WO2020224694A1 - Modularly constructed stator of an electrical machine - Google Patents

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WO2020224694A1
WO2020224694A1 PCT/DE2020/100172 DE2020100172W WO2020224694A1 WO 2020224694 A1 WO2020224694 A1 WO 2020224694A1 DE 2020100172 W DE2020100172 W DE 2020100172W WO 2020224694 A1 WO2020224694 A1 WO 2020224694A1
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WO
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stator
tooth
coil
modular
slot wedge
Prior art date
Application number
PCT/DE2020/100172
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German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Schwanemann
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
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Publication of WO2020224694A1 publication Critical patent/WO2020224694A1/en

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14Stator cores with salient poles
    • H02K1/146Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148Sectional cores
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H02K3/487Slot-closing devices
    • H02K3/493Slot-closing devices magnetic

Definitions

  • the invention relates to a modular stator of an electrical machine.
  • a stator known from the prior art usually comprises a plurality of stator slots in which so-called excitation windings are arranged.
  • a current flow through the field windings generates a magnetic field of the Sta sector, which z. B. interacts with a magnetic field of a rotor of an electrical Ma machine to produce a rotary motion.
  • slot wedges are inserted into the slots.
  • the slot wedges close an opening in the stator slot.
  • a key factor in electrical machines is the power density that can be achieved in a defined installation space.
  • the achievable active sheet metal length and the degree of copper filler that can be achieved in it, as well as the connection of the copper to the laminated core, are particularly relevant.
  • stator also plays a role in achieving a high power density.
  • a modular stator of an electrical machine comprises:
  • Each stator tooth has a foot element to form an outer stator ring and two tooth flanks.
  • the two tooth flanks are preferably inclined towards one another.
  • the stator tooth is preferably designed to be trapezoidal in cross section.
  • the foot element has an engagement element, in particular a groove, for a receiving element on the side of the first tooth flank.
  • the foot element advantageously has a receiving element, in particular a spring, for the engagement element on the side of the second tooth flank.
  • the engagement element is preferably designed to engage in the receiving element.
  • each stator tooth has a head element which has a connecting area for a positive connection with a Nutkeilele element.
  • the modular stator advantageously has a pre-wound and pre-formed coil element which is adapted to the shape of a stator tooth.
  • the coil element is designed as a so-called concentrated Wick development.
  • the modular stator comprises a slot wedge element that is inserted between two adjacent stator teeth and is in a handle with a respective connection area of a head element of the stator teeth.
  • a slot wedge element With the aid of a slot wedge element, a coil element can be fixed in the stator slots or on a stator tooth or secured against slipping out of the stator slots, the slot wedge element closing an opening in the stator slot.
  • slot wedge elements are used for wedging or stabilizing the winding or the winding body within a slot. Namely, a coil element can thus be secured to a stator tooth.
  • Each stator tooth has a base element to form an outer stator ring and two tooth flanks which are inclined to one another,
  • the foot element having an engagement element, in particular a groove, for a receiving element on the side of the first tooth flank,
  • the foot element having a receiving element, in particular a spring, for the engagement element on the side of the second tooth flank,
  • the engagement element is designed to precisely ensure that the receiving element,
  • Each stator tooth has a head element which has a connecting area for a positive connection with a slot wedge element
  • a slot wedge element inserted between two adjacent stator teeth and in engagement with a respective connection area of a head element of the stator teeth.
  • the aforementioned combination of features has the particular technical advantage that a modular stator of an electrical machine can thus be specified, which can be manufactured cost-effectively and in a material-saving manner and enables a particularly large increase in power density.
  • the coil element advantageously has a rectangular wire and / or a rod and / or a round wire.
  • the coil element has a shaped wire which is adapted to the groove geometry between two adjacent stator teeth.
  • the modular stator is designed as a solid core with distributed winding with rectangular wires (for example hairpin, I-pin, wave winding, etc.).
  • the flanks of the grooves of the stator preferably run parallel to one another.
  • it is therefore preferably very close to the laminated core of the stator over the entire depth of the groove, so that there is advantageously a good thermal connection between the copper and the stator core.
  • the coil element is preferably designed with or without a coil body.
  • the coil element is formed out with or without insulating paper.
  • the modular stator is preferably designed as a single layer, where in this embodiment only every second stator tooth carries a coil element.
  • each stator tooth in this embodiment carrying a coil element.
  • a coil element advantageously extends from one stator tooth and another.
  • one coil element abuts another.
  • the diameters of the coil elements are thus preferably designed differently in the respective configurations.
  • the wire of the preformed coil element is clamped in itself and / or is provided with an adhesive substance in order to lock the predetermined shape before it is attached to a stator tooth.
  • the coil element is clamped and / or encapsulated and / or impregnated and / or already through the slot wedge element near the air gap to fix it in the slots of the fully assembled stator
  • the clamping system used in the assembly and / or the adhesive material is held in place.
  • the slot wedge element advantageously has an engagement area, in particular two engagement areas, for engaging the connecting areas of a head element of the stator teeth.
  • the engagement area is geometrically designed such that it engages positively and / or frictionally in the connection area of a head element of the stator teeth.
  • the engagement area and the connection area form a type of dovetail connection.
  • slot wedge element prefferably designed to be magnetically non-conductive and / or magnetically conductive.
  • the groove wedge element is preferably designed as a multi-component element which is partially magnetically conductive and partially non-magnetically conductive.
  • the slot wedge element preferably comprises a magnetically conductive component and a non-magnetically conductive component.
  • the magnetically conductive component has a parabolic profile in cross section within the slot wedge element.
  • the magnetically conductive component advantageously has a cross section within the slot wedge element which is based on a ship's anchor.
  • the shape or the course of the magnetically conductive component in cross section within a slot wedge element is designed to optimize the magnetic flux with regard to the respective design and application of the respective stator.
  • the engagement element is designed to engage in the receiving element in a form-fitting and / or frictional manner.
  • the modular stator advantageously has a multiplicity of stator teeth.
  • a stator or an electric machine stator is advantageously constructed with concentrated windings.
  • a stator tooth of the stator expediently tapers in a trapezoidal shape, with preferably no tooth tips or head elements being formed.
  • the coils of the teeth or the coil elements are advantageously placed on the teeth.
  • the coil elements are preferably fixed in a slot of the stator by slot wedge elements that are not magnetically conductive or partially or completely magnetically conductive and / or treated by potting and / or impregnation.
  • FIG. 1 shows a plan view of a stator according to the invention which is built on a modular basis according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a plan view of a stator according to the invention, which is constructed in a modular manner, according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows an enlarged illustration of part of FIG. 1
  • FIG. 4 shows an enlarged illustration of part of FIG. 2
  • Figure 1 shows a plan view of a modular Sta tor according to the invention according to a first embodiment.
  • Figure 1 shows a modular stator 1 of an electrical machine's rule. This has a multiplicity of stator teeth 2, 3, a first stator tooth 2 and a second stator tooth 3, which are connected to one another and arranged adjacent to one another, are dealt with below by way of example.
  • Each of the aforementioned stator teeth 2, 3 has a foot element 4, 5 for forming an external stator ring 6 and two tooth flanks 7, 8 which are inclined towards one another.
  • the foot element 4, 5 comprises a gripping element 9, in particular a groove, for a receiving element 10 on the side of the first tooth flank 7 and a receiving element 10, in particular a spring, for the engaging element 9 on the second tooth flank 8.
  • the engagement element 9 is designed to engage with the receiving element 10 in a form-fitting and / or frictional-fitting manner.
