WO2022073547A1 - Stator for an electric axial flux machine, method for producing a stator, and electric axial flux machine with a stator - Google Patents

Stator for an electric axial flux machine, method for producing a stator, and electric axial flux machine with a stator Download PDF

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WO2022073547A1
WO2022073547A1 PCT/DE2021/100785 DE2021100785W WO2022073547A1 WO 2022073547 A1 WO2022073547 A1 WO 2022073547A1 DE 2021100785 W DE2021100785 W DE 2021100785W WO 2022073547 A1 WO2022073547 A1 WO 2022073547A1
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stator
stator teeth
stiffening ring
ring element
housing
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Holger Witt
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
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    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos

Definitions

  • Stator for an electric axial flux machine method for manufacturing a stator and electric axial flux machine with a stator
  • the invention relates to a stator, in particular for an electrical axial flow machine. Furthermore, the invention relates to a method for producing a stator according to the invention and an electrical axial flow machine with a stator according to the invention.
  • the electric drive train of motor vehicles is known from the prior art. This consists of components for energy storage, energy conversion and energy transmission. Energy conversion components include radial flux machines and axial flux machines.
  • radial flux machines often only have one operating point at which they have the best efficiency. Accordingly, they are not designed to adjust the operating point as a function of the changing requirements placed on them and thereby achieve the highest efficiency in accordance with the different requirements of the different operating parameters or at different operating points.
  • An electrical axial flux machine also referred to as a transverse flux machine, is a motor or generator in which the magnetic flux between a rotor and a stator is realized parallel to the axis of rotation of the rotor.
  • Other designations for electric axial flux machines are also brushless DC motors, permanently excited synchronous motors or disc motors.
  • Such an axial flow machine can be designed in types that differ in the arrangement of the rotor and/or stator and realize different special features and advantages in the application, for example as a traction machine for a vehicle. For example, two basic designs of axial flow machines for traction applications are already known.
  • the first basic design is the I-arrangement with a rotor in the middle and a stator to the right and left of the disc-shaped rotor.
  • a second basic design is the H-arrangement with a stator in the middle and a rotor disk on the right and left.
  • the advantage of the axial flow machine is that it has a high power and torque density.
  • Axial flux machines exist with different winding forms.
  • a common form of winding is the single-tooth winding.
  • single-tooth windings form small winding overhangs, they generate a magnetic field with a high proportion of harmonics, i.e. waves with a different frequency than the number of revolutions of the rotor of the axial flux machine, which negatively influence the acoustics and the efficiency.
  • Axial flux machines with distributed windings have the advantage that the aforementioned disadvantages do not occur, or only to a reduced extent.
  • the end windings of these distributed windings require a large amount of space in the axial and/or radial direction. Large winding overhangs are not desirable, especially in axial flow machines, since they limit the maximum diameter of the active components in the event of radial expansion, which reduces the maximum torque that can be made available.
  • the stator has a plurality of axially aligned stator teeth which are separated from one another by slots. Turns of a winding run around the stator teeth. It can be seen that the winding overhangs have a relatively large volume requirement in the axial and/or radial direction.
  • EP 2 787 610 A1 discloses a device for the production of stators and rotors for axial motors.
  • the device has a sensor which The position of the groove edges on the coiled sheet metal strip of the laminated core is detected and this position of the groove edge is compared with a target position and, if the deviation is detected, the drive means of the winding unit is controlled in such a way that the position deviation detected is compensated.
  • stator core wound from electrical steel is disclosed in this publication.
  • the yoke In order to optimize space and weight, the yoke is as thin as possible in the axial direction and is therefore less rigid. Since the torque forces occur at the tooth tips, they tend to vibrate in the circumferential or tangential direction.
  • the innermost and outermost winding layers must be specially fixed and must not roll up or "fan out”.
  • US 2011/0309694 A1 discloses a permanent electrical machine with a stator and a rotor which is mounted in the stator for rotation.
  • the stator is provided with wound coils and the rotor is provided with permanent magnets to interact with the coils across an air gap between the rotor and stator.
  • the machine can be either a motor or a generator, and in many embodiments is an axial flux machine.
  • the permanent magnet machine is a yokeless and segmented armature machine.
  • this document shows a stator that consists of several discrete individual teeth that are glued to plastic shells for attachment. These have pockets at the locations of the stator teeth, which hold the stator teeth in a form-fitting manner.
  • the present invention is based on the object of providing a stator, in particular for an electrical axial flux machine, a method for producing a stator and an electrical axial flux machine with a stator, which combine high power density and torque density of an electrical axial flux machine with a long service life.
  • the object is achieved by a stator for an electrical axial flux machine according to claim 1, by a method for producing a stator according to claim 6 and by an electrical axial flux machine according to claim 10.
  • Advantageous embodiments of the stator are shown in subclaims 2-5.
  • Advantageous embodiments of the method are shown in subclaims 7-9.
  • the features according to the invention result from the independent claims, for which advantageous embodiments are presented in the dependent claims.
  • the features of the claims can be combined in any technically meaningful way, for which the explanations from the following description can also be used, as can features from the figures, which comprise supplementary embodiments of the invention.
  • the terms “axial”, “radial” and “circumferential direction” relate to the rotationally symmetrical arrangement of the stator teeth of the stator, or to the axis of rotation of the rotor of the axial flow machine.
  • the invention relates to a stator for an electrical axial flux machine, comprising a stator core with a plurality of axially protruding stator teeth arranged along a circumference. At least one winding of at least one electrical conductor element is wrapped around the stator teeth in a plurality of turns.
  • the stator comprises a radially inner central element and a housing surrounding the stator teeth on their radial outside, as well as on the side of the stator teeth axially opposite the side of the axial fixation of the stator teeth, radially between the central element and the stator teeth and/or radially between the housing and the stator teeth and a stiffening ring element in each case axially next to the end windings.
  • the stiffening ring element exerts a compressive stress on the stator teeth in the radial direction and thus realizes a non-positively acting connection with the stator teeth.
  • the stiffening ring element is connected to the stator teeth by means of an adhesive connection.
  • the stator teeth can be made of ferromagnetic material and have a trapezoidal cross-sectional shape. Because at least one winding of at least one electrical conductor element is wrapped around the stator teeth in several turns, they form winding overhangs both on the radially inner side of the stator teeth and on the radially outer side of the stator teeth.
  • the central element forms an inner seal to the shaft.
