WO2021003510A2 - Stator for an axial flow machine - Google Patents

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WO2021003510A2
WO2021003510A2 PCT/AT2020/060264 AT2020060264W WO2021003510A2 WO 2021003510 A2 WO2021003510 A2 WO 2021003510A2 AT 2020060264 W AT2020060264 W AT 2020060264W WO 2021003510 A2 WO2021003510 A2 WO 2021003510A2
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tooth
sheet metal
laminated core
coil windings
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Christian DORFBAUER
Dietmar Andessner
Gerold Stetina
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Miba Sinter Austria Gmbh
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    • H02K15/02Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/022Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with salient poles or claw-shaped poles

Definitions

  • the invention relates to a stator for an axial flux machine, comprising a plurality of stator teeth, which have a tooth body and a return element, and with several coil windings.
  • the invention also relates to a stator for an axial flux machine, comprising a plurality of stator teeth that have an SMC material and a tooth body made of a soft magnetic material different from the SMC material, and each having a tooth base and a tooth tip, the tooth tip has a flux collecting element, and with a plurality of coil windings.
  • the invention further relates to an axial flux machine comprising at least one stator and at least one rotor.
  • the rotor has a plurality of permanent magnets or permanent magnet poles, which rotate past opposing electro-magnetically excitable poles of the stator separated by an air gap.
  • the electromagnetically excitable poles are designed, for example, as stator teeth made of a soft magnetic material, as described, for example, in DE 10 2016 207 943 A1, around the tooth core of which an electrically conductive winding generates a magnetic field when energized.
  • a torque is applied to the rotor by energizing the stator teeth, which are arranged uniformly and concentrically in the circumferential direction of the stator, or their windings, depending on the rotor position.
  • stator teeth which are arranged uniformly and concentrically in the circumferential direction of the stator, or their windings, depending on the rotor position.
  • very high power and / or torque densities may be required.
  • the object of the present invention was to provide a stator for an improved axial flux machine.
  • the object of the invention is achieved in the aforementioned stator in that the return element consists of a rolled laminated core in which recesses are arranged. - 2nd
  • the object of the invention is also achieved in the axial flux machine mentioned at the outset in that the at least one stator is designed according to the invention.
  • the advantage here is that the rolled return element improves the flux density and the punching waste can be reduced in the manufacture of the stator. Due to the hybrid design of the stator teeth made of the SMC and the soft magnetic material, the magnetic flux density through the stator teeth or through the windings surrounding them can be increased, whereby the efficiency and the torque or the torque density of the axial flux machine can be increased depending on the design priority . Thanks to the combination of materials, the three-dimensional magnetic flux guidance achieved by the SMC material can be maintained even if the magnet utilization is significantly higher due to the increased flux density in the body of the teeth. In addition, by using the more expensive SMC materials only for the flux collecting elements, a corresponding reduction in the manufacturing costs of the stator can be achieved.
  • one embodiment of the stator can provide that the tooth bodies consist of sheet metal elements made of co-oriented sheet metal or include this. According to one embodiment of the stator, it can be provided that the flux collecting elements are positively connected to the respective tooth bodies. Due to the positive fit of the connection, the assembly of the flux collecting elements on the tooth body can be simplified and their retention on the tooth body can be improved.
  • the tooth bodies are each formed by a laminated core, possibly rolled, whereby eddy current losses can be avoided in the tooth bodies and a higher 2D flux density can be achieved.
  • the punching waste can be reduced in the manufacture of the stator. - 3 -
  • stator teeth are arranged on a return element, the return element being formed by a rolled sheet metal. Due to the rolled stator yoke, the punching waste can be reduced compared to the “layered” yoke. According to a further embodiment of the stator, it can be provided that the return element and the tooth bodies are formed integrally with one another, with which better contact between the return element and the tooth bodies can be achieved. In addition, the number of individual parts for assembling the stator can be reduced. The entire unit comprising the return element and the tooth bodies can thus be made from a one-piece, rolled sheet metal.
  • the coil windings can be a plugged concentrated coil windings in another variant of the stator.
  • the advantage of an increased fill factor in the groove can thus also be achieved. It is also possible, however, for the coil windings to be inserted, distributed coil windings, with which an increased fill factor can also be achieved. In addition, a reduction in the harmonic component of the induced voltage can be achieved.
  • the laminated core is composed of several individual laminated cores.
  • the sheet-metal package or the sheet-metal packages have / have sheet-metal lamellae which are connected to one another. By connecting the sheet metal lamellas, the machine handling of the sheet metal stacks can be improved.
  • the sheet metal lamellas are preferably connected to one another without short-circuits, for example glued to one another or baked with a baking varnish. But it is also possible for the sheet metal lamellas to be welded to one another, in particular spot-welded, caulked or jammed. - 4 -
  • the one-piece laminated core consisting of the return element and the tooth bodies can be fixed via punched holes in another variant of the stator.
  • the stator can be better exposed to increased mechanical requirements (e.g. vibrations).
  • expensive bonding or potting processes can be dispensed with.
  • the one-piece laminated core consisting of the return element and the tooth bodies is screwed axially into a stator housing, whereby a simple and also cost-reducing variant of the stator can be achieved.
  • the stator can be prefabricated to a high degree and then assembled so that it can be dismantled. This variant is particularly advantageous for large axial flow machines.
  • stator it can be provided that free spaces are formed under the winding heads on the side facing away from the air gap, in which at least one cooling element and / or an interconnection of the coil windings and / or at least one fastening element is arranged, whereby the Machine room of the axial flow machine can be reduced.
  • the cooling can thus be arranged very close to the heat source, whereby the efficiency of the cooling can be improved.
  • stator it can also be provided that electrical insulation is arranged between connection points of two adjacent laminated cores, whereby eddy currents can be better prevented.
  • this has two stators to increase the power density, a rotor being arranged between the two stators in the axial direction.
  • FIG. 1 shows a first variant embodiment of an axial flow machine
  • FIG. 3 shows a stator in an oblique view seen from the air gap and with partially removed
  • FIG. 4 shows a first variant embodiment of a flow collecting element in an oblique view
  • FIG. 5 shows a variant of a stator in an oblique view seen from the air gap and with partially removed flux collecting elements
  • FIG. 6 shows a second embodiment variant of a flow collecting element in an oblique view
  • FIG. 8 shows a detail from a rolled yoke element formed in one piece with the tooth bodies of the stator teeth
  • FIG. 10 shows a detail of another embodiment variant of the stator.
  • FIG. 1 shows a first embodiment variant of an axial flux machine 1 comprising at least one stator 2 and at least one rotor 3.
  • the axial flux machine 1 can, for example, have two rotors 3 between which the stator 2 is arranged.
  • FIG. 1 shows a first embodiment variant of an axial flux machine 1 comprising at least one stator 2 and at least one rotor 3.
  • Magnets 4 for example permanent magnets, are arranged on the rotor 3 or the rotors 3.
  • the at least one stator 2 and the at least one rotor 3 can be arranged in an optionally present housing 5, as is indicated by dashed lines in FIG.
  • a plurality of stators 3 can also be arranged.
  • all stators 3 are preferably designed in the same way, so that the following statements also apply to the possible 6th
  • FIG. 2 shows an embodiment variant of the axial flow machine 1 in which only one rotor 3 is arranged.
  • the rotor 3 is - viewed in the axial direction - arranged between two stators 2 which are designed according to the invention.
  • the rotor 3 is equipped on both sides with several magnets 4 (permanent magnets).
  • the two stators 2 are arranged so that Flusssam meletti 6 are each arranged on the side of the stator 2 facing away from the rotor 3, ie on the outside.
  • the stator 3 shows a first variant of the stator 2 for the axial flux machine 1.
  • the stator 2 has several stator teeth 7.
  • the stator teeth 7 each have a tooth body 8. Furthermore, the stator teeth 7 have opposite end sections in an axial direction 9, which form a tooth head and a tooth foot.
  • the stator teeth 7 are each wrapped with a coil winding 10 (only indicated schematically in FIG. 3).
  • the tooth bodies 8 rest in the axial direction 7 on an, in particular plate-shaped, return element 11 or are at least partially inserted into the return element 11, for which purpose it can have corresponding recesses in which the tooth bodies 8 are preferably received in a form-fitting manner.
  • the return element 11 is preferably formed in one piece.
  • stator teeth 7 At least between the coil winding 10 and the tooth body 8, an electrical insulation not further presented is arranged.
  • the number of stator teeth 7 shown in the figures is not to be understood as limiting. Rather, their number depends on the respective conditions in the use of the stator 2 or the axial flux machine 1 or their desired performance features.
  • stator teeth 7 are evenly distributed over the circumference of the stator 2. In particular, viewed in the direction of the axial direction 9, they have an at least approximately trapezoidal cross-sectional area.
  • FIG. 3 a flux collecting element 6 has been removed in order to enable a better view of the stator teeth 7. - 7 -
  • the in particular ring-shaped and preferably plate-shaped return element 11 of the stator 2 can consist of a material customary for this purpose.
  • the flux collecting elements 6 (also referred to as pole shoes) consist of a so-called SMC material (Soft Magnetic Composite). They are preferably manufactured using powder metallurgy and enable low-loss, three-dimensional magnetic flux guidance. Since such powder metallurgy processes are known per se, further explanations are not necessary.
  • SMC materials have been known for a long time. It is a powder made of soft magnetic material whose surface is coated with an electrically insulating layer. These powders are consolidated into soft magnetic components by pressing.
  • the SMC powder has particles which comprise a core which is surrounded by an insulating layer or a plurality of insulating layers, or consists of the core and the at least one insulating layer. If necessary, a binder layer can be applied to the outside of the insulating layer, with which the individual particles can be connected to one another.
  • the core of the SMC powder particles can contain or consist of pure iron. However, other magnetizable materials or alloys can also be used as the core, such as iron alloys, which are usually used for the production of electrical steel sheets.
  • the at least one insulating layer can be organic, e.g. a silicone varnish, or metal-organic or inorganic in nature, e.g. an oxide layer, a silicate layer, a phosphate layer. In the case of several insulating layers, these can also be made of different materials, for example selected from the materials mentioned.
  • the insulating layer or the insulating layers can have an average layer thickness (arithmetic mean of at least ten individual values) between 0.01 ⁇ m and 800 ⁇ m.