  • each stator tooth 2, 3 has a head element 1 1, which has two connecting areas 12, 13 for a positive connection with one slot wedge element 15 each.
  • the stator 1 has a pre-wound and pre-shaped coil element 14 which is adapted to the shape of a stator tooth 2, 3 and is constructed as a concentrated winding.
  • This coil element 14 is or will be pushed onto a stator tooth 2, 3.
  • stator 1 has a slot wedge element 15 or various slot wedge elements 15, which are inserted between two adjacent stator teeth 2, 3 and in engagement with each have a connection area 12, 13 of a head element 1 1 of the stator teeth 2, 3.
  • the modular stator 1 is formed as a single layer, with only every second stator tooth 2 carrying a coil element 14 in this embodiment.
  • the modular stator 1 is designed as a double layer, with each stator tooth 2, 3 carrying a coil element 14 in this embodiment.
  • each stator tooth 2, 3 carrying a coil element 14 in this embodiment.
  • FIG. 2 shows a plan view of a modular stator 1 according to the invention according to a second exemplary embodiment, FIG. 4 being an enlarged representation of a part of FIG.
  • Figures 1 to 4 show that the coil element 14 has a rectangular wire. It is also possible for the coil element 14 to have a rod and / or a round wire.
  • the coil element 14 prefferably has a shaped wire which is adapted to the groove geometry between two adjacent stator teeth 2, 3.
  • this coil element 14 is formed without a coil body and without insulation paper.
  • the wire of the pre-formed coil element 14 is also clamped in on itself and provided with an adhesive material in order to lock the predetermined shape before it is attached to a stator tooth 2, 3.
  • FIG. 5 shows various design options for slot wedge elements 15.
  • the coil element 14 is clamped in place in the grooves 16 of the fully assembled stator 1 near the air gap in order to fix it.
  • the slot wedge element 15 has two engagement areas 19, 20 for engaging the connecting areas 12, 13 of the head elements 11 of the stator teeth 2, 3.
  • Each engagement area 19, 20 is geometrically designed in such a way that it is positively and frictionally engaged in the connection area 12, 13 of a head element 11 of the
  • Stator teeth 2, 3 engages.
  • FIG. 5 shows that the slot wedge element 15 can be designed to be magnetically non-conductive and / or magnetically conductive.
  • the first slot wedge element 15 shown as an example in FIG. 5 is designed to be exclusively magnetically conductive.
  • slot wedge element 15 is designed as a multi-component element which is partially magnetically conductive and partially non-magnetically conductive.
  • the slot wedge element 15 has a magnetically conductive component 17 and a non-magnetically conductive component 18.
  • the magnetically conductive component 17 in cross section has a parabolic course within the slot wedge element 14, the magnetically conductive component 17 in a further embodiment has a course in cross section within the slot wedge element 14, which is based on a ship's anchor.
  • the shape or the course of the magnetically conductive component 17 in cross section within a slot wedge element 15 optimizes the magnetic flux with regard to the respective design and application of the respective stator 1.
  • FIGS. 1 to 5 are described again in different words.
  • stator 1 or the electric machine stator is constructed accordingly with concentrated windings.
  • a stator tooth 2, 3 is constructed in such a way that in the assembled state its tooth flanks 7, 8 of two adjacent individual teeth 2, 3 or stator teeth run parallel or only slightly obliquely to one another.
  • the tooth thus tapers in a trapezoidal shape.
  • the coils or coil elements 14 of the stator teeth 2, 3 are preformed from rectangle wires or rods (with or without bobbins and / or with / without insulating paper, depending on the application) and placed on the teeth 2, 3.
  • stator teeth 2, 3 it is also conceivable to preform the coil elements 14 of the stator teeth 2, 3 from shaped wire adapted to the groove geometry (with or without Spulenkör by and / or with / without insulation paper, depending on the application) and to attach them to the teeth.
  • stator 1 As shown in FIGS.
  • the stator 1 can be constructed as a single layer (only every second tooth carries a coil - see FIGS. 1 and 3) or as a double layer (each tooth carries a coil - see FIGS. 2 and 4).
  • the aim is to use this structure to achieve a very high copper slot fill factor and thus also to achieve a good thermal connection between the copper and the laminated core (not shown) of the stator 1.
  • the coil elements 14 are locked in their position via a clamping system and / or an adhesive material.
  • the coil elements 14 are clamped and / or potted and / or impregnated with a slot wedge element 15 near the air gap and / or by the clamping system and / or one already used in the assembly adhesive material held.
  • the slot wedge elements 15 listed as a variant cannot be made magnetically or magnetically conductive or can be constructed from multi-component elements, some of which are magnetically conductive and some are not magnetically conductive, in such a way that they form a tooth head ideal for the application for the respective adjacent teeth 2, 3 (compare FIG. 5).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

The invention relates to a modularly constructed stator (1) of an electrical machine, the stator having the following features: a first stator tooth (2) and a second stator tooth (3), which are interconnected and arranged adjacent to one another, each stator tooth (2, 3) having a base element (4, 5) for forming an outer stator ring (6) and having two tooth flanks (7, 8), which are inclined in relation to each other, the base element (4, 5) having, on the side of the first tooth flank (7), an engagement element (9), in particular a groove, for a receiving element (10), the base element (4, 5) having, on the side of the second tooth flank (8), a receiving element (10), in particular a tongue, for the engagement element (9), the engagement element (9) being designed to engage in the receiving element (10), each stator tooth (2, 3) having a head element (11), which has a connection region (12, 13) for interlocking connection to a slot wedge element (15); a prewound and preformed coil element (14), which is matched to the shape of a stator tooth (2, 3), the coil element (14) being slid onto a stator tooth (2, 3); and a slot wedge element (15), which is inserted between two adjacent stator teeth (2, 3) and is in engagement with a connection region (12, 13) of a head element (11) of each of said stator teeth (2, 3).

Description

Modular aufqebauter Stator einer elektrischen Maschine Modular stator of an electrical machine
Die Erfindung betrifft einen modular aufgebauten Stator einer elektrischen Maschine.The invention relates to a modular stator of an electrical machine.
Üblicherweise umfasst ein aus dem Stand der Technik bekannter Stator mehrere Statornuten, in denen so genannte Erregerwicklungen angeordnet sind. A stator known from the prior art usually comprises a plurality of stator slots in which so-called excitation windings are arranged.
Ein Stromfluss durch die Erregerwicklungen erzeugt ein magnetisches Feld des Sta tors, welches z. B. mit einem magnetischen Feld eines Rotors einer elektrischen Ma schine zusammenwirkt, um eine Drehbewegung zu erzeugen. A current flow through the field windings generates a magnetic field of the Sta sector, which z. B. interacts with a magnetic field of a rotor of an electrical Ma machine to produce a rotary motion.
Um die Erregerwicklungen bzw. Spulenelemente in den Statornuten bzw. an den Statorzähnen zu fixieren bzw. ein Flerausrutschen der Erregerwicklungen aus den Statornuten zu verhindern, werden so genannte Nutkeile in die Nuten eingebracht. Die Nutkeile verschließen dabei eine Öffnung der Statornut. In order to fix the excitation windings or coil elements in the stator slots or on the stator teeth or to prevent the excitation windings from slipping out of the stator slots, so-called slot wedges are inserted into the slots. The slot wedges close an opening in the stator slot.
In diesem Zusammenhang ist bei elektrischen Maschinen ein Schlüsselfaktor (neben dem Preis) die in einem definierten Bauraum erreichbare Leistungsdichte. In this context, a key factor in electrical machines (in addition to the price) is the power density that can be achieved in a defined installation space.