  • stator teeth are braced in the radial direction and also in the circumferential direction by means of frictional locking. This ensures a rigid connection between the ends of the stator teeth. In addition, it can be ensured in this way that the vibration modes do not travel from the stator tooth into a yoke area of the stator can penetrate. This significantly reduces unwanted audible and/or tactile vibrations as well as anti-phase vibrations of the stator teeth caused by torque forces at the tooth tips of the stator teeth. In the case of laminated stator cores, the laminations continue to be pressed together, which prevents the laminations from detaching from one another. Furthermore, the stiffening ring element can also fix the winding heads and/or cover winding grooves.
  • the respective stiffening ring element can have at least one radially inwardly projecting contour and/or radially outwardly projecting contour, starting from its peripheral surface, which interacts positively with a correspondingly complementary shaped element in or on the stator teeth.
  • the radially inwardly projecting contour and/or the radially outwardly projecting contour of the respective stiffening ring element can project into a corresponding recess formed between two adjacent stator teeth. If necessary, these recesses are the openings of the winding slots between two stator teeth arranged next to one another. In this way, a positive fit can be achieved between the relevant stiffening ring element and the stator teeth.
  • the radially inwardly projecting contour and/or radially outwardly projecting contour of the respective stiffening ring element can be glued to the correspondingly complementary shaped element in or on the stator teeth.
  • the stiffening ring element can have a plurality of axially projecting support elements which are arranged on the side of the stiffening ring element which faces the stator teeth. During assembly of the stiffening ring element, this is positioned on the side of the stator teeth that is axially opposite to the side of the axial fixation of the stator teeth, radially between the central element and the stator teeth and/or radially between the housing and the stator teeth and in each case axially next to the end windings. After positioning, the stiffening ring element can be braced against the stator teeth by an axial force.
  • the multiple axially protruding support elements are used for the axial support of the stiffening ring element.
  • the stator has two stiffening ring elements, namely an inner stiffening ring element, which is supported radially on the central element, and an outer stiffening ring element, which is supported radially on the housing.
  • the elements of the stator that fix the radially inner stiffening ring element in the radial direction are the central element and the stator teeth; and the elements of the stator that fix the radially outer stiffening ring element, the stator teeth and the housing
  • the stiffening ring element With this configuration of the stiffening ring element, the central element and a bearing support wall formed perpendicularly to the central element, as well as the inner stiffening ring element with a plurality of axial support elements, can form an inner volume suitable for accommodating winding overhangs.
  • this arrangement of the components mentioned enables a closed flow of forces in these components, so that the forces occurring here do not burden other components of the stator.
  • the axial support elements are supported against the bearing support wall.
  • the housing of the stator and a partition perpendicular to the housing form an outer volume suitable for accommodating end turns.
  • this arrangement of the components mentioned enables a closed flow of forces in these components, so that the forces occurring here do not burden other components of the stator.
  • the axial support elements are supported against the partition wall.
  • the stiffening ring element can have a conical ring area which, due to axial deformation and the resulting radial expansion, exerts radial clamping forces on the elements of the stator that fix the stiffening ring element in the radial direction.
  • the cone-shaped ring area allows for easy joining of the stiffening ring element during assembly.
  • stator teeth can protrude axially from a stator yoke.
  • a further aspect of the invention is a method for producing a stator for an electric axial flux machine, in which a stator core with a plurality of along axially protruding stator teeth arranged on a circumference, around which at least one winding of at least one electrical conducting element is wrapped in several turns, and a radially inner central element and/or a housing is positioned in relation to the stator core in such a way that the stator teeth at their radial inside surround the central element or that the stator teeth are surrounded on the radial outside of the housing.
  • a stiffening ring element is arranged radially between the central element and the stator teeth and/or radially between the housing and the stator teeth and in each case axially next to the end windings, so that the stiffening ring element can be placed on the Stator teeth exerts a compressive stress in the radial direction and thus realizes a non-positive connection with the stator teeth.
  • the stiffening ring element r is connected to the stator teeth by means of an adhesive connection.
  • the ends of the stator teeth are pressed radially, so that a frictional connection is made possible in order to rigidly couple the stator teeth to one another in the circumferential direction through the stiffening ring element, so that anti-phase vibrations of the stator teeth, which occur due to torque forces at the tooth tips of the stator teeth, are reduced.
  • the stiffening ring element is provided with a conical ring area, this stiffening ring element being positioned in the axial direction on the central element or on the housing, and then by shifting the side of the stiffening ring element facing the central element or the housing and fixing this side of the stiffening ring element on the central element or on the housing with simultaneous axial fixation of the radially opposite side that bears against the stator teeth, of the stiffening ring element the conical ring area of the stiffening ring element is stretched and its radial extension is thus increased.
  • the stiffening ring element can advantageously exert a radial compressive stress on the stator teeth.
  • the fixing of the side of the reinforcing ring element facing the central element or the housing can be positive and/or non-positive on the central element or on the housing take place.
  • the side of the stiffening ring element that faces the central element or the housing can be fixed rigidly and cost-effectively on the central element or on the housing.
  • the cone-shaped ring area can be stretched by the action of a force acting axially on the cone-shaped ring area.
  • the conical ring area expands in the radial direction, which in turn leads to a radial force acting on the stator teeth.
  • Each of the two stiffening ring elements can also be thermally joined, e.g. the inner stiffening ring element is pulled cold onto the radially inner side of the stator teeth and the outer stiffening ring element is pulled warm onto the radially outer side of the stator teeth and, after temperature equalization, corresponding radial clamping forces act.
  • the fixing of the ends of the stator teeth can also be used for other types of axial flux machines such as I-arrangement, H-arrangement, half-I-arrangement.
  • the principle can also be used for axial flux machines with discrete individual teeth. Laminated stator teeth without a connecting stator yoke can also be fastened using the method described above.
  • a further aspect of the present invention includes an electrical axial flow machine with a rotor and with a stator according to the invention.
  • Fig. 1 a perspective sectional view of an electrical
  • Fig. 3 A side view of an inner stiffening ring element before
  • FIG. 4 is a perspective view of the inner stiffening ring member of FIG. 3;
  • Fig. 5 a side view of an inner stiffening ring element according to Fig.
  • FIG. 1 shows a perspective sectional view of an electrical axial flow machine 1 in an I-arrangement 2 with a rotor 3 and two stators 4.
  • the rotor 3 is disk-shaped. In the I-arrangement 2 shown, the rotor 3 is arranged midway between a left-hand stator 4 on the left-hand side 6 of the rotor 3 and a right-hand stator 4 on the right-hand side 8 of the rotor 3 .
  • the rotor 3 is rotatable via a rotor shaft 9 about an axis 42 shown by a broken line.