  • the binder layer if present, can be a polymer layer, e.g. PTFE, wax, etc.
  • the SMC material is used in the stator 2 exclusively for the flux collecting elements 6.
  • the tooth bodies 8 of the stator teeth 7, however, are formed from an iron-based material that is different from the SMC material or comprise this.
  • an electrical sheet can be used, as is known for electrical machines and magnetic circuits with alternating magnetic fields.
  • the flux collecting elements 6 For the arrangement of the flux collecting elements 6 on the tooth bodies 8, in the embodiment variant shown in FIG. 3 they each have a depression 12 or recess. In contrast, the flux collecting elements 6 have a projection 13, as can be seen from FIG. 4.
  • the projection 13 can have a height which is between 5% and 100% of a total height 15 of the flow collecting element 6 in the same direction.
  • the flux collecting elements 6 are arranged on the tooth bodies 8 in such a way that the jumps 13 of the flux collecting elements 6 are taken up from the recesses 12 in the tooth bodies 8. As can be seen from FIGS. 5 and 6, the reverse design is also possible.
  • FIG. 5 shows a variant embodiment of the stator 2, a flux collecting element 6 again having been removed in order to have a better view of the tooth body 8.
  • the tooth body 8 has an elevation 16.
  • the flux collecting element 6 has a recess 17, which is designed in particular as an opening through the flux collecting element 6, as can be seen from FIG.
  • the elevations 16 of the tooth bodies 8 can have a height 18 which corresponds to between 5% and 100% of the total height 15 of the flux collecting element 6.
  • the flux collecting elements 6 are arranged on the tooth bodies 8 in such a way that their elevations 16 are received by the recesses 17 in the flux collecting elements 6.
  • the Flusssammelele elements 6, viewed in plan view have an at least approximately circular segment-shaped shape. But they can also have a different shape, for example be trapezoidal easierbil det. - 9 -
  • At least one bearing surface 19 is provided on the tooth bodies 8, on which the flux collecting elements 6 rest.
  • the flux collecting elements 6 have a larger area than the tooth bodies 8, again viewed in plan view. It is further preferred if the flux collecting elements 6 rest exclusively on these bearing surfaces 19 on the tooth bodies 8.
  • the geometric dimensions of the depressions 12 or elevations 16 of the tooth bodies 8 are accordingly adapted to the geometric dimensions of the projections 13 and the recesses 17 of the flow collecting elements 6 in order to make this possible.
  • These support surfaces 19 can only be formed on one side of the tooth body 8, for example only radially inward or radially outward, or on several sides, for example radially inward and radially outward.
  • the bearing surfaces 19 are preferably formed circumferentially around the tooth body 8 (viewed from above on the tooth body 8 from the direction of the air gap).
  • a width 20 of these bearing surfaces 19 can be selected from a range of 5% to 30% of a radially outer length 21 of the circular arc segment of the tooth body 8 in a circumferential direction 22.
  • the bearing surfaces 19 are therefore essentially strip-shaped or in the case of a circumferential bearing surface 19 substantially frame-shaped.
  • the tooth bodies 8 preferably fill the space enclosed by the coil windings 10 to at least 90%, in particular between 90% and 100%.
  • the tooth bodies 8 are not hollow bodies. According to another, not shown, variant embodiment of the stator 2, however, there is also the possibility that the end surfaces of the tooth bodies 8 are completely covered with the flux collecting elements 6 and are connected to them.
  • the tooth body 8 can be free of recesses 12 or elevations 16 and the Flusssammelele elements 6 free of recesses 17 of the flux collecting elements 6 in this embodiment. According to a further embodiment of the stator 2 it can be provided that the
  • Flux collecting elements 6 are positively connected to the respective tooth body 8, as FIG. 5 shows and FIG. 3 indicates with broken lines.
  • the shapes and geometric dimensions of the depressions 12 or elevations 16 of the Zahnkör can be adapted accordingly to the shapes and geometric dimensions of the projections 13 and the recesses 17 of the flow collecting elements 6. 10
  • the tooth body 8 is entirely formed by a laminated core made of several sheet metal lamellas 23, as can be seen from FIG. 8.
  • Known electrical steel sheets can be used for this purpose, for example non-oriented magnetic steel sheets.
  • grain-oriented magnetic (steel) sheets can be used to increase performance. Grain-oriented sheets per se are known from the prior art, so reference is made to them. The crystallographic orientation of these sheets is formed when used for the stator teeth 6 in the axial direction.
  • the sheet metal lamellas 23 preferably have a thickness selected from a range from 0.05 mm to 0.5 mm. A width and a length of the metal sheets for producing the sheet metal lamellae 23 is usually significantly greater than their thickness.
  • the sheet metal lamellas 23 are arranged running perpendicular to the return path element 11. They are therefore arranged upright, as can be seen from FIG. Furthermore, the surface of the sheet metal lamellae 23 defined by the length and width is preferably arranged vertically in a radial direction 24 through the stator tooth 7, oriented in the stator tooth 7 or in the stator 2, as shown in FIG. The lateral end faces of the metal sheets 15 therefore point approximately in the circumferential direction 22 of the stator 2. By “approximately” it is meant that the annular design of the stator 2 must be taken into account.
  • the laminated core is made from a rolled sheet metal.
  • a metal sheet is wound onto a dome.
  • the winding of the metal strip creates a laminated core consisting of the laminated laminations 23 arranged one above the other in the radial direction (immediately after the winding, the laminated laminations are still connected due to the winding of the belt).
  • the sheet metal lamellas 23 can be connected to one another.
  • the connection can, for example, by means of a punch packet, caulking the sheet metal lamellae together, generally by clamping the sheet metal lamellae together, etc., he follows.
  • the sheet metal lamellas 23 can also be connected exclusively due to the friction between the sheet metal lamellas 23. This can do 11
  • Metal tape can be wound under tension.
  • the sheet metal lamellas 23 can also be materially connected, for example by spot welding, gluing, baking, etc ..
  • a so-called baking varnish is applied to at least one side of the metal band and then the connection at elevated temperature can be produced via the paint.
  • the paint can form electrical insulation between the sheet metal lamellas 23.
  • the corresponding shape of the laminated cores for the tooth bodies can be produced from the rolled laminated cores using a conventional cutting process.
  • the (ring-shaped) return element 11 can be designed as a compact plate. According to one embodiment of the stator 2, which is shown in FIG. 7, it can be provided that the return element 11 is designed as a rolled sheet metal, i.e. as a rolled sheet metal strip 25.
  • the return element 11 can be made from just a single sheet metal strip 25.
  • the sheet thickness of the rolled sheet metal strip 25 can be between 0.05 mm and 0.5 mm.
  • the punching waste for the production of the return element 11 can be significantly reduced or almost eliminated.
  • an anisotropic material can also be used for the return element 11, in particular in order to be able to better utilize the potential in terms of power density and efficiency. The use of an isotropic material is also possible. 12
  • the return element 11 is formed from a rolled, grain-oriented electrical sheet, the preferred crystallographic direction being formed in the tangential direction.
  • stator teeth 7 can simply be placed on the return element 11 (or inserted into a corresponding groove in this) and connected to it, e.g. glued.
  • an anisotropic material is also used for the sheet metal lamellae 23 and for the return element 11, i.e. in particular the sheet metal strip 25.
  • the use of an isotropic material is also possible.
  • the stator 2 which is shown in Fig. 8, there is the possibility that the return element 11 and the tooth body 8 are integrally formed.
  • the return element 11 is also made of a (single) rolled sheet metal strip 25 here.
  • an isotropic material is used in particular for the return element 11 and the Blechla fins 23 of the tooth body 8.
  • the sheet metal strip 25 has a greater width in order to be able to manufacture the tooth bodies 8 from the sheet metal core using a separating process, for example by punching or cutting, after winding.
  • the coil windings 10 are shown as plugged-in concentrated coil windings 10. However, there is also the possibility that the coil windings 10 are inserted, distributed coil windings 10.
  • stator 2 it can be provided that the one piece laminated core consisting of the return element 11 and the toothed bodies 8 is screwed axially into a stator housing 26, as shown in FIG. 9.
  • the laminated core is composed of several individual laminated cores 27, 28.
  • the laminated core consists of two single sheet metal stacks 27, 28, which in particular each extend over 180 °.
  • the laminated core can also be composed of more than two individual laminated cores 27, 28, for example three, four, five, six, eight, etc. - 13 -
  • the division plane of the laminated core for forming the individual laminated core 27, 28 preferably runs through toothed bodies 8.
  • this laminated core can also be fixed or secured radially, as shown in FIG. 10.
  • one or more fastening means such as screws, rods, rivets, etc.
  • the openings in the laminated core or in the stator housing 26 can also be designed as blind holes.
  • the one piece laminated core consisting of the return element and the tooth bodies is fixed via punched holes.
  • the tooth bodies 8 can also consist of separate laminated cores. It is preferred here if all of the laminated cores, that is to say the laminated cores for the return element 11 and / or the laminated cores for the tooth bodies 8, are made from a grain-oriented laminated core.
  • the stator 2 according to the invention can be used, for example, in a traction machine for motor vehicles or aircraft.
  • a stator 2 for an axial flux machine comprising a plurality of stator teeth 7, which have a tooth body 8 and a return element 11, and which has a plurality of coil windings 10, can be a - 14 - be an independent invention if the return element 11 consists of a rolled Blechpa ket, in which recesses are arranged in which the tooth body 8 of the
  • Stator teeth 7 are arranged.
  • this invention can also be combined with the other design variants of the stator 2 mentioned in the description, in particular with those design variants of the stator 2 described in the claims.

Abstract

The invention relates to a stator (2) for an axial flow machine, comprising a plurality of stator teeth (7) having a tooth body (8) and a yoke element (11), and comprising multiple coil windings (10), wherein the yoke element (11) consists of a rolled lamination stack, in which recesses are arranged in which the tooth bodies (8) of the stator teeth (7) are arranged or which form the tooth bodies (8) of the stator teeth (7).

