker Teilabschnitt 211 des innenliegenden ersten Fügeabschnitts 21. Durch den in Fig. 4 nicht eingezeichneten, von links eintreffenden Laserstrahl, der den transparenten Teilabschnitt 221 durchdringt, wird der opake Teilabschnitt 211 in einem Kontaktbereich 10 aufgeschmolzen. Dabei ergibt sich ein Aufschmelzbereich, der in dem Kontaktbereich 10 liegt. Damit sind der erste Fügeabschnitt 21 und der zweite Fügeabschnitt 22 durch Laserschweißen stoffschlüssig verbunden.
Die Fügeabschnitte 21 und 22 sind an beiden gegenüberliegenden axialen Seiten so gestaltet, dass sie bereits vor dem Verschweißen nach dem Zusammenstecken der Statorpole 11, 12 aufeinander drücken. Dadurch entsteht der beim Laserschweißen notwendige Anpressdruck zwischen den Fügepartnern.
Im Beispiel von Fig. 4 ist der transparente Teilabschnitt 221 mit einer Kavität 222 ausgebildet, die zur Mitte des Statorpols, d. h. in Richtung zu den Wicklungen 6 offen ist. Dem gegenüber besitzt der opake Teilabschnitt 211 einen Wulst 212. In dem dargestellten Beispiel ist sowohl die Kavität 222 als auch der Wulst 212 im Querschnitt rund. Die Konturen dieser beiden Komponenten können aber auch anders gewählt werden, z. B. spitz. Vorteilhaft ist, wenn die Kavität 222 und der Wulst 212 geometrisch so ausgestaltet sind, dass sie ineinander verrasten, wenn die beiden Statorpole 11 und 12 aneinander gesteckt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Statorring bereits vor dem Verschweißen zusammenhält. Um den soeben genannten Anpressdruck zu gewährleisten, sollte der axiale Abstand zwischen den Spitzen der Wülste 212 im nicht zusammengefügten Zustand der beiden Statorpole 11 und 12 etwas größer sein als der Abstand der tiefsten Punkte der Kavitäten 222 der axial gegenüberliegenden transparenten Teilabschnitte 221. Bei dem Verschweißen wird der Laserstrahl beispielsweise in radialer Richtung über die gesamte radiale Erstreckung des Überlappungsbereichs 5 geführt. Durch dieses Verschweißen entsteht zumindest an den axialen Seiten ein mediendichter Fügeverbund. Am Außenumfang kann der Stator in geeigneter Weise (ggf. auch durch Überlappe und Laserschweißen) abgedichtet werden, um einen mediendichten Kühlkreislauf zu erhalten.
Bezugszeichenliste
1 Statorpole
2 zentrale Achse
3 Polschuhe
4 (Kunststoff-) Umspritzung
5 Überlappungsbereich
6 Wicklung
7 Polzahn
8 Hohl- bzw. Kühlraum
9 Laserstrahl
10 Kontaktbereich
11 erster Statorpol
12 zweiter Statorpol
21 erster Fügeabschnitt
22 zweiter Fügeabschnitt
31 Polschuhseitenflächen
41 Umspritzung mit opakem Material
42 Umspritzung mit transparentem Material
211 opaker Teilabschnitt
212 Wulst
221 transparenter Teilabschnitt
222 Kavität
III Teilbereich
IV Teilbereich

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen zumindest eines Teils eines Stators einer
Axialflussmaschine gekennzeichnet, durch
- Anbringen eines ersten Fügeabschnitts (21) aus einem ersten Material an einen ersten Statorpol (11) des Stators,
- Anbringen eines zweiten Fügeabschnitts (22) aus einem zweiten Material an einen zweiten Statorpol (12) des Stators, wobei in einem zusammengefügten Zustand des ersten Statorpols (11) und des zweiten Statorpols (12) der erste Fügeabschnitt (21) mit dem zweiten Fügeabschnitt (22) in Umfangsrichtung des Stators in einem
Überlappungsbereich (5) überlappen, wobei der zweite Fügeabschnitt (22) in Bezug auf ein Zentrum des Stators weiter außen liegt als der erste Fügeabschnitt (21), wobei das zweite Material für eine vorgegebene Laserwellenlänge zumindest größtenteils durchlässig ist, das erste Material für die vorgegebene Laserwellenlänge undurchlässig ist, und Bestrahlen des Überlappungsbereichs mit Laserstrahlung (9) der vorgegebenen Laserwellenlänge, wodurch der erste Fügeabschnitt (21) mit dem zweiten Fügeabschnitt (22) verschweißt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeabschnitte derart verschweißt werden, dass der Überlappungsbereich (5) einen Hohlraum (8) zwischen den beiden Statorpolen (11, 12) mediendicht abschließt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Stator eine Mittelachse (2) besitzt, die parallel zu einem jeweiligen magnetischen Hauptfluss der Statorpole (11, 12) verläuft, der zweite Fügeabschnitt (22) in Bezug auf die Mittelachse axial außerhalb des ersten Fügeabschnitts (21) angeordnet ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorpole (11, 12) vor dem Verschweißen jeweils mit einer Wicklung (6) versehen werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Statorpole (11, 12) vor dem Verschweißen aneinander gesteckt werden, und die beiden Fügeabschnitte (21, 22) ineinander rasten und/oder einen Formschluss bilden.