  • the two stators 4 each have a radially inner central element 11 by means of which the respective stator 4 is arranged on the rotor shaft 9 .
  • Each stator 4 is arranged in a rotationally fixed manner relative to the rotor shaft 9 and the rotor 3 via a respective shaft bearing 12 .
  • Each shaft bearing 12 is located between the respective central element 11 and the rotor shaft 9 and allows relative movement of the rotor 3 together with the rotor shaft 9 about the axis 42 with respect to the stator 4.
  • a bearing support wall 13 is arranged perpendicular to each of the central elements 11. There is an air gap 15 between an axial end face of the rotor 3 and an axial end face of the stator 4, which faces the rotor 3.
  • the stator 4 comprises a stator core 10 with a plurality of axially protruding stator teeth 16 arranged along a circumference.
  • a recess 17 is formed between two adjacent stator teeth 16 in each case.
  • the recesses are the openings of winding grooves 18 between two stator teeth 16 arranged next to one another.
  • the respective stator tooth 16 is wrapped by a winding 19 of an electrical conducting element in a plurality of turns 20 . Due to the fact that the stator teeth 16 are wrapped around by at least one winding 19 of at least one electrical conductor element in several turns 20, they form on the radially inner side
  • stator teeth 16 21 of the stator teeth 16 and on the radially outer side 22 of the stator teeth 16 end windings 33,38.
  • the respective stator 4 includes the stator teeth 16 on the radial outside thereof
  • the housing 14 has at least here a cylindrical shape and is designed coaxially to the rotor 3 here.
  • the respective stator 4 includes on the side 24 of the axial fixation of the stator teeth 16 axially opposite side 25 of the stator teeth 16 radially between the central element 11 and the stator teeth 16 and each axially next to the inner end windings 33 an inner stiffening ring element 27.
  • the inner stiffening ring element 27 is supported while radially on the central element 11 from.
  • the respective stator 4 comprises an outer stiffening ring element 28 radially between the housing 14 and the stator teeth 16 and axially next to the outer end windings 38 .
  • the outer stiffening ring element 28 is supported radially on the housing 14 .
  • the respective stiffening ring element 27 , 28 exerts a compressive stress on the stator teeth 16 in the radial direction, which is represented by a double arrow 29 .
  • a non-positive connection is thus realized between the stiffening ring elements 27 , 28 and the stator teeth 16 .
  • the respective stiffening ring element 27 , 28 is connected to the stator teeth by means of an adhesive connection 30 .
  • FIG. 2 shows an exploded view of the electrical axial flow machine 1 according to FIG. 1 .
  • the housing 14 is made in one piece, so that the various components of the respective stator 4 and of the rotor 3 are surrounded by the housing 14 .
  • the rotor 3 comprises a rotor body 31 and a plurality of permanent magnets 32 for generating a respective magnetic field, which are arranged in receiving spaces in the rotor body 2 .
  • the structure of the windings 19 shows that the windings 19 are arranged in such a way that the windings 16 wrap around each of the stator teeth 16 .
  • end windings 33 , 38 on the radially inner side 21 of the stator teeth 16 and on the radially outer side 22 of the stator teeth 16 .
  • the windings 16 form an inner end winding 33
  • the windings 16 form an outer end winding 38 .
  • a respective stiffening ring element 27 , 28 has a plurality of axially projecting support elements 34 which are arranged on the side 25 of the stiffening ring element 27 , 28 which faces the stator teeth 16 .
  • the central element 11 and the bearing support wall 13 formed perpendicularly to the axial central element 11 and the inner stiffening ring element 27 with a plurality of axial support elements 34 form an inner volume 35 for receiving the inner end windings 33 and enable a closed power flow.
  • an axial force 36 is applied to the inner stiffening ring element 27 and this is displaced on the central element 11 until the plurality of axial support elements 34 are supported on the bearing support wall 13 .
  • housing 14 of the stator 4 and a bulkhead 37 perpendicular to the housing 14 and the outer stiffening ring member 28 define an outer volume suitable for receiving the outer end turns 38, as illustrated in FIG.
  • assembly is carried out in a similar manner by axial displacement of the outer stiffening ring element 28 in relation to the housing 14.
  • the structure of the windings 19 in FIG. 2 shows that the windings 19 are arranged in such a way that the parts 39 of the windings 19 run between the outer winding overhang 38 and the inner winding overhang 33 in the winding grooves 18 .
  • Figure 3 shows a side view of an inner stiffening ring member 27 having a plurality of axially projecting support members 34 prior to assembly.
  • the inner stiffening ring member 27 has a coned ring portion 40.
  • the coned ring portion 40 deforms under an axial force after assembly, so that the coned ring portion 40 transforms into a planar ring portion 41, as shown in FIG.
  • the conical ring area 40 and correspondingly the entire inner stiffening ring element 27 undergoes a radial enlargement, so that a radial compressive stress on the components lying radially on the inner stiffening ring element 27, in particular on the stator teeth, is realized or increased.
  • FIG. 4 is a perspective view of the inner stiffening ring 27 showing the ring structure of the inner stiffening ring 27.
  • FIG. 4 the conical ring area 40 mentioned in relation to FIG. 3 has already been converted into a planar ring area 41, so that the inner stiffening ring 27 shown here has a shape in the final assembly state.
  • stator and the method for producing the stator and the electric axial flux machine equipped with it combine cost-effective production with a high power density and torque density and a long service life of the electric axial flux machine.
  • Inner winding head 33 Axial projecting support element 34

Abstract

The invention relates to a stator (4) for an electric axial flux machine (1), to a method for producing the stator (4), and to an electric axial flux machine (1). The stator (4) comprises a stator core (10) with multiple stator teeth (16), which are arranged over the circumference and protrude axially and which are looped by at least one winding (19) of at least one electric conductive element in multiple loops (20); a radially inner central element (11); a housing (14) which surrounds the radial exterior (22) of the stator teeth (16); and a respective reinforcement ring element (27, 28) on the stator teeth (16) side (25) opposite the side (24) of the axial fixation of the stator teeth (16) radially between the central element (11) and the stator teeth (16) and/or radially between the housing (14) and the stator teeth (16) and axially adjacent to each winding head (33, 38), each reinforcement ring element exerting a compression stress onto the stator teeth (16) in the radial direction, thus producing a force-fitting connection with the stator teeth (16), and/or being connected to the stator teeth (16) by means of an adhesive connection (30). The stator according to the invention, the method for producing the stator, and the electric axial flux machine equipped with said stator combine an inexpensive production process with a high power density and torque density as well as a long service life of the electric axial flux machine.