Description

- 1 - - 1 -
STATOR FÜR EINE AXIALFLUSSMASCHINE STATOR FOR AN AXIAL FLOW MACHINE
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzähnen, die einen Zahnkörper und ein Rückschlusselement aufweisen, und mit mehre ren Spulenwicklungen. The invention relates to a stator for an axial flux machine, comprising a plurality of stator teeth, which have a tooth body and a return element, and with several coil windings.
Die Erfindung betrifft auch einen Stator für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehr zahl an Statorzähnen, die einen SMC-Werkstoff und einen Zahnkörper aus einem zum SMC- Werkstoff unterschiedlichen, weichmagnetischen Werkstoff aufweisen, und die jeweils einen Zahnfuß und einen Zahnkopf aufweisen, wobei der Zahnkopf ein Flusssammelelement auf weist, und mit mehreren Spulenwicklungen. The invention also relates to a stator for an axial flux machine, comprising a plurality of stator teeth that have an SMC material and a tooth body made of a soft magnetic material different from the SMC material, and each having a tooth base and a tooth tip, the tooth tip has a flux collecting element, and with a plurality of coil windings.
Weiter betrifft die Erfindung eine Axialflussmaschine umfassend zumindest einen Stator und zumindest einen Rotor. The invention further relates to an axial flux machine comprising at least one stator and at least one rotor.
Elektrische Baugruppen mit einem scheibenförmigen Rotor und einem parallel dazu angeord neten Stator sind aus dem Stand der Technik bekannt, und finden z.B. in Axialflussmaschinen Anwendung. Üblicherweise weist der Rotor eine Mehrzahl von Permanentmagneten bzw. Dauermagnetpolen auf, welche durch einen Luftspalt getrennt an gegenüberliegenden elektro magnetisch erregbaren Polen des Stators vorbei rotieren. Die elektromagnetisch erregbaren Pole sind dabei z.B. als Statorzähne aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet, wie dies beispielsweise die DE 10 2016 207 943 Al beschreibt, um deren Zahnkem eine elektrisch leitfähige Wicklung bei Bestromung ein Magnetfeld erzeugt. Durch rotorlageab hängige Bestromung der in Umfangsrichtung des Stators gleichmäßig und konzentrisch ange ordneten Statorzähne bzw. deren Wicklungen, wird ein Drehmoment auf den Rotor eingelei tet. Abhängig von der Anwendung können sehr hohe Leistungs- und/oder Drehmom enten dichten gefordert sein. Electrical assemblies with a disk-shaped rotor and a stator arranged parallel to it are known from the prior art and are used, for example, in axial flux machines. Usually, the rotor has a plurality of permanent magnets or permanent magnet poles, which rotate past opposing electro-magnetically excitable poles of the stator separated by an air gap. The electromagnetically excitable poles are designed, for example, as stator teeth made of a soft magnetic material, as described, for example, in DE 10 2016 207 943 A1, around the tooth core of which an electrically conductive winding generates a magnetic field when energized. A torque is applied to the rotor by energizing the stator teeth, which are arranged uniformly and concentrically in the circumferential direction of the stator, or their windings, depending on the rotor position. Depending on the application, very high power and / or torque densities may be required.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Stator für eine verbesserte Axialflussma schine bereitzustellen. The object of the present invention was to provide a stator for an improved axial flux machine.
Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung bei dem eingangs genannten Stator dadurch, dass das Rückschlusselement aus einem gerollten Blechpaket besteht, in dem Ausnehmungen angeord- - 2 The object of the invention is achieved in the aforementioned stator in that the return element consists of a rolled laminated core in which recesses are arranged. - 2nd
net sind, in denen die Zahnkörper der Statorzähne angeordnet sind, oder welche die Zahnkör per der Statorzähne formen, und/oder dass ausschließlich die Flusssammelelemente zumindest teilweise aus dem SMC -Werkstoff gebildet sind. are net, in which the tooth bodies of the stator teeth are arranged, or which the Zahnkör by the stator teeth form, and / or that only the flux collecting elements are at least partially formed from the SMC material.
Weiter wird die Aufgabe der Erfindung bei der eingangs genannten Axialflussmaschine dadurch gelöst, dass der zumindest eine Stator erfindungsgemäß ausgebildet ist. The object of the invention is also achieved in the axial flux machine mentioned at the outset in that the at least one stator is designed according to the invention.
Von Vorteil ist dabei, dass durch das gerollte Rückschlusselement die Flussdichte verbessert und der Stanzabfall bei der Herstellung des Stators reduziert werden kann. Durch die hybride Ausführung der Statorzähne aus dem SMC- und dem weichmagnetischen Werkstoff kann die magnetische Flussdichte durch die Statorzähne, bzw. durch diese umschließende Wicklungen, erhöht werden, wodurch je nach Auslegungspriorität der Wirkungsgrad und das Drehmoment bzw. die Drehmomentendichte der Axialflussmaschine erhöht werden können. Durch die Ma terialkombination kann die dreidimensionale Magnetflussführung, die durch das SMC -Mate rial erreicht wird, selbst dann noch aufrechterhalten werden, wenn die Magnetausnutzung durch die erhöhte Flussdichte im Körper der Zähne wesentlich höher ist. Darüber hinaus ist durch die Verwendung der teureren SMC -Werkstoffe nur für die Flusssammel elemente auch eine entsprechende Reduktion der Herstellkosten des Stators erzielbar. The advantage here is that the rolled return element improves the flux density and the punching waste can be reduced in the manufacture of the stator. Due to the hybrid design of the stator teeth made of the SMC and the soft magnetic material, the magnetic flux density through the stator teeth or through the windings surrounding them can be increased, whereby the efficiency and the torque or the torque density of the axial flux machine can be increased depending on the design priority . Thanks to the combination of materials, the three-dimensional magnetic flux guidance achieved by the SMC material can be maintained even if the magnet utilization is significantly higher due to the increased flux density in the body of the teeth. In addition, by using the more expensive SMC materials only for the flux collecting elements, a corresponding reduction in the manufacturing costs of the stator can be achieved.
Zur weiteren Verbesserung zumindest einzelner dieser Effekte kann nach einer Ausführungs variante des Stators vorgesehen sein, dass die Zahnkörper aus Blechelementen aus komorien- tiertem Blech bestehen oder dieses umfassen. Gemäß einer Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen sein, dass die Flusssamm elelemente formschlüssig mit den jeweiligen Zahnkörpern verbunden sind. Durch die Form schlüssigkeit der Verbindung kann die Montage der Flusssammelelementen auf den Zahnkör- pem vereinfacht und deren Halterung auf den Zahnkörpern verbessert werden. In order to further improve at least some of these effects, one embodiment of the stator can provide that the tooth bodies consist of sheet metal elements made of co-oriented sheet metal or include this. According to one embodiment of the stator, it can be provided that the flux collecting elements are positively connected to the respective tooth bodies. Due to the positive fit of the connection, the assembly of the flux collecting elements on the tooth body can be simplified and their retention on the tooth body can be improved.
Bevorzugt werden gemäß einer weiteren Ausführungsvariante die Zahnkörper jeweils durch ein, gegebenenfalls gerolltes, Blechpaket gebildet, wodurch in den Zahnkörpem Wirbelstrom verluste vermieden werden können und eine höhere 2D-Flussdichte erreicht werden kann. Durch die Ausführung mit einem gerollten Blech kann der Stanzabfall bei der Herstellung des Stators reduziert werden. - 3 -According to a further embodiment variant, the tooth bodies are each formed by a laminated core, possibly rolled, whereby eddy current losses can be avoided in the tooth bodies and a higher 2D flux density can be achieved. By using a rolled sheet metal, the punching waste can be reduced in the manufacture of the stator. - 3 -
Es kann nach einer anderen Ausführungsvariante des Stators auch vorgesehen sein, dass die Statorzähne auf einem Rückschlusselement angeordnet sind, wo-bei das Rückschlusselement durch ein gerolltes Blech gebildet ist. Durch den gerollten Statorrückschluss kann der Stanz abfall im Vergleich zum„geschichteten“ Rückschluss reduziert werden. Es kann nach einer weiteren Ausführungsvariante des Stators vorgesehen werden, dass das Rückschlusselement und die Zahnkörper einstückig miteinander ausgebildet sind, womit ein besserer Kontakt zwischen Rückschlusselement und den Zahnkörpern erreicht werden kann. Zudem kann die Anzahl an Einzelteilen für die Montage des Stators reduziert werden. Es kann somit die gesamte Einheit aus dem Rückschlusselement und den Zahnkörpern aus einem einstückigen, gerolltem Blech hergestellt sein. According to another embodiment of the stator, it can also be provided that the stator teeth are arranged on a return element, the return element being formed by a rolled sheet metal. Due to the rolled stator yoke, the punching waste can be reduced compared to the “layered” yoke. According to a further embodiment of the stator, it can be provided that the return element and the tooth bodies are formed integrally with one another, with which better contact between the return element and the tooth bodies can be achieved. In addition, the number of individual parts for assembling the stator can be reduced. The entire unit comprising the return element and the tooth bodies can thus be made from a one-piece, rolled sheet metal.
Zur Reduktion des notwendigen Maschinenraums und zur weiteren Vereinfachung der Mon tage können bei einer anderen Ausführungsvariante des Stators die Spulenwicklungen eine gesteckte konzentrierte Spulen Wicklungen sein. Es kann damit auch der Vorteil eines erhöh ten Füllfaktors in der Nut erreicht werden. Es ist aber auch möglich, dass die Spulenwicklungen gesteckte verteilte Spulenwicklungen sind, womit ebenfalls ein erhöhter Füllfaktor erreicht werden kann. Zudem kann damit eine Reduktion des Oberschwingungsanteils der induzierten Spannung erreicht werden. In order to reduce the necessary machine room and to further simplify the installation, the coil windings can be a plugged concentrated coil windings in another variant of the stator. The advantage of an increased fill factor in the groove can thus also be achieved. It is also possible, however, for the coil windings to be inserted, distributed coil windings, with which an increased fill factor can also be achieved. In addition, a reduction in the harmonic component of the induced voltage can be achieved.