Hierbei ist vor allem die erreichbare aktive Blechlänge und der darin erreichbare Kup fernutfüllgrad, sowie die Anbindung des Kupfers an das Blechpaket relevant. Here, the achievable active sheet metal length and the degree of copper filler that can be achieved in it, as well as the connection of the copper to the laminated core, are particularly relevant.
Denn nur bei hohen Leistungsdichten können zum Beispiel elektrische Maschinen verkleinert werden und somit Gewicht zum Beispiel bei einem Automobil eingespart werden. Because only at high power densities can electrical machines, for example, be reduced in size and thus weight saved, for example in an automobile.
Selbstverständlich spielt auch die Ausgestaltung eines Stators eine Rolle, um eine hohe Leistungsdichte zu erreichen. Of course, the design of a stator also plays a role in achieving a high power density.
Um dies zu erreichen, ist ein einfacher Aufbau wünschenswert, mit welchem eine prä zise Fertigung eines Stators erzielbar ist. To achieve this, a simple structure is desirable, with which a precise manufacture of a stator can be achieved.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen modular aufgebauten Stator einer elektrischen Maschine anzugeben, welcher kostengünstig und materialsparend herstellbar ist sowie eine Erhöhung der Leistungsdichte durch Optimierung bestehen der Topologien einer elektrischen Maschine gewährleistet. It is therefore the object of the present invention to specify a modular stator of an electrical machine, which can be manufactured cost-effectively and in a material-saving manner and which ensures an increase in the power density by optimizing existing topologies of an electrical machine.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Pa tentanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Un teransprüche. Erfindungsgemäß umfasst bei der vorliegenden Erfindung ein modular aufgebauter Stator einer elektrischen Maschine: This object is achieved according to the invention by the features of the independent patent claim. Further advantageous developments are the subject of the sub-claims. According to the present invention, a modular stator of an electrical machine comprises:
- einen ersten Statorzahn und einen zweiten Statorzahn, die miteinander ver bunden und benachbart angeordnet sind, - A first stator tooth and a second stator tooth, which are connected to each other and arranged adjacent,
- wobei jeder Statorzahn ein Fußelement zur Bildung eines außenliegenden Statorrings und zwei Zahnflanken aufweist. - Each stator tooth has a foot element to form an outer stator ring and two tooth flanks.
Bevorzugterweise sind die zwei Zahnflanken gegeneinander geneigt. Vorzugsweise ist der Statorzahn im Querschnitt trapezförmig ausgebildet. The two tooth flanks are preferably inclined towards one another. The stator tooth is preferably designed to be trapezoidal in cross section.
Auch ist es bevorzugt, dass das Fußelement auf Seiten der ersten Zahnflanke ein Eingriffselement, insbesondere eine Nut, für ein Aufnahmeelement aufweist. It is also preferred that the foot element has an engagement element, in particular a groove, for a receiving element on the side of the first tooth flank.
Günstigerweise weist das Fußelement auf Seiten der zweiten Zahnflanke ein Aufnah meelement, insbesondere eine Feder, für das Eingriffselement auf. The foot element advantageously has a receiving element, in particular a spring, for the engagement element on the side of the second tooth flank.
Vorzugsweise ist das Eingriffselement ausgebildet, in das Aufnahmeelement einzu greifen. The engagement element is preferably designed to engage in the receiving element.
Des Weiteren ist es günstig, wenn jeder Statorzahn ein Kopfelement aufweist, das ei nen Verbindungsbereich für eine formschlüssige Verbindung mit einem Nutkeilele ment aufweist. Furthermore, it is advantageous if each stator tooth has a head element which has a connecting area for a positive connection with a Nutkeilele element.
Vorteilhafterweise weist der modular aufgebaute Stator ein vorgewickeltes und vorge formtes Spulenelement, das an die Form eines Statorzahns angepasst ist, auf. The modular stator advantageously has a pre-wound and pre-formed coil element which is adapted to the shape of a stator tooth.
Hierbei ist es günstig, wenn das Spulenelement als sogenannte konzentrierte Wick lung ausgebildet ist. It is advantageous if the coil element is designed as a so-called concentrated Wick development.
Dabei ist es von Vorteil, wenn das Spulenelement auf einen Statorzahn aufgeschoben ist. It is advantageous if the coil element is pushed onto a stator tooth.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der modular aufgebaute Stator ein Nutkeilelement um fasst, das zwischen zwei benachbarten Statorzähnen eingesetzt ist und sich im Ein griff mit je einem Verbindungsbereich eines Kopfelements der Statorzähne befindet. Mithilfe eines Nutkeilelements kann ein Spulenelement in den Statornuten bzw. an ei nem Statorzahn fixiert werden bzw. gegen Flerausrutschen aus den Statornuten gesi chert werden, wobei das Nutkeilelement eine Öffnung der Statornut verschließt. Günstigerweise führt die Verwendung von Nutkeilelementen mit Ferrit in z. B. Axial- fluss-Statoren zur Reduktion des Nutrastmoments. Auch ist es günstig, wenn Nutkeil elemente zur Verkeilung bzw. Stabilisierung der Wicklung bzw. des Wicklungskörpers innerhalb einer Nut verwendet werden. Somit kann nämlich ein Spulenelement an ei nem Statorzahn gesichert werden. It is also advantageous if the modular stator comprises a slot wedge element that is inserted between two adjacent stator teeth and is in a handle with a respective connection area of a head element of the stator teeth. With the aid of a slot wedge element, a coil element can be fixed in the stator slots or on a stator tooth or secured against slipping out of the stator slots, the slot wedge element closing an opening in the stator slot. Conveniently, the use of slot wedge elements with ferrite in z. B. Axial flux stators to reduce the cogging torque. It is also advantageous if slot wedge elements are used for wedging or stabilizing the winding or the winding body within a slot. Namely, a coil element can thus be secured to a stator tooth.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der modular aufgebaute Stator einer elektrischen Maschine folgende Kombination von Merkmalen umfasst: In a preferred embodiment of the invention it can be provided that the modular stator of an electrical machine comprises the following combination of features:
- einen ersten Statorzahn und einen zweiten Statorzahn, die miteinander ver bunden und benachbart angeordnet sind, - A first stator tooth and a second stator tooth, which are connected to each other and arranged adjacent,
- wobei jeder Statorzahn ein Fußelement zur Bildung eines außen-liegenden Statorrings und zwei Zahnflanken aufweist, die gegeneinander geneigt sind, - Each stator tooth has a base element to form an outer stator ring and two tooth flanks which are inclined to one another,
- wobei das Fußelement auf Seiten der ersten Zahnflanke ein Eingriffselement, insbesondere eine Nut, für ein Aufnahmeelement aufweist, - The foot element having an engagement element, in particular a groove, for a receiving element on the side of the first tooth flank,
- wobei das Fußelement auf Seiten der zweiten Zahnflanke ein Aufnahmeele ment, insbesondere eine Feder, für das Eingriffselement aufweist, - The foot element having a receiving element, in particular a spring, for the engagement element on the side of the second tooth flank,
- wobei das Eingriffselement ausgebildet ist, in das Aufnahmeelement einzugrei fen, - The engagement element is designed to einzugrei fen into the receiving element,
- wobei jeder Statorzahn ein Kopfelement aufweist, das einen Verbindungsbe reich für eine formschlüssige Verbindung mit einem Nutkeilelement aufweist, - Each stator tooth has a head element which has a connecting area for a positive connection with a slot wedge element,
- ein vorgewickeltes und vorgeformtes Spulenelement, das an die Form eines Statorzahns angepasst ist, - a pre-wound and pre-formed coil element that is adapted to the shape of a stator tooth,
- wobei das Spulenelement auf einen Statorzahn aufgeschoben ist, und - wherein the coil element is pushed onto a stator tooth, and
- ein Nutkeilelement, eingesetzt zwischen zwei benachbarten Statorzähnen und im Eingriff mit je einem Verbindungsbereich eines Kopfelements der Statorzäh ne. - A slot wedge element, inserted between two adjacent stator teeth and in engagement with a respective connection area of a head element of the stator teeth.