Description

Stator für eine elektrische Axialflussmaschine, Verfahren zur Herstellung eines Stators und elektrische Axialflussmaschine mit einem Stator Stator for an electric axial flux machine, method for manufacturing a stator and electric axial flux machine with a stator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator, insbesondere für eine elektrische Axialflussmaschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stators sowie eine elektrische Axialflussmaschine mit einem erfindungsgemäßen Stator. The invention relates to a stator, in particular for an electrical axial flow machine. Furthermore, the invention relates to a method for producing a stator according to the invention and an electrical axial flow machine with a stator according to the invention.
Der elektrische Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen ist nach dem Stand der Technik bekannt. Dieser besteht aus Komponenten zur Energiespeicherung, Energiewandlung und Energieleitung. Zu den Komponenten der Energiewandlung gehören Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen. The electric drive train of motor vehicles is known from the prior art. This consists of components for energy storage, energy conversion and energy transmission. Energy conversion components include radial flux machines and axial flux machines.
Radialflussmaschinen weisen jedoch oftmals lediglich einen Betriebspunkt auf, in dem sie den besten Wirkungsgrad haben. Entsprechend sind sie nicht dafür ausgelegt, in Abhängigkeit der an sie gestellten, wechselnden Anforderungen den Betriebspunkt zu verstellen und dadurch entsprechend der unterschiedlichen Anforderungen der unterschiedlichen Betriebsparametem bzw. in unterschiedlichen Betriebspunkten die höchste Effizienz zu erzielen. However, radial flux machines often only have one operating point at which they have the best efficiency. Accordingly, they are not designed to adjust the operating point as a function of the changing requirements placed on them and thereby achieve the highest efficiency in accordance with the different requirements of the different operating parameters or at different operating points.
Um diesen Nachteil zu überwinden werden oftmals den auftretenden Anforderungen hinsichtlich ihres Betriebsbereiches angepasste elektrische Rotationsmaschinen verwendet, oder der genannte Nachteil wird durch Ankopplung der elektrischen Rotationsmaschine an eine Getriebeeinheit oder Integration einer Getriebeeinheit in die elektrische Rotationsmaschine kompensiert, wie zum Beispiel bei einer elektrischen Achse. In order to overcome this disadvantage, electric rotary machines that are adapted to the requirements that arise in terms of their operating range are often used, or the disadvantage mentioned is compensated for by coupling the electric rotary machine to a gear unit or by integrating a gear unit into the electric rotary machine, such as with an electric axis.
Axialflussmaschinen sind nach dem Stand der Technik in diversen Bauweisen mit einem oder mehreren Statoren und einem oder mehreren Rotoren bekannt. Various designs with one or more stators and one or more rotors are known from the prior art.
Eine elektrische Axialflussmaschine, auch als Transversalflussmaschine bezeichnet, ist ein Motor oder Generator, bei dem der Magnetfluss zwischen einem Rotor und einem Stator parallel zur Drehachse des Rotors realisiert wird. Andere Bezeichnungen für elektrische Axialflussmaschinen sind auch bürstenloser Gleichstrommotor, permanenterregter Synchronmotor oder Scheibenläufermotor. Eine solche Axialflussmaschine kann in Typen ausgeführt werden, die sich in der Anordnung von Rotor und/oder Stator unterscheiden und unterschiedliche Besonderheiten und Vorteile in der Anwendung, z.B. als Traktionsmaschine für ein Fahrzeug, realisieren. So sind beispielsweise zwei Grundbauarten von Axialflussmaschinen für Traktionsanwendungen bereits bekannt. Die erste Grundbauart ist die I-Anordnung mit einem Rotor in der Mitte und je einem Stator rechts und links vom scheibenförmigen Rotor. Eine zweite Grundbauart ist die H- Anordnung mit einem Stator in der Mitte und je einer Rotorscheibe rechts und links.An electrical axial flux machine, also referred to as a transverse flux machine, is a motor or generator in which the magnetic flux between a rotor and a stator is realized parallel to the axis of rotation of the rotor. Other designations for electric axial flux machines are also brushless DC motors, permanently excited synchronous motors or disc motors. Such an axial flow machine can be designed in types that differ in the arrangement of the rotor and/or stator and realize different special features and advantages in the application, for example as a traction machine for a vehicle. For example, two basic designs of axial flow machines for traction applications are already known. The first basic design is the I-arrangement with a rotor in the middle and a stator to the right and left of the disc-shaped rotor. A second basic design is the H-arrangement with a stator in the middle and a rotor disk on the right and left.
Der Vorteil der Axialflussmaschine liegt darin, dass sie eine hohe Leistungs- und Drehmomentdichte aufweist. The advantage of the axial flow machine is that it has a high power and torque density.
Axialflussmaschinen existieren mit unterschiedlichen Wicklungsformen. Eine verbreitete Wicklungsform ist die Einzelzahnwicklung. Einzelzahnwicklungen bilden zwar kleine Wickelköpfe aus, erzeugen jedoch ein magnetisches Feld mit hohem Anteil an Oberwellen, also Wellen mit anderer Frequenz als die Umdrehungszahl des Rotors der Axialflussmaschine, welche die Akustik und den Wirkungsgrad negativ beeinflussen. Axialflussmaschinen mit verteilten Wicklungen haben den Vorteil, dass die vorgenannten Nachteile nicht oder in nur vermindertem Maß auftreten. Jedoch haben die Wickelköpfe dieser verteilten Wicklungen in axialer und / oder radialer Richtung einen großen Bauraumbedarf. Speziell bei Axialflussmaschinen sind große Wickelköpfe nicht erwünscht, da diese bei radialer Ausdehnung den maximalen Durchmesser der aktiven Bauteile einschränken, wodurch das maximale zur Verfügung stellbare Drehmoment gemindert wird. Axial flux machines exist with different winding forms. A common form of winding is the single-tooth winding. Although single-tooth windings form small winding overhangs, they generate a magnetic field with a high proportion of harmonics, i.e. waves with a different frequency than the number of revolutions of the rotor of the axial flux machine, which negatively influence the acoustics and the efficiency. Axial flux machines with distributed windings have the advantage that the aforementioned disadvantages do not occur, or only to a reduced extent. However, the end windings of these distributed windings require a large amount of space in the axial and/or radial direction. Large winding overhangs are not desirable, especially in axial flow machines, since they limit the maximum diameter of the active components in the event of radial expansion, which reduces the maximum torque that can be made available.