Nach einer Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen werden, dass das Blechpaket aus mehreren Einzelblechpaketen zusammengesetzt wird. Bei einer weiteren Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen sein, dass das Blechpa ket oder die Blechpakete Blechlamellen aufweist/aufweisen, die miteinander verbunden sind. Durch die Verbindung der Blechlamellen kann das maschinelle Handling der Blechpakete verbessert werden. According to one variant of the stator, it can be provided that the laminated core is composed of several individual laminated cores. In a further embodiment variant of the stator it can be provided that the sheet-metal package or the sheet-metal packages have / have sheet-metal lamellae which are connected to one another. By connecting the sheet metal lamellas, the machine handling of the sheet metal stacks can be improved.
Bevorzugt werden die Blechlamellen kurzschlussfrei miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verklebt oder mit einem Backlack verbacken. Es ist aber auch möglich, dass die Blechlammen miteinander verschweißt, insbesondere punktverschweißt, verstemmt oder ver klemmt sind. - 4 -The sheet metal lamellas are preferably connected to one another without short-circuits, for example glued to one another or baked with a baking varnish. But it is also possible for the sheet metal lamellas to be welded to one another, in particular spot-welded, caulked or jammed. - 4 -
Das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement und den Zahnkörpern kann bei ei ner anderen Ausführungsvariante des Stators über Stanzlöcher fixiert sein. Mit dieser Ausfüh rungsvariante kann der Stator erhöhten mechanischen Anforderungen (z.B. Vibrationen) bes ser ausgesetzt werden. Darüber hinaus kann damit auf teure Klebe- oder Vergussprozesse ver- zichtet werden. The one-piece laminated core consisting of the return element and the tooth bodies can be fixed via punched holes in another variant of the stator. With this design variant, the stator can be better exposed to increased mechanical requirements (e.g. vibrations). In addition, expensive bonding or potting processes can be dispensed with.
Gemäß einer Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen sein, dass das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement und den Zahnkörpern axial in eine Statorgehäuse geschraubt ist, womit eine einfache und ebenfalls kostenreduzierende Ausführungsvariante des Stators erreicht werden kann. Der Stator kann bis zu einem hohen Grad vorgefertigt wer- den und dann zerlegbar montiert werden. Diese Ausführungsvariante ist insbesondere für große Axialflussmaschinen von Vorteil. According to one variant of the stator, it can be provided that the one-piece laminated core consisting of the return element and the tooth bodies is screwed axially into a stator housing, whereby a simple and also cost-reducing variant of the stator can be achieved. The stator can be prefabricated to a high degree and then assembled so that it can be dismantled. This variant is particularly advantageous for large axial flow machines.
Nach anderen Ausführungsvarianten des Stators kann vorgesehen sein, dass unter den Wi ckelköpfen auf der dem Luftspalt abgewandten Seite Freiräume ausgebildet sind, in denen zu mindest ein Kühlelement und/oder eine Verschaltung der Spulenwicklungen und/oder zumin- dest ein Befestigungselement angeordnet ist, wodurch der Maschinenraum der Axialflussma schine reduziert werden kann. Zudem kann damit die Kühlung sehr nahe an der Wärmequelle angeordnet werden, womit die Effizienz der Kühlung verbessert werden kann. According to other design variants of the stator it can be provided that free spaces are formed under the winding heads on the side facing away from the air gap, in which at least one cooling element and / or an interconnection of the coil windings and / or at least one fastening element is arranged, whereby the Machine room of the axial flow machine can be reduced. In addition, the cooling can thus be arranged very close to the heat source, whereby the efficiency of the cooling can be improved.
Nach einer anderen Ausführungsvariante des Stators kann auch vorgesehen werden, dass zwi schen Verbindungsstellen zweier angrenzender Blechpakete eine elektrische Isolierung ange- ordnet ist, wodurch Wirbelströme besser verhindert werden können. According to another embodiment variant of the stator, it can also be provided that electrical insulation is arranged between connection points of two adjacent laminated cores, whereby eddy currents can be better prevented.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Axialflussmaschine weist diese zur Erhö hung der Leistungsdichte zwei Statoren auf, wobei zwischen den beiden Statoren in der Axi alrichtung ein Rotor angeordnet ist. According to a preferred embodiment of the axial flux machine, this has two stators to increase the power density, a rotor being arranged between the two stators in the axial direction.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. For a better understanding of the invention, it is explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung: They each show in a simplified, schematic representation:
Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante einer Axialflussmaschine; 1 shows a first variant embodiment of an axial flow machine;
Fig. 2 eine weitere Ausführungsvariante einer Axialflussmaschine; - 5 -2 shows a further embodiment variant of an axial flow machine; - 5 -
Fig. 3 einen Stator in Schrägansicht vom Luftspalt gesehen und mit teilweise entfernten 3 shows a stator in an oblique view seen from the air gap and with partially removed
Flusssammelelementen; River collecting elements;
Fig. 4 eine erste Ausführungsvariante eines Flusssammelelementes in Schrägansicht; 4 shows a first variant embodiment of a flow collecting element in an oblique view;
Fig. 5 eine Ausführungsvariante eines Stators in Schrägansicht vom Luftspalt gesehen und mit teilweise entfernten Flusssammelelementen; 5 shows a variant of a stator in an oblique view seen from the air gap and with partially removed flux collecting elements;
Fig. 6 eine zweite Ausführungsvariante eines Flusssammelelementes in Schrägansicht; 6 shows a second embodiment variant of a flow collecting element in an oblique view;
Fig. 7 ein gerolltes Rückschlusselement in Schrägansicht; 7 shows a rolled return element in an oblique view;
Fig. 8 einen Ausschnitt aus einem einstückig mit den Zahnkörpern der Statorzähne aus gebildeten gerollten Rückschlusselement; 8 shows a detail from a rolled yoke element formed in one piece with the tooth bodies of the stator teeth;
Fig. 9 ein Detail von Ausführungsvarianten des Stators; 9 shows a detail of design variants of the stator;
Fig. 10 ein Detail einer anderen Ausführungsvariante des Stators. 10 shows a detail of another embodiment variant of the stator.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei- che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. At the outset, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are provided with the same reference numerals or the same component names, whereby the disclosures contained in the entire description can be applied to the same parts with the same reference numerals or the same component names. The position details chosen in the description, such as above, below, side, etc., also relate to the figure immediately described and shown and these position details must be transferred to the new position in the event of a change in position.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Axialflussmaschine 1 umfassend, zumindest einen Stator 2 und zumindest einen Rotor 3. Die Axialflussmaschine 1 kann beispielsweise zwei Rotoren 3 aufweisen, zwischen denen der Stator 2 angeordnet ist. Es ist aber auch die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsvariante mit nur einem Stator 2 und nur einem Rotor 3 möglich. 1 shows a first embodiment variant of an axial flux machine 1 comprising at least one stator 2 and at least one rotor 3. The axial flux machine 1 can, for example, have two rotors 3 between which the stator 2 is arranged. However, the variant embodiment shown in FIG. 1 with only one stator 2 and only one rotor 3 is possible.
Auf dem Rotor 3 bzw. den Rotoren 3 sind Magnete 4, beispielsweise Permanentmagnete, an geordnet. Der zumindest eine Stator 2 und der zumindest eine Rotor 3 können in einem fakul- tativ vorhandenen Gehäuse 5 angeordnet sein, wie dies in Fig. 1 strichliert angedeutet ist. Magnets 4, for example permanent magnets, are arranged on the rotor 3 or the rotors 3. The at least one stator 2 and the at least one rotor 3 can be arranged in an optionally present housing 5, as is indicated by dashed lines in FIG.
Es können auch mehrere Statoren 3 angeordnet sein. In diesem Fall sind vorzugsweise alle Statoren 3 gleich ausgebildet, sodass die folgenden Ausführungen auch auf die gegebenenfalls 6 A plurality of stators 3 can also be arranged. In this case, all stators 3 are preferably designed in the same way, so that the following statements also apply to the possible 6th
weiter vorhandenen Statoren 3 angewandt werden können. Beispielsweise zeigt die Fig. 2 eine Ausführungsvariante der Axialflussmaschine 1, bei der nur ein Rotor 3 angeordnet ist. Der Rotor 3 ist - in der Axialrichtung betrachtet - zwischen zwei Statoren 2 angeordnet, die entsprechend der Erfindung ausgebildet sind. Der Rotor 3 ist beidseitig mit mehreren Magne- ten 4 (Permanentmagnete) bestückt. Die beiden Statoren 2 sind so angeordnet, dass Flusssam melelemente 6 jeweils auf der vom Rotor 3 abgewandten Seite des Stators 2, also außen, an geordnet sind. further existing stators 3 can be used. For example, FIG. 2 shows an embodiment variant of the axial flow machine 1 in which only one rotor 3 is arranged. The rotor 3 is - viewed in the axial direction - arranged between two stators 2 which are designed according to the invention. The rotor 3 is equipped on both sides with several magnets 4 (permanent magnets). The two stators 2 are arranged so that Flusssam melelemente 6 are each arranged on the side of the stator 2 facing away from the rotor 3, ie on the outside.
Die Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsvariante des Stators 2 für die Axialflussmaschine 1. Der Stator 2 weist mehrere Statorzähne 7 auf. Die Statorzähne 7 weisen jeweils einen Zahn- körper 8 auf. Weiter weisen die Statorzähne 7 in einer Axialrichtung 9 gegenüberliegende Endabschnitte auf, die einen Zahnkopf und einen Zahnfuß bilden. Die Statorzähne 7 sind je weils mit einer Spulenwicklung 10 (in Fig. 3 nur schematisch angedeutet) umwickelt. Die Zahnkörper 8 liegen in der Axialrichtung 7 an einem, insbesondere plattenförmigen, Rück schlusselement 11 auf oder sind zumindest teilweise in das Rückschlusselement 11 einge- steckt, wozu dieses entsprechende Ausnehmungen aufweisen kann, in denen die Zahnkörper 8 bevorzugt formschlüssig aufgenommen sind. Das Rückschlusselement 11 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. 3 shows a first variant of the stator 2 for the axial flux machine 1. The stator 2 has several stator teeth 7. The stator teeth 7 each have a tooth body 8. Furthermore, the stator teeth 7 have opposite end sections in an axial direction 9, which form a tooth head and a tooth foot. The stator teeth 7 are each wrapped with a coil winding 10 (only indicated schematically in FIG. 3). The tooth bodies 8 rest in the axial direction 7 on an, in particular plate-shaped, return element 11 or are at least partially inserted into the return element 11, for which purpose it can have corresponding recesses in which the tooth bodies 8 are preferably received in a form-fitting manner. The return element 11 is preferably formed in one piece.