Die vorgenannte Kombination von Merkmalen hat den besonderen technischen Vor teil, dass damit ein modular aufgebauter Stator einer elektrischen Maschine angege ben werden kann, welcher kostengünstig und materialsparend herstellbar ist sowie ei ne besonders große Erhöhung der Leistungsdichte ermöglicht. Vorteilhafterweise weist das Spulenelement einen Rechteckdraht und/oder einen Stab und/oder einen Runddraht auf. The aforementioned combination of features has the particular technical advantage that a modular stator of an electrical machine can thus be specified, which can be manufactured cost-effectively and in a material-saving manner and enables a particularly large increase in power density. The coil element advantageously has a rectangular wire and / or a rod and / or a round wire.
Alternativ oder ergänzend ist es von Vorteil, wenn das Spulenelement einen Form draht aufweist, der an die Nutgeometrie zwischen zwei benachbarten Statorzähnen angepasst ist. Alternatively or in addition, it is advantageous if the coil element has a shaped wire which is adapted to the groove geometry between two adjacent stator teeth.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der modular aufgebaute Stator als Vollkern mit verteilter Wicklung mit rechteckigen Drähten (bspw. Hairpin, I-Pin, Wellenwicklung, etc.) ausgebildet ist. Hierbei verlaufen vorzugsweise die Flanken der Nuten des Sta tors parallel zueinander. Bei Verwendung eines Rechteckdrahtes liegt dieser vor zugsweise somit auf der gesamten Nuttiefe sehr dicht am Blechpaket des Stators, so- dass günstigerweise eine gute thermische Anbindung vom Kupfer an den Statorkern gegeben ist. Furthermore, it is advantageous if the modular stator is designed as a solid core with distributed winding with rectangular wires (for example hairpin, I-pin, wave winding, etc.). Here, the flanks of the grooves of the stator preferably run parallel to one another. When using a rectangular wire, it is therefore preferably very close to the laminated core of the stator over the entire depth of the groove, so that there is advantageously a good thermal connection between the copper and the stator core.
Vorzugsweise ist das Spulenelement mit oder ohne Spulenkörper ausgebildet. The coil element is preferably designed with or without a coil body.
Auch ist es möglich, dass das Spulenelement mit oder ohne Isolationspapier ausge bildet ist. It is also possible that the coil element is formed out with or without insulating paper.
Bevorzugterweise ist der modular aufgebaute Stator als single layer ausgebildet, wo bei bei dieser Ausbildungsform nur jeder zweite Statorzahn ein Spulenelement trägt. The modular stator is preferably designed as a single layer, where in this embodiment only every second stator tooth carries a coil element.
Auch ist es möglich, dass der modular aufgebaute Stator als double layer ausgebildet ist, wobei bei dieser Ausbildungsform jeder Statorzahn ein Spulenelement trägt. It is also possible for the modular stator to be designed as a double layer, with each stator tooth in this embodiment carrying a coil element.
Vorteilhafterweise erstreckt sich beim single layer ein Spulenelement von einem Statorzahn und einem anderen. In the case of the single layer, a coil element advantageously extends from one stator tooth and another.
Hingegen ist es von Vorteil, wenn sich beim double layer ein Spulenelement an einem anderen anstößt. Somit sind in den jeweiligen Ausgestaltungen also bevorzugterweise die Durchmesser der Spulenelemente unterschiedlich ausgebildet. On the other hand, it is advantageous if, in the double layer, one coil element abuts another. The diameters of the coil elements are thus preferably designed differently in the respective configurations.
Ferner ist es von Vorteil, wenn der Draht des vorgeformten Spulenelements in sich verklemmt ist und/oder mit einem adhäsiven Stoff versehen ist, um die vorgegebene Form vor dem Anbringen auf einen Statorzahn zu arretieren. Furthermore, it is advantageous if the wire of the preformed coil element is clamped in itself and / or is provided with an adhesive substance in order to lock the predetermined shape before it is attached to a stator tooth.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Spulenelement zu dessen Fixierung in den Nuten des fertig montierten Stators mit dem Nutkeilelement nahe des Luftspalts ver klemmt ist und/oder vergossen ist und/oder imprägniert ist und/oder durch das bereits in der Montage verwendete Klemmsystem und/oder den adhäsiven Stoff an Position gehalten wird. Furthermore, it is advantageous if the coil element is clamped and / or encapsulated and / or impregnated and / or already through the slot wedge element near the air gap to fix it in the slots of the fully assembled stator The clamping system used in the assembly and / or the adhesive material is held in place.
Vorteilhafterweise weist das Nutkeilelement zum Eingreifen in die Verbindungsberei che eines Kopfelements der Statorzähne einen Eingriffsbereich, insbesondere zwei Eingriffsbereiche, auf. The slot wedge element advantageously has an engagement area, in particular two engagement areas, for engaging the connecting areas of a head element of the stator teeth.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Eingriffsbereich derart geometrisch ausgebil det ist, dass dieser form- und/oder reibschlüssig in den Verbindungsbereich eines Kopfelements der Statorzähne eingreift. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist es von Vorteil, wenn der Eingriffsbereich und der Verbindungsbereich eine Art Schwalben schwanzverbindung bilden. Furthermore, it can be provided that the engagement area is geometrically designed such that it engages positively and / or frictionally in the connection area of a head element of the stator teeth. In other words, it is advantageous if the engagement area and the connection area form a type of dovetail connection.
Auch ist es möglich, dass das Nutkeilelement magnetisch nicht leitfähig und/oder magnetisch leitfähig ausgebildet ist. It is also possible for the slot wedge element to be designed to be magnetically non-conductive and / or magnetically conductive.
Bevorzugterweise ist das Nutkeilelement als Mehrkomponentenelement ausgebildet, welches teils magnetisch leitfähig und teils nicht magnetisch leitfähig ausgebildet ist. The groove wedge element is preferably designed as a multi-component element which is partially magnetically conductive and partially non-magnetically conductive.
Vorzugsweise umfasst das Nutkeilelement eine magnetisch leitfähige Komponente und eine nicht magnetisch leitfähige Komponente. The slot wedge element preferably comprises a magnetically conductive component and a non-magnetically conductive component.
Auch ist es günstig, wenn die magnetisch leitfähige Komponente im Querschnitt einen parabelförmigen Verlauf innerhalb des Nutkeilelements aufweist. It is also advantageous if the magnetically conductive component has a parabolic profile in cross section within the slot wedge element.
Günstigerweise weist die magnetisch leitfähige Komponente im Querschnitt einen Verlauf innerhalb des Nutkeilelements auf, der an einen Schiffsanker angelehnt ist. The magnetically conductive component advantageously has a cross section within the slot wedge element which is based on a ship's anchor.