Der Stator weist mehrere axial ausgerichtete Statorzähne auf, die durch Nuten voneinander getrennt sind. Um die Statorzähne herum verlaufen Windungen einer Wicklung. Es ersichtlich, dass die Wickelköpfe einen relativ großen Volumenbedarf in axialer und/ oder radialer Richtung haben. The stator has a plurality of axially aligned stator teeth which are separated from one another by slots. Turns of a winding run around the stator teeth. It can be seen that the winding overhangs have a relatively large volume requirement in the axial and/or radial direction.
Eine der Schwierigkeiten bei Axialflussmaschinen stellt die mechanische Fixierung der Statorzähne dar. One of the difficulties with axial flux machines is the mechanical fixation of the stator teeth.
Zur Erläuterung des Standes der Technik wird im Folgenden auf konkreteTo explain the state of the art, the following is concrete
Ausführungsformen eingegangen embodiments received
Die EP 2 787 610 A1 offenbart eine Vorrichtung für die Herstellung von Statoren und Rotoren für Axialmotoren. Die Vorrichtung weist einen Sensor auf, welcher die Position der Nutränder auf dem aufgewickelten Blechband des Blechpaket erfasst und diese Position des Nutrandes mit einer Sollposition vergleicht und bei festgestellter Abweichung die Antriebsmittel der Wickeleinheit derart steuert, dass die festgestellte Positionsabweichung ausgeglichen wird. EP 2 787 610 A1 discloses a device for the production of stators and rotors for axial motors. The device has a sensor which The position of the groove edges on the coiled sheet metal strip of the laminated core is detected and this position of the groove edge is compared with a target position and, if the deviation is detected, the drive means of the winding unit is controlled in such a way that the position deviation detected is compensated.
Ferner wird in dieser Druckschrift ein aus Elektroblech gewickelter Statorkern offenbart. Dadurch entsteht ein Joch, das die Zähne fixiert. Um den Bauraum und das Gewicht zu optimieren, ist das Joch in axialer Richtung so dünn wie möglich und daher weniger steif. Da die Drehmomentkräfte an den Zahnspitzen auftreten, neigen diese zu Schwingungen in Umfangs- oder Tangentialrichtung. Außerdem müssen die innerste und die äußerste Wickellage besonders fixiert sein und dürfen sich nicht aufrollen oder "auffächern". Furthermore, a stator core wound from electrical steel is disclosed in this publication. This creates a yoke that fixes the teeth. In order to optimize space and weight, the yoke is as thin as possible in the axial direction and is therefore less rigid. Since the torque forces occur at the tooth tips, they tend to vibrate in the circumferential or tangential direction. In addition, the innermost and outermost winding layers must be specially fixed and must not roll up or "fan out".
Die US 2011/0309694 A1 offenbart eine elektrische Permanentmaschine mit einem Stator und einem Rotor, der zur Drehung in dem Stator gelagert ist. Der Stator ist mit aufgewickelten Spulen versehen und der Rotor ist mit Permanentmagneten versehen, um mit den Spulen über einen Luftspalt zwischen Rotor und Stator zusammenzuwirken. Die Maschine kann entweder ein Motor oder ein Generator sein und ist in vielen Ausführungsformen eine Axialflussmaschine. Bei der Permanentmagnetmaschine handelt es sich um eine jochlose und segmentierte Ankermaschine. Weiterhin zeigt diese Druckschrift einen Stator, der aus mehreren diskreten Einzelzähnen besteht, die zur Befestigung auf Kunststoffschalen aufgeklebt sind. Diese haben an den Stellen der Statorzähne Taschen, die die Statorzähne formschlüssig aufnehmen. US 2011/0309694 A1 discloses a permanent electrical machine with a stator and a rotor which is mounted in the stator for rotation. The stator is provided with wound coils and the rotor is provided with permanent magnets to interact with the coils across an air gap between the rotor and stator. The machine can be either a motor or a generator, and in many embodiments is an axial flux machine. The permanent magnet machine is a yokeless and segmented armature machine. Furthermore, this document shows a stator that consists of several discrete individual teeth that are glued to plastic shells for attachment. These have pockets at the locations of the stator teeth, which hold the stator teeth in a form-fitting manner.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stator, insbesondere für eine elektrische Axialflussmaschine, ein Verfahren zur Herstellung eines Stators sowie eine elektrische Axialflussmaschine mit einem Stator bereitzustellen, die eine hohe Leistungsdichte sowie Momentdichte einer elektrischen Axialflussmaschine mit einer langen Lebensdauer kombinieren. Proceeding from this, the present invention is based on the object of providing a stator, in particular for an electrical axial flux machine, a method for producing a stator and an electrical axial flux machine with a stator, which combine high power density and torque density of an electrical axial flux machine with a long service life.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Stator für eine elektrische Axialflussmaschine nach Anspruch 1 , durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators nach Anspruch 6 und durch eine elektrische Axialflussmaschine nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Stators sind in den Unteransprüchen 2-5 aufgezeigt. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 7-9 aufgezeigt. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen dargestellt sind. Die Merkmale der Ansprüche können in jeder technisch sinnvollen Weise kombiniert werden, wozu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung herangezogen werden können, ebenso wie Merkmale aus den Figuren, die ergänzende Ausführungsformen der Erfindung umfassen. According to the invention, the object is achieved by a stator for an electrical axial flux machine according to claim 1, by a method for producing a stator according to claim 6 and by an electrical axial flux machine according to claim 10. Advantageous embodiments of the stator are shown in subclaims 2-5. Advantageous embodiments of the method are shown in subclaims 7-9. The features according to the invention result from the independent claims, for which advantageous embodiments are presented in the dependent claims. The features of the claims can be combined in any technically meaningful way, for which the explanations from the following description can also be used, as can features from the figures, which comprise supplementary embodiments of the invention.
Die Begriffe „axial“, „radial“ und „Umfangsrichtung“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf die rotationssymmetrische Anordnung der Statorzähne des Stators, bzw. auf die Rotationsachse des Rotors der Axialflussmaschine. In the context of the present invention, the terms “axial”, “radial” and “circumferential direction” relate to the rotationally symmetrical arrangement of the stator teeth of the stator, or to the axis of rotation of the rotor of the axial flow machine.