Zumindest zwischen der Spulenwicklung 10 und dem Zahnkörper 8 ist eine nicht weiter dar gestellte elektrische Isolierung angeordnet. Die Anzahl der in den Figuren dargestellten Statorzähne 7 ist nicht einschränkend zu verste hen. Vielmehr richtet sich deren Anzahl nach den jeweiligen Gegebenheiten in der Verwen dung des Stators 2 bzw. der Axialflussmaschine 1 bzw. deren gewünschte Leistungsmerk male. At least between the coil winding 10 and the tooth body 8, an electrical insulation not further presented is arranged. The number of stator teeth 7 shown in the figures is not to be understood as limiting. Rather, their number depends on the respective conditions in the use of the stator 2 or the axial flux machine 1 or their desired performance features.
Die Statorzähne 7 sind gleichmäßig verteilt über den Umfang des Stators 2 angeordnet. Insbe- sondere weisen in Richtung der Axialrichtung 9 betrachtet eine zumindest annähernd trapez förmigen Querschnittsfläche auf. The stator teeth 7 are evenly distributed over the circumference of the stator 2. In particular, viewed in the direction of the axial direction 9, they have an at least approximately trapezoidal cross-sectional area.
In Fig. 3 ist ein Flusssammelelement 6 entfernt worden, um eine bessere Einsicht auf die Statorzähne 7 zu ermöglichen. - 7 -In FIG. 3, a flux collecting element 6 has been removed in order to enable a better view of the stator teeth 7. - 7 -
Das, insbesondere ringförmige und bevorzugt plattenförmige Rückschlusselement 11 des Sta tors 2 kann aus einem hierfür üblichen Werkstoff bestehen. The in particular ring-shaped and preferably plate-shaped return element 11 of the stator 2 can consist of a material customary for this purpose.
Die Flusssammelelemente 6 (auch als Polschuhe bezeichenbar) bestehen aus einem sognann ten SMC-Werkstoff (Soft Magnetic Composite). Sie werden bevorzugt pulvermetallurgisch hergestellt und ermöglicht eine verlustarme dreidimensionale Magnetfluss-Führung. Da derar tige pulvermetallurgische Verfahren an sich bekannt sind, erübrigen sich weitere Ausführun gen dazu. The flux collecting elements 6 (also referred to as pole shoes) consist of a so-called SMC material (Soft Magnetic Composite). They are preferably manufactured using powder metallurgy and enable low-loss, three-dimensional magnetic flux guidance. Since such powder metallurgy processes are known per se, further explanations are not necessary.
SMC-Werkstoffe sind seit langem bekannt. Es handelt sich um Pulver aus weichmagneti schem Material, deren Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen ist. Diese Pulver werden durch Pressen zu weichmagnetischen Bauteilen konsolidiert. Das SMC- Pulver weist Partikel auf, die einen Kern umfassen, der von einer Isolierschicht oder mehreren Isolierschichten umgeben ist, bzw. besteht aus dem Kern und der zumindest einen Isolier schicht. Gegebenenfalls kann außen auf der Isolierschicht noch eine Binderschicht aufge bracht sein, mit der die einzelnen Partikel miteinander verbunden werden können. Der Kern der SMC -Pulver Partikel kann Reineisen aufweisen bzw. daraus bestehen. Es sind aber auch andere magnetisierbare Werkstoffe bzw. Legierungen als Kern einsetzbar, wie z.B. Eisenlegierungen, die üblicherweise für die Herstellung von Elektroblechen verwendet wer den. SMC materials have been known for a long time. It is a powder made of soft magnetic material whose surface is coated with an electrically insulating layer. These powders are consolidated into soft magnetic components by pressing. The SMC powder has particles which comprise a core which is surrounded by an insulating layer or a plurality of insulating layers, or consists of the core and the at least one insulating layer. If necessary, a binder layer can be applied to the outside of the insulating layer, with which the individual particles can be connected to one another. The core of the SMC powder particles can contain or consist of pure iron. However, other magnetizable materials or alloys can also be used as the core, such as iron alloys, which are usually used for the production of electrical steel sheets.
Dieser Kern ist vollständig von der zumindest einen Isolierschicht umgeben. Die zumindest eine Isolierschicht kann organischer, z.B. ein Silikonlack, oder metall-organischer oder anor ganischer Natur sein, z.B. eine Oxidschicht, eine Silikat-schicht, eine Phosphatschicht. Im Fall von mehreren Isolierschichten können diese auch aus unterschiedlichen Werkstoffen be stehen, beispielsweise ausgewählt aus den genannten Werkstoffen. This core is completely surrounded by the at least one insulating layer. The at least one insulating layer can be organic, e.g. a silicone varnish, or metal-organic or inorganic in nature, e.g. an oxide layer, a silicate layer, a phosphate layer. In the case of several insulating layers, these can also be made of different materials, for example selected from the materials mentioned.
Die Isolierschicht kann bzw. die Isolierschichten können eine mittlere Schichtdicke (arithme- tisches Mittel aus zumindest zehn Einzelwerten) zwischen 0,01 pm und 800 gm aufweisen. The insulating layer or the insulating layers can have an average layer thickness (arithmetic mean of at least ten individual values) between 0.01 μm and 800 μm.
Die gegebenenfalls vorhandene Binderschicht kann eine Polymerschicht sein, z.B. PTFE, Wachs, etc. The binder layer, if present, can be a polymer layer, e.g. PTFE, wax, etc.
Prinzipiell ist dieser Aufbau von SMC -Pulvern ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, sodass sich weitere Ausführungen dazu erübrigen. 8 In principle, this structure of SMC powders is also known from the prior art, so that further explanations are unnecessary. 8th
Der SMC -Werkstoff wird bei dem Stator 2 ausschließlich für die Flusssammelelemente 6 ein gesetzt. The SMC material is used in the stator 2 exclusively for the flux collecting elements 6.
Die Zahnkörper 8 der Statorzähne 7 sind hingegen aus einem zum SMC -Werkstoff unter schiedlichen eisenbasierten Werkstoff gebildet bzw. umfassen diesen. Beispielsweise kann ein Elektroblech verwendet werden, wie es für elektrische Maschinen und Magnetkreise mit wechselnden Magnetfeldern bekannterweise eingesetzt wird. The tooth bodies 8 of the stator teeth 7, however, are formed from an iron-based material that is different from the SMC material or comprise this. For example, an electrical sheet can be used, as is known for electrical machines and magnetic circuits with alternating magnetic fields.
Zur Anordnung der Flusssammelelemente 6 auf den Zahnkörpern 8 weisen diese bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante jeweils eine Vertiefung 12 bzw. Ausnehmung auf. Die Flusssammelelemente 6 weisen hingegen einen Vorsprung 13 auf, wie dies aus Fig. 4 zu ersehen ist. Der Vorsprung 13 kann eine Höhe aufweisen, die zwischen 5 % und 100 % einer Gesamthöhe 15 des Flusssammel elementes 6 in gleicher Richtung beträgt. For the arrangement of the flux collecting elements 6 on the tooth bodies 8, in the embodiment variant shown in FIG. 3 they each have a depression 12 or recess. In contrast, the flux collecting elements 6 have a projection 13, as can be seen from FIG. 4. The projection 13 can have a height which is between 5% and 100% of a total height 15 of the flow collecting element 6 in the same direction.
Die Flusssammelelemente 6 werden so auf den Zahnkörpern 8 angeordnet, dass die Vor sprünge 13 der Flusssammelelemente 6 von den Vertiefungen 12 in den Zahnkörpern 8 aufge nommen sind. Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, ist auch die umgekehrte Ausbildung möglich. DieThe flux collecting elements 6 are arranged on the tooth bodies 8 in such a way that the jumps 13 of the flux collecting elements 6 are taken up from the recesses 12 in the tooth bodies 8. As can be seen from FIGS. 5 and 6, the reverse design is also possible. The
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante des Stators 2, wobei wiederum ein Flusssammelelement 6 entfernt wurde, um einen besseren Einblick auf den Zahnkörper 8 zu haben. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, weist der Zahnkörper 8 eine Erhebung 16 auf. Dementsprechend weist das Flusssammel element 6 eine Ausnehmung 17 auf, die insbesondere als Durchbruch durch das Flusssammel element 6 ausgebildet ist, wie dies aus Fig. 6 zu ersehen ist. Die Erhebungen 16 der Zahnkörper 8 können eine Höhe 18 aufweisen, die zwischen 5 % und 100 % der Gesamt höhe 15 des Flusssammel elementes 6 entspricht. FIG. 5 shows a variant embodiment of the stator 2, a flux collecting element 6 again having been removed in order to have a better view of the tooth body 8. As can be seen from FIG. 5, the tooth body 8 has an elevation 16. Accordingly, the flux collecting element 6 has a recess 17, which is designed in particular as an opening through the flux collecting element 6, as can be seen from FIG. The elevations 16 of the tooth bodies 8 can have a height 18 which corresponds to between 5% and 100% of the total height 15 of the flux collecting element 6.