Die Form bzw. der Verlauf der magnetisch leitfähigen Komponente im Querschnitt in nerhalb eines Nutkeilelements ist an eine Optimierung des magnetischen Flusses hin sichtlich der jeweiligen Ausgestaltung und Anwendung des jeweiligen Stators ausge legt. The shape or the course of the magnetically conductive component in cross section within a slot wedge element is designed to optimize the magnetic flux with regard to the respective design and application of the respective stator.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Eingriffselement ausgebildet ist, form schlüssig und/oder reibschlüssig in das Aufnahmeelement einzugreifen. Furthermore, it can be provided that the engagement element is designed to engage in the receiving element in a form-fitting and / or frictional manner.
Vorteilhafterweise weist der modular aufgebaute Stator eine Vielzahl von Statorzäh nen auf. The modular stator advantageously has a multiplicity of stator teeth.
Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt. Vorteilhafterweise wird ein Stator bzw. ist ein E-Maschinenstator mit konzentrierten Wicklungen aufgebaut. The inventive idea presented above is additionally expressed in other words below. A stator or an electric machine stator is advantageously constructed with concentrated windings.
Günstigerweise läuft ein Statorzahn des Stators trapezförmig zu, wobei vorzugsweise keine Zahnköpfe bzw. Kopfelemente ausgeformt sind. A stator tooth of the stator expediently tapers in a trapezoidal shape, with preferably no tooth tips or head elements being formed.
Die Spulen der Zähne bzw. die Spulenelemente werden günstigerweise auf die Zähne aufgesteckt. Je nach Ausführung werden vorzugsweise die Spulenelemente durch magnetisch nicht bzw. teilweise oder komplett magnetisch leitfähige Nutkeilelemente in einer Nut des Stators fixiert und/oder durch einen Verguss und/oder eine Imprägnie rung behandelt. The coils of the teeth or the coil elements are advantageously placed on the teeth. Depending on the design, the coil elements are preferably fixed in a slot of the stator by slot wedge elements that are not magnetically conductive or partially or completely magnetically conductive and / or treated by potting and / or impregnation.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. H ierbei zeigen schematisch: The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments in conjunction with the associated drawings. Here show schematically:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen modular auf gebauten Stator nach einem ersten Ausführungsbeispiel; 1 shows a plan view of a stator according to the invention which is built on a modular basis according to a first exemplary embodiment;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen modular auf gebauten Stator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel; 2 shows a plan view of a stator according to the invention, which is constructed in a modular manner, according to a second exemplary embodiment;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teils von Figur 1 ; 3 shows an enlarged illustration of part of FIG. 1;
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Teils von Figur 2; und FIG. 4 shows an enlarged illustration of part of FIG. 2; and
Fig. 5 diverse Ausgestaltungsmöglichkeiten von Nutkeilelemen ten. Fig. 5 th various design options of Nutkeilelemen.
In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Ge genstände verwendet. In the following description, the same reference symbols are used for the same objects.
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen modular aufgebauten Sta tor nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Figure 1 shows a plan view of a modular Sta tor according to the invention according to a first embodiment.
Genauer dargestellt zeigt Figur 1 einen modular aufgebauten Stator 1 einer elektri schen Maschine. Dieser hat eine Vielzahl von Statorzähnen 2, 3, wobei im nachfolgenden beispielhaft ein erster Statorzahn 2 und ein zweiter Statorzahn 3, die miteinander verbunden und benachbart angeordnet sind, behandelt wird. Shown more precisely, Figure 1 shows a modular stator 1 of an electrical machine's rule. This has a multiplicity of stator teeth 2, 3, a first stator tooth 2 and a second stator tooth 3, which are connected to one another and arranged adjacent to one another, are dealt with below by way of example.
Jeder der vorgenannten Statorzähne 2, 3 hat ein Fußelement 4, 5 zur Bildung eines außenliegenden Statorrings 6 und zwei Zahnflanken 7, 8, die gegeneinander geneigt sind. Each of the aforementioned stator teeth 2, 3 has a foot element 4, 5 for forming an external stator ring 6 and two tooth flanks 7, 8 which are inclined towards one another.
Hierbei umfasst das Fußelement 4, 5 auf Seiten der ersten Zahnflanke 7 ein Ein griffselement 9, insbesondere eine Nut, für ein Aufnahmeelement 10 und auf Seiten der zweiten Zahnflanke 8 ein Aufnahmeelement 10, insbesondere eine Feder, für das Eingriffselement 9. Here, the foot element 4, 5 comprises a gripping element 9, in particular a groove, for a receiving element 10 on the side of the first tooth flank 7 and a receiving element 10, in particular a spring, for the engaging element 9 on the second tooth flank 8.
Nochmals mit anderen Worten beschrieben, das Eingriffselement 9 ist ausgebildet, formschlüssig und/oder reibschlüssig in das Aufnahmeelement 10 einzugreifen. Described again in other words, the engagement element 9 is designed to engage with the receiving element 10 in a form-fitting and / or frictional-fitting manner.
Des Weiteren hat jeder Statorzahn 2, 3 ein Kopfelement 1 1 , das zwei Verbindungsbe reiche 12, 13 für eine formschlüssige Verbindung mit je einem Nutkeilelement 15 auf weist. Furthermore, each stator tooth 2, 3 has a head element 1 1, which has two connecting areas 12, 13 for a positive connection with one slot wedge element 15 each.
Wie ferner aus Figur 1 hervorgeht, hat der Stator 1 ein vorgewickeltes und vorgeform tes Spulenelement 14, das an die Form eines Statorzahns 2, 3 angepasst ist und als eine konzentrierte Wicklung aufgebaut ist. As can also be seen from FIG. 1, the stator 1 has a pre-wound and pre-shaped coil element 14 which is adapted to the shape of a stator tooth 2, 3 and is constructed as a concentrated winding.
Dieses Spulenelement 14 ist bzw. wird auf einen Statorzahn 2, 3 aufgeschoben. This coil element 14 is or will be pushed onto a stator tooth 2, 3.
Unter Bezugnahme auf Figur 3, die eine vergrößerte Darstellung eines Teils von Figur 1 zeigt, ist zu erkennen, dass der Stator 1 ein Nutkeilelement 15 bzw. diverse Nutkeil elemente 15 aufweist, die zwischen zwei benachbarten Statorzähnen 2, 3 eingesetzt sind und im Eingriff mit je einem Verbindungsbereich 12, 13 eines Kopfelements 1 1 der Statorzähne 2, 3 stehen. With reference to Figure 3, which shows an enlarged view of a part of Figure 1, it can be seen that the stator 1 has a slot wedge element 15 or various slot wedge elements 15, which are inserted between two adjacent stator teeth 2, 3 and in engagement with each have a connection area 12, 13 of a head element 1 1 of the stator teeth 2, 3.
Gemäß den Figuren 1 und 3, ist der modular aufgebaute Stator 1 als single layer aus gebildet, wobei bei dieser Ausbildungsform nur jeder zweite Statorzahn 2 ein Spulen element 14 trägt. According to FIGS. 1 and 3, the modular stator 1 is formed as a single layer, with only every second stator tooth 2 carrying a coil element 14 in this embodiment.
Demgegenüber ist gemäß den Figuren 2 und 4 der modular aufgebaute Stator 1 als double layer ausgebildet, wobei bei dieser Ausbildungsform jeder Statorzahn 2, 3 ein Spulenelement 14 trägt. Bei Vergleich der Figuren 1 und 3 mit den Figuren 2 und 4 ist zu erkennen, dass in ersten Fall sich das Spulenelement 14 von einem Statorzahn und einem anderen er streckt. Im zweiten Fall (Figuren 2 und 4) hingegen stößt ein Spulenelement an einem anderen an. Somit sind in den jeweiligen Ausgestaltungen also die Durchmesser der Spulenelemente 14 unterschiedlich ausgebildet. In contrast, according to FIGS. 2 and 4, the modular stator 1 is designed as a double layer, with each stator tooth 2, 3 carrying a coil element 14 in this embodiment. When comparing FIGS. 1 and 3 with FIGS. 2 and 4, it can be seen that in the first case the coil element 14 extends from one stator tooth and another. In the second case (FIGS. 2 and 4), however, one coil element strikes another. The diameters of the coil elements 14 are thus configured differently in the respective configurations.