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Axialflussmaschine, umfassend einen Statorkern mit mehreren entlang eines Umfangs angeordneten, axial vorstehenden Statorzähnen. Die Statorzähnen sind von wenigstens einer Wicklung zumindest eines elektrischen Leitungselements in mehreren Windungen umschlungen. Der Stator umfasst ein radial inneres Zentralelement und ein die Statorzähne an deren radialer Außenseite umgebendes Gehäuse, sowie an der der Seite der axialen Fixierung der Statorzähne axial gegenüberliegenden Seite der Statorzähne radial zwischen dem Zentralelement und den Statorzähnen und/ oder radial zwischen dem Gehäuse und den Statorzähnen sowie jeweils axial neben den Wickelköpfen jeweils ein Versteifungsringelement. Das Versteifungsringelement übt auf die Statorzähne in radialer Richtung eine Druckspannung aus und realisiert damit mit den Statorzähnen eine kraftschlüssig wirkende Verbindung. Alternativ oder hinzukommend ist vorgesehen, dass das Versteifungsringelementmittels einer Klebeverbindung mit den Statorzähnen verbunden ist. The invention relates to a stator for an electrical axial flux machine, comprising a stator core with a plurality of axially protruding stator teeth arranged along a circumference. At least one winding of at least one electrical conductor element is wrapped around the stator teeth in a plurality of turns. The stator comprises a radially inner central element and a housing surrounding the stator teeth on their radial outside, as well as on the side of the stator teeth axially opposite the side of the axial fixation of the stator teeth, radially between the central element and the stator teeth and/or radially between the housing and the stator teeth and a stiffening ring element in each case axially next to the end windings. The stiffening ring element exerts a compressive stress on the stator teeth in the radial direction and thus realizes a non-positively acting connection with the stator teeth. Alternatively or additionally, it is provided that the stiffening ring element is connected to the stator teeth by means of an adhesive connection.
Die Statorzähne können aus ferromagnetischem Material bestehen und eine trapezförmige Querschnittsform haben. Dadurch, dass die Statorzähne von mindestens einer Wicklung aus mindestens einem elektrischen Leiterelement in mehreren Windungen umschlungen werden, bilden sie sowohl auf der radial inneren Seite der Statorzähne als auch auf der radial äußeren Seite der Statorzähne Wickelköpfe. Das Zentralelement bildet eine innere Abdichtung zur Welle aus. The stator teeth can be made of ferromagnetic material and have a trapezoidal cross-sectional shape. Because at least one winding of at least one electrical conductor element is wrapped around the stator teeth in several turns, they form winding overhangs both on the radially inner side of the stator teeth and on the radially outer side of the stator teeth. The central element forms an inner seal to the shaft.
Durch Kraftschluss werden die Statorzähne in radialer Richtung und auch in Umfangsrichtung verspannt. Dadurch wird eine steife Anbindung zwischen den Enden der Statorzähne gewährleistet. Außerdem kann dadurch sichergestellt werden, dass die Schwingungsmoden nicht vom Statorzahn in einen Jochbereich des Stators eindringen können. Dadurch werden unerwünschte hör- und/oder spürbare Vibrationen sowie gegenphasige Vibrationen der Statorzähne, die durch Drehmomentkräfte an den Zahnspitzen der Statorzähne verursacht werden, deutlich reduziert. Bei geblechten Statorkernen werden die Blechlagen weiterhin zusammengepresst, wodurch ein Ablösen der Blechlagen voneinander verhindert wird. Ferner kann das Versteifungsringelement auch die Wickelköpfe fixieren und/oder Wickelnuten abdecken. The stator teeth are braced in the radial direction and also in the circumferential direction by means of frictional locking. This ensures a rigid connection between the ends of the stator teeth. In addition, it can be ensured in this way that the vibration modes do not travel from the stator tooth into a yoke area of the stator can penetrate. This significantly reduces unwanted audible and/or tactile vibrations as well as anti-phase vibrations of the stator teeth caused by torque forces at the tooth tips of the stator teeth. In the case of laminated stator cores, the laminations continue to be pressed together, which prevents the laminations from detaching from one another. Furthermore, the stiffening ring element can also fix the winding heads and/or cover winding grooves.
Gemäß einer Ausführungsform des Stators kann das jeweilige Versteifungsringelement von seiner Umfangsfläche ausgehend zumindest eine nach radial innen ragende Kontur und/ oder nach radial außen ragende Kontur aufweisen, die mit einem entsprechend komplementär ausgeführten Formelement in oder an Statorzähnen formschlüssig zusammenwirkt. Mit anderen Worten kann die jeweils radial nach innen ragende Kontur und/oder die radial nach außen ragende Kontur des jeweiligen Versteifungsringelements in eine entsprechende Aussparung ragen, die zwischen zwei benachbarten Statorzähnen ausgebildet ist. Gegebenenfalls sind diese Aussparungen die Öffnungen der Wicklungsnuten zwischen zwei nebeneinander angeordneten Statorzähnen. Auf diese Weise kann ein Formschluss zwischen dem betreffenden Versteifungsringelement und den Statorzähnen erreicht werden. According to one embodiment of the stator, the respective stiffening ring element can have at least one radially inwardly projecting contour and/or radially outwardly projecting contour, starting from its peripheral surface, which interacts positively with a correspondingly complementary shaped element in or on the stator teeth. In other words, the radially inwardly projecting contour and/or the radially outwardly projecting contour of the respective stiffening ring element can project into a corresponding recess formed between two adjacent stator teeth. If necessary, these recesses are the openings of the winding slots between two stator teeth arranged next to one another. In this way, a positive fit can be achieved between the relevant stiffening ring element and the stator teeth.