Die Flusssammelelemente 6 werden so auf den Zahnkörpern 8 angeordnet, dass deren Erhe bungen 16 von den Ausnehmungen 17 in den Flusssammel elementen 6 aufgenommen sind. Bei beiden beschriebenen Ausführungsvarianten des Stators 2 weisen die Flusssammelele mente 6 in Draufsicht betrachtet eine zumindest annähernd kreisbogensegmentförmige Form auf. Sie können aber auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise trapezförmig ausgebil det sein. - 9 -The flux collecting elements 6 are arranged on the tooth bodies 8 in such a way that their elevations 16 are received by the recesses 17 in the flux collecting elements 6. In both of the described embodiment variants of the stator 2, the Flusssammelele elements 6, viewed in plan view, have an at least approximately circular segment-shaped shape. But they can also have a different shape, for example be trapezoidal ausgebil det. - 9 -
Weiter ist bei beiden beschriebenen Ausführungsvarianten des Stators 2 auf den Zahnkörpern 8 zumindest eine Auflagefläche 19 vorgesehen, auf der die Flusssammel elemente 6 aufliegen. Die Flusssammelelemente 6 weisen nämlich - wieder in Draufsicht betrachtet - eine größere Fläche auf, als die Zahnkörper 8. Weiter ist bevorzugt, wenn die Flusssammelelement 6 aus- schließlich auf diesen Auflageflächen 19 auf den Zahnkörpern 8 aufliegen. Die geometrischen Dimensionen der Vertiefungen 12 bzw. Erhebungen 16 der Zahnkörper 8 sind dementspre chend an die geometrischen Dimensionen der Vorsprünge 13 bzw. der Ausnehmungen 17 der Flusssammelelemente 6 angepasst, um dies zu ermöglichen. Dabei können diese Auflageflä chen 19 nur an einer Seite der Zahnkörper 8, also beispielsweise nur radial innen oder radial außen, oder an mehreren Seiten, beispielsweise radial innen und radial außen, ausgebildet.Furthermore, in both of the embodiments of the stator 2 described, at least one bearing surface 19 is provided on the tooth bodies 8, on which the flux collecting elements 6 rest. The flux collecting elements 6 have a larger area than the tooth bodies 8, again viewed in plan view. It is further preferred if the flux collecting elements 6 rest exclusively on these bearing surfaces 19 on the tooth bodies 8. The geometric dimensions of the depressions 12 or elevations 16 of the tooth bodies 8 are accordingly adapted to the geometric dimensions of the projections 13 and the recesses 17 of the flow collecting elements 6 in order to make this possible. These support surfaces 19 can only be formed on one side of the tooth body 8, for example only radially inward or radially outward, or on several sides, for example radially inward and radially outward.
Bevorzugt sind die Auflageflächen 19 umlaufend um die Zahnkörper 8 ausgebildet (in Drauf sicht auf die Zahnkörper 8 von Richtung des Luftspaltes aus betrachtet). Eine Breite 20 dieser Auflageflächen 19 kann ausgewählt sein aus einem Bereich von 5 % bis 30 % einer radial äu ßeren Länge 21 des Kreisbogensegments der Zahnkörper 8 in einer Umfangsrichtung 22. Die Auflageflächen 19 sind also im Wesentlichen streifenförmig bzw. im Fall einer umlaufenden Auflagefläche 19 im Wesentlichen rahmenförmig ausgebildet. The bearing surfaces 19 are preferably formed circumferentially around the tooth body 8 (viewed from above on the tooth body 8 from the direction of the air gap). A width 20 of these bearing surfaces 19 can be selected from a range of 5% to 30% of a radially outer length 21 of the circular arc segment of the tooth body 8 in a circumferential direction 22. The bearing surfaces 19 are therefore essentially strip-shaped or in the case of a circumferential bearing surface 19 substantially frame-shaped.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Zahnkörper 8 den von den Spulenwick lungen 10 jeweils umschlossenen Raum bevorzugt zu zumindest 90 %, insbesondere zwi schen 90 % und 100 %, ausfüllen. Die Zahnkörper 8 sind keine Hohlkörper. Nach einer anderen, nicht dargestellten, Ausführungsvariante des Stators 2 besteht aber auch die Möglichkeit, dass die die Endflächen der Zahnkörper 8 vollflächig mit den Flusssamm elelementen 6 bedeckt und mit diesen verbunden sind. Die Zahnkörper 8 können bei dieser Ausführungsvariante frei von Vertiefungen 12 bzw. Erhebungen 16 und die Flusssammelele mente 6 frei von Ausnehmungen 17 der Flusssammel elemente 6 sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Stators 2 kann vorgesehen sein, dass dieIt should be pointed out at this point that the tooth bodies 8 preferably fill the space enclosed by the coil windings 10 to at least 90%, in particular between 90% and 100%. The tooth bodies 8 are not hollow bodies. According to another, not shown, variant embodiment of the stator 2, however, there is also the possibility that the end surfaces of the tooth bodies 8 are completely covered with the flux collecting elements 6 and are connected to them. The tooth body 8 can be free of recesses 12 or elevations 16 and the Flusssammelele elements 6 free of recesses 17 of the flux collecting elements 6 in this embodiment. According to a further embodiment of the stator 2 it can be provided that the
Flusssammel elemente 6 formschlüssig mit dem jeweiligen Zahnkörper 8 verbunden sind, wie dies die Fig. 5 zeigt und die Fig. 3 strichliert andeutet. Um dies zu erreichen, können die For men und geometrischen Dimensionen der Vertiefungen 12 bzw. Erhebungen 16 der Zahnkör per 8 dementsprechend an die Formen und geometrischen Dimensionen der Vorsprünge 13 bzw. der Ausnehmungen 17 der Flusssammelelemente 6 angepasst sein. 10 Flux collecting elements 6 are positively connected to the respective tooth body 8, as FIG. 5 shows and FIG. 3 indicates with broken lines. In order to achieve this, the shapes and geometric dimensions of the depressions 12 or elevations 16 of the Zahnkör can be adapted accordingly to the shapes and geometric dimensions of the projections 13 and the recesses 17 of the flow collecting elements 6. 10
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Stators 2 kann vorgesehen sein, dass die Zahnkörper 8 zur Gänze durch ein Blechpaket aus mehreren Blechlamellen 23 gebildet ist, wie dies aus Fig. 8 zu ersehen ist. Es können dazu bekannt Elektrobleche verwendet werden, also beispielsweise nicht orientierte magnetische Stahlbleche. Zur Leistungssteigerung kön- nen gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kornorientierte magnetische (Stahl-)Bleche eingesetzt werden. Kornorientierte Bleche an sich sind aus dem Stand der Technik bekannt, sodass darauf verwiesen sei. Die kristallographische Orientierung dieser Bleche ist bei An wendung für die Statorzähne 6 in axialer Richtung ausgebildet. According to a preferred embodiment of the stator 2, it can be provided that the tooth body 8 is entirely formed by a laminated core made of several sheet metal lamellas 23, as can be seen from FIG. 8. Known electrical steel sheets can be used for this purpose, for example non-oriented magnetic steel sheets. According to a further variant, grain-oriented magnetic (steel) sheets can be used to increase performance. Grain-oriented sheets per se are known from the prior art, so reference is made to them. The crystallographic orientation of these sheets is formed when used for the stator teeth 6 in the axial direction.
Die Blechlamellen 23 haben vorzugsweise eine Dicke ausgewählt aus einem Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm. Eine Breite und eine Länge der Bleche zur Herstellung der Blechlamellen 23 ist üblicherweise deutlich größer als deren Dicke. The sheet metal lamellas 23 preferably have a thickness selected from a range from 0.05 mm to 0.5 mm. A width and a length of the metal sheets for producing the sheet metal lamellae 23 is usually significantly greater than their thickness.
Die Blechlamellen 23 sind senkrecht auf das Rückschlusselement 11 verlaufend angeordnet. Sie sind also stehend angeordnet, wie dies aus den Fig. 8 ersichtlich ist. Weiter ist die durch die Länge und Breite definierte Fläche der Blechlamellen 23 vorzugsweise senkrecht stehend auf eine Radialrichtung 24 durch den Statorzahn 7 orientiert im Statorzahn 7 bzw. im Stator 2 angeordnet, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Die seitlichen Stirnflächen der Bleche 15 weisen also annähernd in die Umfangsrichtung 22 des Stators 2. Mit„annähernd“ ist dabei gemeint, dass die ringförmige Ausbildung des Stators 2 zu berücksichtigen ist. The sheet metal lamellas 23 are arranged running perpendicular to the return path element 11. They are therefore arranged upright, as can be seen from FIG. Furthermore, the surface of the sheet metal lamellae 23 defined by the length and width is preferably arranged vertically in a radial direction 24 through the stator tooth 7, oriented in the stator tooth 7 or in the stator 2, as shown in FIG. The lateral end faces of the metal sheets 15 therefore point approximately in the circumferential direction 22 of the stator 2. By “approximately” it is meant that the annular design of the stator 2 must be taken into account.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Blechpaket aus einem ge- rollten Blech hergestellt ist. Dazu wird ein Blech auf einen Dom aufgewickelt. According to one embodiment variant, it can be provided that the laminated core is made from a rolled sheet metal. For this purpose, a metal sheet is wound onto a dome.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Begriffe„gewickelt“ und„gerollt“ in Hinblick auf ein aus einem Metallband hegestelltes Blechpakte synonym verwendet werden. It should be mentioned at this point that the terms “wound” and “rolled” are used synonymously with regard to a sheet-metal package made from a metal strip.
Durch das Wickeln des Metallbandes entsteht ein Blechpaket bestehend aus den in radialer Richtung übereinander angeordneten Blechlamellen 23 (unmittelbar nach dem Wickeln sind die Blechlamellen aufgrund des Bandwickelns noch zusammenhängend). Zur besseren Hand habung des gewickelten Blechpaketes, können die Blechlamellen 23 miteinander verbunden werden. Die Verbindung kann beispielsweise durch Stanzpaketieren, Verstemmen der Blech lamellen miteinander, allgemein durch Verklemmen der Blechlamellen miteinander, etc., er folgen. Neben dieser Art der Verbindung können die Blechlamellen 23 aber auch ausschließ- lieh aufgrund der Reibung zwischen den Blechlamellen 23 verbunden sein. Dazu kann das 11 The winding of the metal strip creates a laminated core consisting of the laminated laminations 23 arranged one above the other in the radial direction (immediately after the winding, the laminated laminations are still connected due to the winding of the belt). For better handling of the wound laminated core, the sheet metal lamellas 23 can be connected to one another. The connection can, for example, by means of a punch packet, caulking the sheet metal lamellae together, generally by clamping the sheet metal lamellae together, etc., he follows. In addition to this type of connection, the sheet metal lamellas 23 can also be connected exclusively due to the friction between the sheet metal lamellas 23. This can do 11
Metallband unter Zug gewickelt werden. Zusätzlich zu den formschlüssigen bzw. kraftschlüs sigen Verbindungsarten können die Blechlamellen 23 auch stoffschlüssig verbunden sein, bei spielsweise durch Punktschweißen, Kleben, Backen, etc.. Zum Backen wird auf das Metall band ein sogenannter Backlack zumindest einseitig aufgetragen und danach die Verbindung bei erhöhter Temperatur über den Lack hergestellt werden. Der Lack kann dabei gleichzeitig eine elektrische Isolierung zwischen den Blechlamellen 23 bilden. Generell ist es aber auch möglich, zwischen den Blechlamellen 23 eine elektrische Isolierung anzuordnen, beispiels weise in Streifenform, wobei der Streifen mit dem Metallband mitgewickelt werden kann. Metal tape can be wound under tension. In addition to the form-fitting or frictional connection types, the sheet metal lamellas 23 can also be materially connected, for example by spot welding, gluing, baking, etc .. For baking, a so-called baking varnish is applied to at least one side of the metal band and then the connection at elevated temperature can be produced via the paint. At the same time, the paint can form electrical insulation between the sheet metal lamellas 23. In general, however, it is also possible to arrange electrical insulation between the sheet metal lamellas 23, for example in the form of a strip, it being possible for the strip to be wound along with the metal strip.