So zeigt also Figur 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen modular aufge bauten Stator 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei Figur 4 eine vergrö ßerte Darstellung eines Teils von Figur 2 darstellt. Thus, FIG. 2 shows a plan view of a modular stator 1 according to the invention according to a second exemplary embodiment, FIG. 4 being an enlarged representation of a part of FIG.
Es wird darauf hingewiesen, dass die betreffend den Figuren 1 und 2 getroffenen Aussagen hinsichtlich des ersten Ausführungsbeispiels in analoger Weise auch auf das zweite Ausführungsbeispiel zutreffen. It should be noted that the statements made with regard to FIGS. 1 and 2 with regard to the first exemplary embodiment also apply analogously to the second exemplary embodiment.
Dementsprechend ist auch die nachfolgende Beschreibung auf beide Ausführungs beispiele zutreffend. Accordingly, the following description of both execution examples applies.
So zeigen die Figuren 1 bis 4, dass das Spulenelement 14 einen Rechteckdraht auf weist. Es ist auch möglich, dass das Spulenelement 14 einen Stab und/oder einen Runddraht aufweist. Figures 1 to 4 show that the coil element 14 has a rectangular wire. It is also possible for the coil element 14 to have a rod and / or a round wire.
Ferner ist es möglich, dass das Spulenelement 14 einen Formdraht hat, der an die Nutgeometrie zwischen zwei benachbarten Statorzähnen 2, 3 angepasst ist. It is also possible for the coil element 14 to have a shaped wire which is adapted to the groove geometry between two adjacent stator teeth 2, 3.
Im vorliegenden Fall ist dieses Spulenelement 14 ohne Spulenkörper und ohne Isola tionspapier ausgebildet. In the present case, this coil element 14 is formed without a coil body and without insulation paper.
Auch ist der Draht des vorgeformten Spulenelements 14 in sich verklemmt und mit ei nem adhäsiven Stoff versehen, um die vorgegebene Form vor dem Anbringen auf ei nen Statorzahn 2, 3 zu arretieren. The wire of the pre-formed coil element 14 is also clamped in on itself and provided with an adhesive material in order to lock the predetermined shape before it is attached to a stator tooth 2, 3.
Figur 5 zeigt diverse Ausgestaltungsmöglichkeiten von Nutkeilelementen 15. FIG. 5 shows various design options for slot wedge elements 15.
Wie insbesondere den Figuren 3 und 4 zu entnehmen, ist das Spulenelement 14 zu dessen Fixierung in den Nuten 16 des fertig montierten Stators 1 nahe des Luftspalts verklemmt. As can be seen in particular from FIGS. 3 and 4, the coil element 14 is clamped in place in the grooves 16 of the fully assembled stator 1 near the air gap in order to fix it.
In Figur 5 ist hingegen zu erkennen, dass das Nutkeilelement 15 zum Eingreifen in die Verbindungsbereiche 12, 13 der Kopfelemente 11 der Statorzähne 2, 3 zwei Eingriffs bereiche 19, 20 hat. Jeder Eingriffsbereich 19, 20 ist derart geometrisch ausgebildet, dass dieser form- und reibschlüssig in den Verbindungsbereich 12, 13 eines Kopfelements 11 der In contrast, it can be seen in FIG. 5 that the slot wedge element 15 has two engagement areas 19, 20 for engaging the connecting areas 12, 13 of the head elements 11 of the stator teeth 2, 3. Each engagement area 19, 20 is geometrically designed in such a way that it is positively and frictionally engaged in the connection area 12, 13 of a head element 11 of the
Statorzähne 2, 3 eingreift. Stator teeth 2, 3 engages.
Ferner zeigt Figur 5, dass das Nutkeilelement 15 magnetisch nicht leitfähig und/oder magnetisch leitfähig ausgebildet sein kann. Furthermore, FIG. 5 shows that the slot wedge element 15 can be designed to be magnetically non-conductive and / or magnetically conductive.
So ist das erste beispielhaft dargestellte Nutkeilelement 15 in Figur 5 ausschließlich magnetisch leitfähig ausgebildet. The first slot wedge element 15 shown as an example in FIG. 5 is designed to be exclusively magnetically conductive.
Die weiteren beispielhaft dargestellte Nutkeilelemente 15 in Figur 5 weisen jedoch ei ne andere Ausgestaltung auf. The other groove wedge elements 15 shown by way of example in FIG. 5, however, have a different configuration.
So ist diesen Ausbildungen zu entnehmen, dass das Nutkeilelement 15 als Mehrkom ponentenelement ausgebildet ist, welches teils magnetisch leitfähig und teils nicht magnetisch leitfähig ausgebildet ist. It can be seen from these designs that the slot wedge element 15 is designed as a multi-component element which is partially magnetically conductive and partially non-magnetically conductive.
Anders ausgedrückt hat das Nutkeilelement 15 eine magnetisch leitfähige Komponen te 17 und eine nicht magnetisch leitfähige Komponente 18. In other words, the slot wedge element 15 has a magnetically conductive component 17 and a non-magnetically conductive component 18.
So hat gemäß Figur 5 die magnetisch leitfähige Komponente 17 im Querschnitt einen parabelförmigen Verlauf innerhalb des Nutkeilelements 14, wobei die magnetisch leit fähige Komponente 17 in einer weiteren Ausbildung im Querschnitt einen Verlauf in nerhalb des Nutkeilelements 14 hat, der an einen Schiffsanker angelehnt ist. Thus, according to Figure 5, the magnetically conductive component 17 in cross section has a parabolic course within the slot wedge element 14, the magnetically conductive component 17 in a further embodiment has a course in cross section within the slot wedge element 14, which is based on a ship's anchor.
Die Form bzw. der Verlauf der magnetisch leitfähigen Komponente 17 im Querschnitt innerhalb eines Nutkeilelements 15 optimiert den magnetischen Fluss hinsichtlich der jeweiligen Ausgestaltung und Anwendung des jeweiligen Stators 1. The shape or the course of the magnetically conductive component 17 in cross section within a slot wedge element 15 optimizes the magnetic flux with regard to the respective design and application of the respective stator 1.
Nachfolgend werden die Figuren 1 bis 5 nochmals mit anderen Worten beschrieben. In the following, FIGS. 1 to 5 are described again in different words.
So zeigen die genannten Figuren, dass der Stator 1 bzw. der E-Maschinenstator mit konzentrierten Wicklungen entsprechend aufgebaut ist. The figures mentioned show that the stator 1 or the electric machine stator is constructed accordingly with concentrated windings.
Dabei wird ein Statorzahn 2, 3 so konstruiert, dass im montierten Zustand dessen Zahnflanken 7, 8 zweier nebeneinander liegender Einzelzähne 2, 3 bzw. Statorzähne parallel bzw. nur leicht schräg zueinander verlaufen. Der Zahn läuft somit trapezförmig zu. Die Spulen bzw. Spulenelemente 14 der Statorzähne 2, 3 werden aus Rechteckdräh ten bzw. Stäben (je nach Anwendung mit oder ohne Spulenkörper und/oder mit/ohne Isolationspapier) vorgeformt und auf die Zähne 2, 3 aufgesteckt. A stator tooth 2, 3 is constructed in such a way that in the assembled state its tooth flanks 7, 8 of two adjacent individual teeth 2, 3 or stator teeth run parallel or only slightly obliquely to one another. The tooth thus tapers in a trapezoidal shape. The coils or coil elements 14 of the stator teeth 2, 3 are preformed from rectangle wires or rods (with or without bobbins and / or with / without insulating paper, depending on the application) and placed on the teeth 2, 3.