Zusätzlich kann die nach radial innen ragende Kontur und/oder nach radial außen ragende Kontur des jeweiligen Versteifungsringelement mit dem entsprechend komplementär ausgeführten Formelement in oder an Statorzähnen verklebt werden.In addition, the radially inwardly projecting contour and/or radially outwardly projecting contour of the respective stiffening ring element can be glued to the correspondingly complementary shaped element in or on the stator teeth.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Stators kann das Versteifungsringelement mehrere axiale vorstehende Stützelemente aufweisen, die an der den Statorzähnen zugewandten Seite des Versteifungsringelements angeordnet sind. Bei der Montage des Versteifungsringelements wird dieses an der der Seite der axialen Fixierung der Statorzähne axial gegenüberliegenden Seite der Statorzähne radial zwischen dem Zentralelement und den Statorzähnen und/ oder radial zwischen dem Gehäuse und den Statorzähnen sowie jeweils axial neben den Wickelköpfen wird das Versteifungsringelement positioniert. Nach dem Positionieren kann das Versteifungsringelement durch eine axiale Kraft gegen die Statorzähne verspannt werden. Die mehrfach axial vorstehenden Stützelemente dienen dabei der axialen Abstützung des Versteifungsringelements. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stator zwei Versteifungsringelemente aufweisen, nämlich ein inneres Versteifungsringelement, das sich radial auf dem Zentralelement abstützt, und ein äußeres Versteifungsringelement, das sich radial an dem Gehäuse abstützt. Mit anderen Worten sind die Elemente des Stators, die das radial innere Versteifungsringelement in radialer Richtung fixieren, das Zentralelement und die Statorzähne; und die Elemente des Stators, die das radial äußere Versteifungsringelements fixieren, die Statorzähne und das Gehäuse According to a further embodiment of the stator, the stiffening ring element can have a plurality of axially projecting support elements which are arranged on the side of the stiffening ring element which faces the stator teeth. During assembly of the stiffening ring element, this is positioned on the side of the stator teeth that is axially opposite to the side of the axial fixation of the stator teeth, radially between the central element and the stator teeth and/or radially between the housing and the stator teeth and in each case axially next to the end windings. After positioning, the stiffening ring element can be braced against the stator teeth by an axial force. The multiple axially protruding support elements are used for the axial support of the stiffening ring element. In one embodiment it is provided that the stator has two stiffening ring elements, namely an inner stiffening ring element, which is supported radially on the central element, and an outer stiffening ring element, which is supported radially on the housing. In other words, the elements of the stator that fix the radially inner stiffening ring element in the radial direction are the central element and the stator teeth; and the elements of the stator that fix the radially outer stiffening ring element, the stator teeth and the housing
Bei dieser Gestaltung des Versteifungsringelements können das Zentralelement und eine senkrecht zum Zentralelement ausgebildete Lagerstützwand sowie das innere Versteifungsringelement mit mehreren axialen Stützelementen ein zur Aufnahme von Wickelköpfen geeignetes inneres Volumen bilden. Zudem wird durch diese Anordnung der genannten Bauelemente ein geschlossener Kraftfluss in diesen Bauelementen ermöglicht, so dass die hier auftretenden Kräfte nicht weitere Bauteile des Stators belasten. Dabei stützen sich die axialen Stützelemente gegen die Lagerstützwand ab. With this configuration of the stiffening ring element, the central element and a bearing support wall formed perpendicularly to the central element, as well as the inner stiffening ring element with a plurality of axial support elements, can form an inner volume suitable for accommodating winding overhangs. In addition, this arrangement of the components mentioned enables a closed flow of forces in these components, so that the forces occurring here do not burden other components of the stator. The axial support elements are supported against the bearing support wall.
Entsprechend bilden das Gehäuse des Stators und eine Trennwand, die senkrecht zum Gehäuse ausgebildet ist, ein äußeres Volumen bilden, das zur Aufnahme von Wickelköpfen geeignet ist. Auch hier wird durch diese Anordnung der genannten Bauelemente ein geschlossener Kraftfluss in diesen Bauelementen ermöglicht, so dass die hier auftretenden Kräfte nicht weitere Bauteile des Stators belasten. Dabei stützen sich die axialen Stützelemente gegen die Trennwand ab. Correspondingly, the housing of the stator and a partition perpendicular to the housing form an outer volume suitable for accommodating end turns. Here, too, this arrangement of the components mentioned enables a closed flow of forces in these components, so that the forces occurring here do not burden other components of the stator. The axial support elements are supported against the partition wall.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Stators kann das Versteifungsringelement einen konusförmigen Ringbereich aufweisen, der auf Grund einer axialen Verformung und dadurch erfolgter radialer Ausdehnung radiale Spannkräfte auf die das Versteifungsringelement in radialer Richtung fixierenden Elemente des Stators ausübt. Der konusförmig Ringbereich ermöglicht ein einfaches Fügen des Versteifungsringelements bei der Montage. According to a further embodiment of the stator, the stiffening ring element can have a conical ring area which, due to axial deformation and the resulting radial expansion, exerts radial clamping forces on the elements of the stator that fix the stiffening ring element in the radial direction. The cone-shaped ring area allows for easy joining of the stiffening ring element during assembly.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Stators können die Statorzähne axial von einem Statorjoch vorstehen. According to a further embodiment of the stator, the stator teeth can protrude axially from a stator yoke.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Axialflussmaschine, bei dem ein Statorkern mit mehreren entlang eines Umfangs angeordneten, axial vorstehenden Statorzähnen zur Verfügung gestellt wird, die von wenigstens einer Wicklung zumindest eines elektrischen Leitungselements in mehreren Windungen umschlungen sind, und ein radial inneres Zentralelement und/oder ein Gehäuse derart in Bezug zum Statorkern positioniert wird, dass die Statorzähne an deren radialer Innenseite das Zentralelement umgeben bzw. dass die Statorzähne an deren radialer Außenseite vom Gehäuse umgeben sind. An der der Seite der axialen Fixierung der Statorzähne axial gegenüberliegenden Seite der Statorzähne wird radial zwischen dem Zentralelement und den Statorzähnen und/ oder radial zwischen dem Gehäuse und den Statorzähnen sowie jeweils axial neben den Wickelköpfen ein Versteifungsringelement zur Verfügung angeordnet, so dass das Versteifungsringelement auf die Statorzähne in radialer Richtung eine Druckspannung ausübt und damit mit den Statorzähnen eine kraftschlüssig wirkende Verbindung realisiert. Alternativ oder hinzukommend ist vorgesehen, dass das Versteifungsringelement r mittels einer Klebeverbindung mit den Statorzähnen verbunden wird. Insbesondere werden die Enden der Statorzähne radial gepresst, so dass ein Kraftschluss ermöglicht wird, um die Statorzähne in Umfangsrichtung durch das Versteifungsringelement starr miteinander zu koppeln, so dass gegenphasige Schwingungen der Statorzähne, die aufgrund von Drehmomentkräften an den Zahnspitzen der Statorzähne auftreten, reduziert werden. A further aspect of the invention is a method for producing a stator for an electric axial flux machine, in which a stator core with a plurality of along axially protruding stator teeth arranged on a circumference, around which at least one winding of at least one electrical conducting element is wrapped in several turns, and a radially inner central