Die entsprechende Form der Blechpakete für die Zahnkörper kann aus den gerollten Blechpa- keten nach einem üblichen Trennverfahren hergestellt werden. The corresponding shape of the laminated cores for the tooth bodies can be produced from the rolled laminated cores using a conventional cutting process.
Die Ausführungen zur Verbindung der Blechlamellen 23 miteinander und zur Isolierung ge geneinander können im Rahmen dieser Beschreibung generell auf genannte Blechpakete an gewandt werden. Weiter können diese Ausführungen auch auf die Verbindung der Zahnkör per 8 mit dem jeweiligen Flusssammelelement 6 angewandt werden, sodass also die Fluss- sammelelemente 6 zusätzlich oder alternativ zu voranstehend genannter formschlüssigen Ver bindung auch stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit den Zahnkörpern 8 verbunden wer den können. The explanations for connecting the sheet metal lamellas 23 with one another and for insulation ge against one another can generally be applied to said laminated cores in the context of this description. Furthermore, these explanations can also be applied to the connection of the tooth bodies 8 with the respective flow collecting element 6, so that the flow collecting elements 6 can also be connected to the tooth bodies 8 in a material and / or force-locking manner in addition or as an alternative to the above-mentioned positive connection .
Neben der gerollten Variante zur Herstellung der Blechpakete können diese auch durch Stan zen oder Schneiden der Einzellamellen aus einem größeren Blech hergestellt sein. Das (ringförmige) Rückschlusselement 11 kann als kompakte Platte ausgeführt sein. Nach ei ner Ausführungsvariante des Stators 2, die in Fig. 7 dargestellt ist, kann vorgesehen sein, dass das Rückschlusselement 11 als gerolltes Blech, d.h. als gerollter Blechstreifen 25 ausgeführt ist. Das Rückschlusselement 11 kann aus nur einem einzigen Blechstreifen 25 hergestellt sein. In addition to the rolled variant for the production of the sheet metal stacks, these can also be made from a larger sheet metal by Stan zen or cutting the individual lamellae. The (ring-shaped) return element 11 can be designed as a compact plate. According to one embodiment of the stator 2, which is shown in FIG. 7, it can be provided that the return element 11 is designed as a rolled sheet metal, i.e. as a rolled sheet metal strip 25. The return element 11 can be made from just a single sheet metal strip 25.
Die Blechdicke des gerollten Blechstreifens 25 kann zwischen 0,05 mm und 0,5 mm betragen. Mit dieser Ausführungsvariante kann der Stanzabfall für die Herstellung des Rückschlussele mentes 11 deutlich reduziert bzw. beinahe eliminiert werden. Zudem kann auch ein anisotro per Werkstoff für das Rückschlusselement 11 eingesetzt werden, insbesondere um das Poten tial in Bezug auf Leistungsdichte und Wirkungsgrad besser ausnutzen zu können. Die Ver wendung eines isotropen Werkstoffes ist ebenfalls möglich. 12 The sheet thickness of the rolled sheet metal strip 25 can be between 0.05 mm and 0.5 mm. With this embodiment variant, the punching waste for the production of the return element 11 can be significantly reduced or almost eliminated. In addition, an anisotropic material can also be used for the return element 11, in particular in order to be able to better utilize the potential in terms of power density and efficiency. The use of an isotropic material is also possible. 12
Gemäß einer Ausführungsvariante des Stators 2 dazu kann vorgesehen sein, dass das Rück schlusselement 11 aus einem gerolltem, kornorientiertem Elektroblech gebildet ist, wobei die kristallographische Vorzugsrichtung in tangential Richtung ausgebildet ist. According to an embodiment of the stator 2, it can be provided that the return element 11 is formed from a rolled, grain-oriented electrical sheet, the preferred crystallographic direction being formed in the tangential direction.
Wie in Fig. 7 angedeutet, können die Statorzähne 7 einfach auf das Rückschlusselement 11 aufgesetzt (oder in eine entsprechende Nut in diesem eingesetzt) und damit verbunden, z.B. verklebt, sein. As indicated in FIG. 7, the stator teeth 7 can simply be placed on the return element 11 (or inserted into a corresponding groove in this) and connected to it, e.g. glued.
Es ist möglich, dass für die Blechlamellen 23 und für das Rückschlusselement 11, d.h. insbe sondere den Blechstreifen 25, auch ein anisotroper Werkstoff verwendet wird. Die Verwen dung eines isotropen Werkstoffes ist ebenfalls möglich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Stators 2, die in Fig. 8 gezeigt ist, besteht die Möglichkeit, dass das Rückschlusselement 11 und die Zahnkörper 8 einstückig ausgebil det sind. Das Rückschlusselement 11 ist hier ebenfalls aus einem (einzigen) gerollten Blech streifen 25 hergestellt. In diesem Fall wird für das Rückschlusselement 11 und die Blechla mellen 23 der Zahnkörper 8 insbesondere ein isotroper Werkstoff verwendet. Der Blechstrei- fen 25 weist in diesem Fall eine größere Breite auf, um nach dem Wickeln die Zahnkörper 8 aus den Blechpaket mit einem Trennverfahren, beispielsweise durch Stanzen oder Schneiden, hersteilen zu können. It is possible that an anisotropic material is also used for the sheet metal lamellae 23 and for the return element 11, i.e. in particular the sheet metal strip 25. The use of an isotropic material is also possible. According to a preferred embodiment of the stator 2, which is shown in Fig. 8, there is the possibility that the return element 11 and the tooth body 8 are integrally formed. The return element 11 is also made of a (single) rolled sheet metal strip 25 here. In this case, an isotropic material is used in particular for the return element 11 and the Blechla fins 23 of the tooth body 8. In this case, the sheet metal strip 25 has a greater width in order to be able to manufacture the tooth bodies 8 from the sheet metal core using a separating process, for example by punching or cutting, after winding.
In den Figuren sind sie Spulenwicklungen 10 als gesteckte konzentrierte Spulen Wicklungen 10 dargestellt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Spulenwicklungen 10 gesteckte verteilte Spulenwicklungen 10 sind. In the figures, the coil windings 10 are shown as plugged-in concentrated coil windings 10. However, there is also the possibility that the coil windings 10 are inserted, distributed coil windings 10.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Stators 2 kann vorgesehen sein, dass das ein stückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement 11 und den Zahnkörpem 8 axial in ein Statorgehäuse 26 geschraubt ist, wie dies aus Fig. 9 dargestellt ist. According to a further embodiment variant of the stator 2, it can be provided that the one piece laminated core consisting of the return element 11 and the toothed bodies 8 is screwed axially into a stator housing 26, as shown in FIG. 9.
Die Fig. 9 zeigt noch eine weitere Ausführungsvariante des Stators 2. Es besteht nämlich die Möglichkeit, das Blechpaket aus mehreren Einzelblechpakten 27, 28 zusammengesetzt ist. Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsvariante besteht das Blechpaket aus zwei Ein zelblechpaketen 27, 28, die sich insbesondere jeweils über 180 ° erstrecken. Das Blechpaket kann aber auch aus mehr als zwei Einzelblechpaketen 27, 28 zusammengesetzt werden, bei spielsweise drei, vier, fünf, sechs, acht, etc. - 13 -9 shows yet another variant of the stator 2. There is namely the possibility of the laminated core being composed of several individual laminated cores 27, 28. In the embodiment variant shown in FIG. 9, the laminated core consists of two single sheet metal stacks 27, 28, which in particular each extend over 180 °. The laminated core can also be composed of more than two individual laminated cores 27, 28, for example three, four, five, six, eight, etc. - 13 -
Vorzugsweise verläuft die Teilungsebene des Blechpakets zur Ausbildung der Einzelblechpa kete 27, 28 durch Zahnkörper 8. The division plane of the laminated core for forming the individual laminated core 27, 28 preferably runs through toothed bodies 8.
Anstelle der oder zusätzlich zu der axialen Verschraubung des Blechpakets aus dem Rück schlusselement 11 und den Zahnkörpern 8 kann auch eine radiale Fixierung bzw. Sicherung dieses Blechpakets erfolgen, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Dazu können ein oder mehrere Befestigungsmittel, wie beispielswiese Schrauben, Stäbe, Nieten, etc. durch Durchbrüche im Statorgehäuse 26 und im Blechpaket, beispielsweise im Rückschlusselement 11 und/oder in zumindest einzelnen Zahnkörpern 8 geführt sein. Die Durchbrüche im Blechpaket oder im Statorgehäuse 26 können auch als Blindlöcher ausgeführt sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Stators 2 kann vorgesehen sein, dass das ein stückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement und den Zahnkörpern über Stanzlöcher fi xiert ist. Instead of, or in addition to, the axial screw connection of the laminated core consisting of the return element 11 and the tooth bodies 8, this laminated core can also be fixed or secured radially, as shown in FIG. 10. For this purpose, one or more fastening means, such as screws, rods, rivets, etc., can be guided through openings in the stator housing 26 and in the laminated core, for example in the return element 11 and / or in at least individual tooth bodies 8. The openings in the laminated core or in the stator housing 26 can also be designed as blind holes. According to a further embodiment of the stator 2 it can be provided that the one piece laminated core consisting of the return element and the tooth bodies is fixed via punched holes.