Es ist auch möglich, die Spulenelemente 14 der Statorzähne 2, 3 aus Runddrähten (je nach Anwendung mit oder ohne Spulenkörper und/oder mit/ohne Isolationspapier) vorzuformen und auf die Zähne aufzustecken. It is also possible to preform the coil elements 14 of the stator teeth 2, 3 from round wires (depending on the application with or without coil formers and / or with / without insulation paper) and to attach them to the teeth.
Ferner ist es auch denkbar, die Spulenelemente 14 der Statorzähne 2, 3 aus an die Nutgeometrie angepassten Formdraht (je nach Anwendung mit oder ohne Spulenkör per und/oder mit/ohne Isolationspapier) vorzuformen und auf die Zähne.2, 3 auf zu stecken. Furthermore, it is also conceivable to preform the coil elements 14 of the stator teeth 2, 3 from shaped wire adapted to the groove geometry (with or without Spulenkör by and / or with / without insulation paper, depending on the application) and to attach them to the teeth.
Anschließend werden mehrere Zähne 2, 3 zu einem Stator 1 zusammengefügt, wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigt. Several teeth 2, 3 are then joined together to form a stator 1, as shown in FIGS.
Hierbei kann der Stator 1 je nach Auslegung als single layer (nur jeder zweite Zahn trägt eine Spule - siehe Figur 1 und 3) oder als double layer (jeder Zahn trägt eine Spule - siehe Figur 2 und 4) aufgebaut sein. Here, depending on the design, the stator 1 can be constructed as a single layer (only every second tooth carries a coil - see FIGS. 1 and 3) or as a double layer (each tooth carries a coil - see FIGS. 2 and 4).
Ziel ist es, durch diesen Aufbau einen sehr hohen Kupfer-Nutfüllfaktor zu erreichen und somit zusätzlich auch eine gute thermische Anbindung des Kupfers an das Blechpaket (nicht dargestellt) des Stators 1 zu erreichen. The aim is to use this structure to achieve a very high copper slot fill factor and thus also to achieve a good thermal connection between the copper and the laminated core (not shown) of the stator 1.
Da zur Erreichung dieses Ziels möglichst kleine Toleranzen zielführend sind, muss im Montageprozess die exakte Positionierung der Spulenelemente 14 auf den Statorzäh nen 2, 3 sichergestellt werden. Since the smallest possible tolerances are expedient to achieve this goal, the exact positioning of the coil elements 14 on the stator teeth 2, 3 must be ensured in the assembly process.
Fl ierfür werden die Spulenelemente 14 über ein Klemmsystem und/oder durch einen adhäsiven Stoff in Ihrer Position arretiert. For this purpose, the coil elements 14 are locked in their position via a clamping system and / or an adhesive material.
Zur Fixierung der Spurenelemente 14 in den Nuten 16 des fertig montierten Stators 1 werden die Spulenelemente 14 mit einem Nutkeilelement 15 nahe des Luftspalts ver klemmt und/oder vergossen und/oder imprägniert und/oder durch das bereits in der Montage verwendete Klemmsystem und/oder einen adhäsiven Stoff gehalten. To fix the trace elements 14 in the slots 16 of the fully assembled stator 1, the coil elements 14 are clamped and / or potted and / or impregnated with a slot wedge element 15 near the air gap and / or by the clamping system and / or one already used in the assembly adhesive material held.
Die als Variante aufgeführten Nutkeilelemente 15 können magnetisch nicht bzw. mag netisch leitfähig ausgeführt werden bzw. aus Mehrkomponentenelement, die teils magnetisch leitfähig teils nicht magnetisch leitfähig sind, so aufgebaut werden, dass sie für die jeweils anliegenden Zähne 2, 3 einen für die Anwendung idealen Zahnkopf ausbilden (vergleiche Figur 5). The slot wedge elements 15 listed as a variant cannot be made magnetically or magnetically conductive or can be constructed from multi-component elements, some of which are magnetically conductive and some are not magnetically conductive, in such a way that they form a tooth head ideal for the application for the respective adjacent teeth 2, 3 (compare FIG. 5).
Dieser kann dabei für alle Zähne bzw. Statorzähne 2, 3 identisch und symmetrisch oder auch mit zwei oder mehr Varianten zu unterschiedlichen Ausführungen der ein- zelnen Zähne ausgeführt werden (bspw. abwechselnd mit Zahnkopf und ohne Zahn kopf oder mit variierenden Zahnkopfgeometrie). This can be carried out identically and symmetrically for all teeth or stator teeth 2, 3 or with two or more variants for different designs of the individual teeth (for example alternating with tooth tip and without tooth tip or with varying tooth tip geometry).
Bezuqszeichenliste modular aufgebauter Stator Reference list of modular stator
erster Statorzahn first stator tooth
zweiter Statorzahn second stator tooth
Fußelement Foot element
Fußelement Foot element
Statorring Stator ring
erste Zahnflanke first tooth flank
zweite Zahnflanke second tooth flank
Eingriffselement Engagement element
Aufnahmeelement Receiving element
Kopfelement Head element
Verbindungsbereich Connection area
Verbindungsbereich Connection area
Spulenelement Coil element
Nutkeilelement Slot wedge element
Nut Groove
magnetisch leitfähige Komponente magnetically conductive component
nicht magnetisch leitfähige Komponente Eingriffsbereich non-magnetically conductive component engagement area
Eingriffsbereich Intervention area

Claims

Patentansprüche Claims
1. Modular aufgebauter Stator (1 ) einer elektrischen Maschine aufweisend: 1. Modular stator (1) of an electrical machine having:
- einen ersten Statorzahn (2) und einen zweiten Statorzahn (3), die miteinander verbunden und benachbart angeordnet sind, - A first stator tooth (2) and a second stator tooth (3), which are connected to one another and arranged adjacent,
- wobei jeder Statorzahn (2, 3) ein Fußelement (4, 5) zur Bildung eines außenlie genden Statorrings (6) und zwei Zahnflanken (7, 8) aufweist, die gegeneinan der geneigt sind, - wherein each stator tooth (2, 3) has a foot element (4, 5) to form an external stator ring (6) and two tooth flanks (7, 8) which are inclined against one another,
- wobei das Fußelement (4, 5) auf Seiten der ersten Zahnflanke (7) ein Ein - The foot element (4, 5) having a one on the side of the first tooth flank (7)
griffselement (9), insbesondere eine Nut, für ein Aufnahmeelement (10) auf weist, grip element (9), in particular a groove, for a receiving element (10),
- wobei das Fußelement (4, 5) auf Seiten der zweiten Zahnflanke (8) ein Auf nahmeelement (10), insbesondere eine Feder, für das Eingriffselement (9) auf weist, - wherein the foot element (4, 5) on the side of the second tooth flank (8) has a receiving element (10), in particular a spring, for the engagement element (9)
- wobei das Eingriffselement (9) ausgebildet ist, in das Aufnahmeelement (10) einzugreifen, - wherein the engagement element (9) is designed to engage in the receiving element (10),
- wobei jeder Statorzahn (2, 3) ein Kopfelement (11 ) aufweist, das einen Verbin dungsbereich (12, 13) für eine formschlüssige Verbindung mit einem Nutkeil element (15) aufweist, - Each stator tooth (2, 3) has a head element (11) which has a connec tion area (12, 13) for a positive connection with a slot wedge element (15),
- ein vorgewickeltes und vorgeformtes Spulenelement (14), das an die Form ei nes Statorzahns (2, 3) angepasst ist, - a pre-wound and pre-formed coil element (14) which is adapted to the shape of a stator tooth (2, 3),
- wobei das Spulenelement (14) auf einen Statorzahn (2, 3) aufgeschoben ist, und - The coil element (14) being pushed onto a stator tooth (2, 3), and
- ein Nutkeilelement (15), eingesetzt zwischen zwei benachbarten Statorzähnen (2, 3) und im Eingriff mit je einem Verbindungsbereich (12, 13) eines Kopfele ments (11 ) der Statorzähne (2, 3). - A slot wedge element (15) inserted between two adjacent stator teeth (2, 3) and in engagement with a respective connection area (12, 13) of a head element (11) of the stator teeth (2, 3).