6. Stator für eine Axialflussmaschine gekennzeichnet durch einen ersten Fügeabschnitt (21) aus einem ersten Material an einem ersten Statorpol (11) des Stators, einen zweiten Fügeabschnitt aus einem zweiten Material an einen zweiten Statorpol (12) des Stators, wobei in einem zusammengefügten Zustand des ersten Statorpols (11) und des zweiten Statorpols (12) der erste Fügeabschnitt (21) mit dem zweiten Fügeabschnitt (22) in Umfangsrichtung des Stators in einem Überlappungsbereich (5) überlappen, wobei der zweite Fügeabschnitt (22) in Bezug auf ein Zentrum des Stators weiter außen liegt als der erste Fügeabschnitt (21), wobei das zweite Material für eine vorgegebene Laserwellenlänge zumindest größtenteils durchlässig ist, das erste Material für die vorgegebene Laserwellenlänge undurchlässig ist, und der erste Fügeabschnitt (21) mit dem zweiten Fügeabschnitt (22) verschweißt ist.
7. Stator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Statorpol (11) an einer zum zweiten Statorpol (12) gerichteten Seite jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts (21) und auf einer gegenüberliegenden Seite ebenfalls jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts (11) besitzt und
- der zweite Statorpol (12) an einer zum ersten Statorpol (11) gerichteten Seite jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts (22) und auf einer gegenüberliegenden Seite ebenfalls jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts (22) besitzt.
8. Stator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Statorpol (11) an einer zum zweiten Statorpol (12) gerichteten Seite jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts (21) und auf einer gegenüberliegenden Seite jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts (22) besitzt und
- der zweite Statorpol (12) an einer zum ersten Statorpol (11) gerichteten Seite jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts (22) und auf einer gegenüberliegenden Seite jeweils axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts (21) besitzt.
9. Stator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Statorpol (11) an einer zum zweiten Statorpol (12) gerichteten Seite den ersten Fügeabschnitt und axial gegenüberliegend einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts (22) und auf einer gegenüberliegenden Seite in Umfangsrichtung gegenüber dem ersten Fügeabschnitt (21) axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts (22) sowie letzterem axial gegenüberliegend einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts (21) besitzt und - der zweite Statorpol (12) an einer zum ersten Statorpol (11) gerichteten Seite den zweiten Fügeabschnitt (22) und axial gegenüberliegend einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts (21) und auf einer gegenüberliegenden Seite in Umfangsrichtung gegenüber dem zweiten Fügeabschnitt (22) axial außen einen Fügeabschnitt vom Typ des ersten Fügeabschnitts (21) sowie letzterem axial gegenüberliegend einen Fügeabschnitt vom Typ des zweiten Fügeabschnitts (22) besitzt.
10. Stator nach einem der Ansprüche 6 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeabschnitte (21, 22) an Polschuhen (3) und/oder Polzähnen (7) der jeweiligen Statorpole (11, 12) angespritzt sind.
11. Stator nach einem der Ansprüche 6 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Fügeabschnitte (21, 22) in dem Überlappungsbereich (5) einen Wulst (212) und der andere der beiden Fügeabschnitte eine Kavität (222) besitzt, wobei in dem zusammengefügten Zustand des ersten Statorpols (11) und des zweiten Statorpols (12) der Wulst (212) in die Kavität (222) ragt.
12. Stator nach einem der Ansprüche 6 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Überlappungsbereich (5) entlang der gesamten radialen Erstreckung der Statorpole (11, 12) aneinandergeschweißten Fügeabschnitte (21, 22) einen Kühlkreislauf abdichten.
13. Stator nach einem der Ansprüche 6 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Fügeabschnitt (21) und dem zweiten Fügeabschnitt (22) ein Toleranzspalt ausgebildet ist.
14. Stator nach einem der Ansprüche 6 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Statorpole (11 , 12) jeweils eine Wicklung (6) besitzen, und die Fügeabschnitte (21, 22) jeweils axial außerhalb der Wicklungen (6) angeordnet sind.
15. Elektrische Axialflussmaschine mit einem Stator nach einem der Ansprüche 6 bis
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