Es ist weiter nach einer anderen Ausführungsvariante möglich, unter den Wickelköpfen auf der dem Luftspalt abgewandten Seite Freiräume auszubilden, in denen zumindest ein Kühlele- ment und/oder eine Verschaltung der Spulenwicklungen und/oder zumindest ein Befesti gungselement angeordnet ist. According to another variant, it is also possible to form free spaces under the winding heads on the side facing away from the air gap, in which at least one cooling element and / or an interconnection of the coil windings and / or at least one fastening element is arranged.
Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass bei Rückschlusselement 11, das aus einem ge rolltem Blechpaket besteht, die Zahnköper 8 auch aus separaten Blechpaketen bestehen kön nen. Dabei ist bevorzugt, wenn alle Blechpakete, also das Blechpaket für das Rückschlussele- ment 11 und/oder die Blechpakete für die Zahnkörper 8 aus einem komorientierten Blechpa ket hergestellt sind. For the sake of completeness, it should be noted that in the case of the return element 11, which consists of a rolled laminated core, the tooth bodies 8 can also consist of separate laminated cores. It is preferred here if all of the laminated cores, that is to say the laminated cores for the return element 11 and / or the laminated cores for the tooth bodies 8, are made from a grain-oriented laminated core.
Der Stator 2 nach der Erfindung kann beispielsweise in einer Traktionsmaschine für Kraft fahrzeuge oder Luftfahrzeuge eingesetzt werden. The stator 2 according to the invention can be used, for example, in a traction machine for motor vehicles or aircraft.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Stators 2, wobei auch Details der gezeigten oder beschriebenen Ausführungsvariante oder auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind. So kann l.ein Stator 2 für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzähnen 7, die einen Zahnkörper 8 und ein Rückschlusselement 11 aufweisen, und der mehrere Spulenwicklungen 10 aufweist, eine - 14 - eigenständige Erfindung sein, wenn das Rückschlusselement 11 aus einem gerollten Blechpa ket besteht, in dem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zahnkörper 8 der The exemplary embodiments show possible design variants of the stator 2, details of the design variant shown or described or also combinations of the individual design variants with one another being possible. Thus, a stator 2 for an axial flux machine, comprising a plurality of stator teeth 7, which have a tooth body 8 and a return element 11, and which has a plurality of coil windings 10, can be a - 14 - be an independent invention if the return element 11 consists of a rolled Blechpa ket, in which recesses are arranged in which the tooth body 8 of the
Statorzähne 7 angeordnet sind. Selbstverständlich kann diese Erfindung auch mit den weite ren in der Beschreibung genannten Ausführungsvarianten des Stators 2 kombiniert werden, insbesondere mit jenen in den Ansprüchen niedergeschriebenen Ausführungsvarianten des Stators 2. Stator teeth 7 are arranged. Of course, this invention can also be combined with the other design variants of the stator 2 mentioned in the description, in particular with those design variants of the stator 2 described in the claims.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Axialflussmaschine 1, des Stators 2 bzw. des Statorzahns 7 diese nicht zwin genderweise maßstäblich dargestellt sind. For the sake of clarity, it should finally be pointed out that for a better understanding of the structure of the axial flux machine 1, the stator 2 and the stator tooth 7, they are not necessarily shown to scale.
15 15th
Bezugszeichenaufstellung List of reference symbols
1 Axialflussmaschine 1 axial flow machine
2 Stator 2 stator
3 Rotor 3 rotor
4 Magnet 4 magnet
5 Gehäuse 5 housing
6 Flusssammelelement 6 river collector
7 Statorzahn 7 stator tooth
8 Zahnkörper 8 tooth bodies
9 Axialrichtung 9 axial direction
10 Spulenwicklung 10 coil winding
11 Rückschlusselement 11 Inference element
12 Vertiefung 12 deepening
13 Vorsprung 13 advantage
14 Höhe 14 height
15 Gesamthöhe 15 total height
16 Erhebung 16 survey
17 Ausnehmung 17 recess
18 Höhe 18 height
19 Auflagefläche 19 support surface
20 Breite 20 width
21 Länge 21 length
22 Umfangsrichtung 22 circumferential direction
23 Blechlamelle 23 sheet metal lamella
24 Radialrichtung 24 radial direction
25 Blechstreifen 25 metal strips
26 Statorgehäuse 26 stator housing
27 Einzelblechpaket 27 single sheet package
28 Einzelblechpaket 28 single sheet package

Claims

- 16 - - 16 -
P a t e n t a n s p r ü c h e P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Stator (2) für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzäh nen (7), die einen Zahnkörper (8) und ein Rückschlusselement (11) aufweisen, und mit meh- reren Spulenwicklungen (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlusselement (11) aus einem gerollten Blechpaket besteht, in dem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zahnkörper (8) der Statorzähne (7) angeordnet sind oder welche die Zahnkörper (8) der Statorzähne (7) formen. 1. Stator (2) for an axial flux machine, comprising a plurality of stator teeth (7) which have a tooth body (8) and a return element (11) and with several coil windings (10), characterized in that the return element (11) consists of a rolled laminated core in which recesses are arranged in which the tooth bodies (8) of the stator teeth (7) are arranged or which form the tooth bodies (8) of the stator teeth (7).
2. Stator (2) für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzäh- nen (7), die einen SMC -Werkstoff und einen Zahnkörper (8) aus einem zum SMC-Werkstoff unterschiedlichen, weichmagnetischen Werkstoff aufweisen, wobei der Zahnkopf ein Fluss sammelelement (6) aufweist, und mit mehreren Spulenwicklungen (10), dadurch gekenn zeichnet, dass ausschließlich die Flusssammelelemente (6) zumindest teilweise aus dem SMC-Werkstoff gebildet sind. 3. Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnkörper aus2. Stator (2) for an axial flux machine, comprising a plurality of stator teeth (7) which have an SMC material and a tooth body (8) made of a soft magnetic material different from the SMC material, the tooth tip having a flux collecting element (6), and with a plurality of coil windings (10), characterized in that only the flux collecting elements (6) are at least partially formed from the SMC material. 3. Stator according to claim 2, characterized in that the tooth body consists of
Blechelementen aus kornorientiertem Blech bestehen oder dieses umfassen. Sheet metal elements consist of grain-oriented sheet metal or include this.
4. Stator (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusssam melelemente (6) formschlüssig mit den jeweiligen Zahnkörper (8) verbunden sind. 4. stator (2) according to claim 2 or 3, characterized in that the Flusssam melelemente (6) are positively connected to the respective tooth body (8).
5. Stator (2) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnkörper (8) jeweils durch ein, gegebenenfalls gerolltes, Blechpaket gebildet sind. 5. stator (2) according to claim 1 to 3, characterized in that the tooth body (8) are each formed by a laminated core, optionally rolled.
6. Stator (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorzähne (8) auf einem Rückschlusselement (11) angeordnet sind, wobei das Rückschlus selement (11) durch ein gerolltes Blech gebildet ist. 6. stator (2) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the stator teeth (8) are arranged on a return element (11), wherein the return element (11) is formed by a rolled sheet metal.
7. Stator (2) nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rück- Schlusselement (11) einstückig mit den Zahnkörpern (8) ausgebildet ist. - 17 -7. stator (2) according to claim 1 or 6, characterized in that the rear-end element (11) is formed in one piece with the tooth bodies (8). - 17 -
8. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklungen (10) gesteckte konzentrierte Spulenwicklungen (10) sind. 8. Stator (2) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the coil windings (10) are plugged concentrated coil windings (10).
9. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklungen (10) gesteckte verteilte Spulenwicklungen (10) sind. 10. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das9. stator (2) according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the coil windings (10) are inserted distributed coil windings (10). 10. stator (2) according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the
Blechpaket aus mehreren Einzelblechpaketen (27, 28) zusammengesetzt ist. Laminated core is composed of several individual laminated cores (27, 28).
11. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das11. stator (2) according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the
Blechpaket oder die Blechpakete miteinander verbundene Blechlamellen (23) aufweist/auf- weisen. 12. Stator (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die BlechlamellenThe laminated core or the laminated core has / have interconnected sheet metal lamellas (23). 12. stator (2) according to claim 11, characterized in that the sheet metal lamellas
(23) bereichsweise verschweißt oder verklebt oder mit einem Backlack verbacken oder ver- stemmt oder verklemmt sind. (23) are welded or glued in places or baked with a baking varnish or caulked or jammed.
13. Stator (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement (11) und den Zahnkörpern (8) axial in ein Statorgehäuse geschraubt ist. 13. Stator (2) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the one-piece laminated core from the return element (11) and the tooth bodies (8) is screwed axially into a stator housing.
14. Stator (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement (11) und den Zahnkörpern (8) über Stanzlöcher fixiert ist. 14. Stator (2) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the one-piece laminated core from the return element (11) and the tooth bodies (8) is fixed via punched holes.
15. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass un- ter den Wickelköpfen auf der dem Luftspalt abgewandten Seite Freiräume ausgebildet sind, in denen zumindest ein Kühlelement und/oder eine Verschaltung der Spulenwicklungen und/o- der zumindest ein Befestigungselement angeordnet ist. 15. Stator (2) according to one of claims 1 to 14, characterized in that free spaces are formed under the winding heads on the side facing away from the air gap, in which at least one cooling element and / or an interconnection of the coil windings and / or the at least one fastening element is arranged.
16. Stator (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Blechlamellen (23) eine elektrische Isolierung angeordnet ist. - 18 -16. Stator (2) according to one of claims 11 to 15, characterized in that an electrical insulation is arranged between the sheet metal lamellas (23). - 18 -
17. Axialflussmaschine (1) umfassend einen Stator (2) oder mehrere Statoren (2) und zumindest einen Rotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) oder die Statoren (2) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet ist oder sind. 17. Axial flux machine (1) comprising a stator (2) or several stators (2) and at least one rotor (3), characterized in that the stator (2) or the stators (2) is designed according to one of claims 1 to 16 or are.
18. Axialflussmaschine (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei Statoren (2) umfasst, wobei zwischen den beiden Statoren (2) in der Axialrichtung ein18. Axial flux machine (1) according to claim 17, characterized in that it comprises two stators (2), with one between the two stators (2) in the axial direction
Rotor (3) angeordnet ist. Rotor (3) is arranged.
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