2. Modular aufgebauter Stator nach Anspruch 1 , 2. Modular stator according to claim 1,
- wobei das Spulenelement (14) einen Rechteckdraht und/oder einen Stab - wherein the coil element (14) is a rectangular wire and / or a rod
und/oder einen Runddraht aufweist, und/oder and / or has a round wire, and / or
- wobei das Spulenelement (14) einen Formdraht aufweist, der an die Nutgeo metrie zwischen zwei benachbarten Statorzähnen (2, 3) angepasst ist, - wobei vorzugsweise das Spulenelement (14) mit oder ohne Spulenkörper aus gebildet ist, - wherein the coil element (14) has a shaped wire which is adapted to the groove geometry between two adjacent stator teeth (2, 3), - Preferably the coil element (14) is formed with or without a coil body,
- wobei vorzugsweise das Spulenelement (14) mit oder ohne Isolationspapier ausgebildet ist. - Preferably, the coil element (14) is formed with or without insulation paper.
3. Modular aufgebauter Stator nach Anspruch 1 oder 2, 3. Modular stator according to claim 1 or 2,
- wobei der modular aufgebaute Stator (1 ) als single layer ausgebildet ist, wobei bei dieser Ausbildungsform nur jeder zweite Statorzahn (2) ein Spulenelement (14) trägt. - wherein the modular stator (1) is designed as a single layer, in this embodiment only every second stator tooth (2) carries a coil element (14).
4. Modular aufgebauter Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, 4. Modular stator according to one of the preceding claims,
- wobei der modular aufgebaute Stator (1 ) als double layer ausgebildet ist, wobei bei dieser Ausbildungsform jeder Statorzahn (2, 3) ein Spulenelement (14) trägt. - The modular stator (1) being designed as a double layer, with each stator tooth (2, 3) carrying a coil element (14) in this embodiment.
5. Modular aufgebauter Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, 5. Modular stator according to one of the preceding claims,
- wobei der Draht des vorgeformten Spulenelements (14) in sich verklemmt ist und/oder mit einem adhäsiven Stoff versehen ist, um die vorgegebene Form vor dem Anbringen auf einen Statorzahn (2, 3) zu arretieren. - wherein the wire of the preformed coil element (14) is clamped in itself and / or is provided with an adhesive material in order to lock the predetermined shape before it is attached to a stator tooth (2, 3).
6. Modular aufgebauter Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, 6. Modular stator according to one of the preceding claims,
- wobei das Spulenelement (14) zu dessen Fixierung in den Nuten (16) des fertig montierten Stators (1 ) mit dem Nutkeilelement (15) nahe des Luftspalts ver klemmt und/oder vergossen und/oder imprägniert ist und/oder durch das be reits in der Montage verwendete Klemmsystem und/oder den adhäsiven Stoff an Position gehalten werden. - The coil element (14) for its fixation in the grooves (16) of the fully assembled stator (1) with the slot wedge element (15) near the air gap ver clamped and / or encapsulated and / or impregnated and / or already through the be The clamping system used in the assembly and / or the adhesive material are held in place.
7. Modular aufgebauter Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, 7. Modular stator according to one of the preceding claims,
- wobei das Nutkeilelement (15) zum Eingreifen in die Verbindungsbereiche (12, 13) eines Kopfelements (11 ) der Statorzähne (2, 3) einen Eingriffsbereich, ins besondere zwei Eingriffsbereiche (19, 20), aufweist, - wobei der Eingriffsbereich (19, 20) derart geometrisch ausgebildet ist, dass die ser form- und/oder reibschlüssig in den Verbindungsbereich (12, 13) eines Kopfelements (11 ) der Statorzähne (2, 3) eingreift. - wherein the slot wedge element (15) for engaging in the connecting areas (12, 13) of a head element (11) of the stator teeth (2, 3) has an engagement area, in particular two engagement areas (19, 20), - The engagement area (19, 20) being geometrically designed in such a way that the water engages positively and / or frictionally in the connection area (12, 13) of a head element (11) of the stator teeth (2, 3).
8. Modular aufgebauter Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, 8. Modular stator according to one of the preceding claims,
- wobei das Nutkeilelement (15) magnetisch nicht leitfähig und/oder magnetisch leitfähig ausgebildet ist. - The slot wedge element (15) being designed to be magnetically non-conductive and / or magnetically conductive.
9. Modular aufgebauter Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, 9. Modular stator according to one of the preceding claims,
- wobei das Nutkeilelement (15) als Mehrkomponentenelement ausgebildet ist, welches teils magnetisch leitfähig und teils nicht magnetisch leitfähig ausgebil det ist, - The groove wedge element (15) being designed as a multi-component element which is partly magnetically conductive and partly not magnetically conductive,
- wobei vorzugsweise das Nutkeilelement (15) eine magnetisch leitfähige Kom ponente (17) und eine nicht magnetisch leitfähige Komponente (18) umfasst, - wherein the slot wedge element (15) preferably comprises a magnetically conductive component (17) and a non-magnetically conductive component (18),
- wobei vorzugsweise die magnetisch leitfähige Komponente (17) im Querschnitt einen parabelförmigen Verlauf innerhalb des Nutkeilelements (14) aufweist,- the magnetically conductive component (17) preferably having a parabolic course in cross section within the slot wedge element (14),
- wobei vorzugsweise die magnetisch leitfähige Komponente (17) im Querschnitt einen Verlauf innerhalb des Nutkeilelements (14) aufweist, der an einen Schiffsanker angelehnt ist. - wherein the magnetically conductive component (17) preferably has a profile in cross section within the slot wedge element (14) which is based on a ship's anchor.
10. Modular aufgebauter Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, 10. Modular stator according to one of the preceding claims,
- wobei das Eingriffselement (9) ausgebildet ist, formschlüssig und/oder reib schlüssig in das Aufnahmeelement (10) einzugreifen, - wherein the engagement element (9) is designed to engage positively and / or frictionally in the receiving element (10),
- wobei vorzugsweise der modular aufgebaute Stator (1 ) eine Vielzahl von - Preferably the modular stator (1) has a plurality of
Statorzähnen aufweist. Has stator teeth.
PCT/DE2020/100172 2019-05-09 2020-03-10 Modularly constructed stator of an electrical machine WO2020224694A1 (en)

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DE102019112053.5 2019-05-09
DE102019112053.5A DE102019112053A1 (en) 2019-05-09 2019-05-09 Modular stator of an electrical machine

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