element and/or a housing is positioned in relation to the stator core in such a way that the stator teeth at their radial inside surround the central element or that the stator teeth are surrounded on the radial outside of the housing. On the side of the stator teeth that is axially opposite to the side of the axial fixation of the stator teeth, a stiffening ring element is arranged radially between the central element and the stator teeth and/or radially between the housing and the stator teeth and in each case axially next to the end windings, so that the stiffening ring element can be placed on the Stator teeth exerts a compressive stress in the radial direction and thus realizes a non-positive connection with the stator teeth. Alternatively or additionally, it is provided that the stiffening ring element r is connected to the stator teeth by means of an adhesive connection. In particular, the ends of the stator teeth are pressed radially, so that a frictional connection is made possible in order to rigidly couple the stator teeth to one another in the circumferential direction through the stiffening ring element, so that anti-phase vibrations of the stator teeth, which occur due to torque forces at the tooth tips of the stator teeth, are reduced.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Versteifungsringelement mit einem konusförmigen Ringbereich zur Verfügung gestellt, wobei dieses Versteifungsringelement in axialer Richtung am Zentralelement bzw. am Gehäuse positioniert wird, und dann durch Verschiebung der dem Zentralelement bzw. dem Gehäuse zugewandten Seite des Versteifungsringelements und Fixierung dieser Seite des Versteifungsringelements am Zentralelement bzw. am Gehäuse bei gleichzeitiger axialer Fixierung der radial gegenüberliegenden Seite, die an den Statorzähnen anliegt, des Versteifungsringelements der konusförmige Ringbereich des Versteifungsringelements gestreckt wird und damit seine radiale Erstreckung vergrößert wird. Dadurch kann das Versteifungsringelement vorteilhaft eine radiale Druckspannung auf die Statorzähne ausüben. According to one embodiment of the method, the stiffening ring element is provided with a conical ring area, this stiffening ring element being positioned in the axial direction on the central element or on the housing, and then by shifting the side of the stiffening ring element facing the central element or the housing and fixing this side of the stiffening ring element on the central element or on the housing with simultaneous axial fixation of the radially opposite side that bears against the stator teeth, of the stiffening ring element the conical ring area of the stiffening ring element is stretched and its radial extension is thus increased. As a result, the stiffening ring element can advantageously exert a radial compressive stress on the stator teeth.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann die Fixierung der dem Zentralelement bzw. dem Gehäuse zugewandten Seite des Versteifungsringelements am Zentralelement bzw. am Gehäuse formschlüssig und/ oder kraftschlüssig erfolgen. Dadurch kann eine steife und kostengünstige Fixierung der dem Zentralelement bzw. dem Gehäuse zugewandten Seite des Versteifungsringelements am Zentralelement bzw. am Gehäuse realisiert werden. According to a further embodiment of the method, the fixing of the side of the reinforcing ring element facing the central element or the housing can be positive and/or non-positive on the central element or on the housing take place. As a result, the side of the stiffening ring element that faces the central element or the housing can be fixed rigidly and cost-effectively on the central element or on the housing.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann die Streckung des konusförmigen Ringbereichs durch Einwirkung einer axial auf den konusförmigen Ringbereich wirkenden Kraft erfolgen. Dabei erfolgt eine Ausdehnung des konischen Ringbereichs in radialer Richtung, was wiederum zu einer radialen Kraftwirkung auf die Statorzähne führt. Somit kann eine effiziente und einfachere Fixierung der Statorzähne realisiert werden. According to a further embodiment of the method, the cone-shaped ring area can be stretched by the action of a force acting axially on the cone-shaped ring area. In the process, the conical ring area expands in the radial direction, which in turn leads to a radial force acting on the stator teeth. Thus, an efficient and simple fixation of the stator teeth can be realized.
Dabei kann ein jedes der beiden Versteifungsringelemente auch thermisch gefügt werden, indem z.B. das innere Versteifungsringelement kalt auf die radial innere Seite der Statorzähne aufgezogen wird und das äußere Versteifungsringelement warm auf die radial äußere Seite der Statorzähne aufgezogen und nach Temperaturausgleich entsprechende radiale Spannkräfte wirken. Each of the two stiffening ring elements can also be thermally joined, e.g. the inner stiffening ring element is pulled cold onto the radially inner side of the stator teeth and the outer stiffening ring element is pulled warm onto the radially outer side of the stator teeth and, after temperature equalization, corresponding radial clamping forces act.
Die Fixierung der Enden der Statorzähne kann auch für Axialflussmaschinen anderer Typen wie I-Anordnung, H-Anordnung, Halb-I-Anordnung verwendet werden. Das Prinzip kann auch für Axialflussmaschinen mit diskreten Einzelzähnen verwendet werden. Auch lamellenförmige Statorzähne ohne verbindendes Statorjoch können nach dem oben beschriebenen Verfahren befestigt werden. The fixing of the ends of the stator teeth can also be used for other types of axial flux machines such as I-arrangement, H-arrangement, half-I-arrangement. The principle can also be used for axial flux machines with discrete individual teeth. Laminated stator teeth without a connecting stator yoke can also be fastened using the method described above.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektrische Axialflussmaschine mit einem Rotor und mit einem erfindungsgemäßen Stator. A further aspect of the present invention includes an electrical axial flow machine with a rotor and with a stator according to the invention.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, die bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es ist dargestellt in The invention described above is explained in detail below against the relevant technical background with reference to the accompanying drawings, which show preferred embodiments. The invention is in no way restricted by the purely schematic drawings, it being noted that the drawings are not true to scale and are not suitable for defining size relationships. It is shown in
Fig. 1 : eine perspektivische Schnittansicht einer elektrischenFig. 1: a perspective sectional view of an electrical
Axialflussmaschine in einer I-Anordnung mit einem Rotor in der Mitte und einem jeweiligen Stator rechts und links von dem scheibenförmigen Rotor; Fig. 2: eine Explosionsdarstellung der elektrischen Axialflussmaschine gemäßAxial flux machine in an I-arrangement with a rotor in the middle and a respective stator to the right and left of the disc-shaped rotor; 2 shows an exploded view of the electric axial flow machine according to FIG
Fig. 1 ; Figure 1;
Fig. 3: eine Seitenansicht eines inneren Versteifungsringelements vor derFig. 3: A side view of an inner stiffening ring element before
Montage; Assembly;
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht des inneren Versteifungsringelements gemäß Fig. 3; und FIG. 4 is a perspective view of the inner stiffening ring member of FIG. 3; and
Fig. 5: eine Seitenansicht eines inneren Versteifungsringelements gemäß Fig. Fig. 5: a side view of an inner stiffening ring element according to Fig.
3 und Fig. 4 nach der Montage. 3 and 4 after assembly.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. The same features are marked with the same reference symbols.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer elektrischen Axialflussmaschine 1 in einer I-Anordnung 2 mit einem Rotor 3 und zwei Statoren 4. Der Rotor 3 ist scheibenförmig. In der gezeigten I-Anordnung 2 ist der Rotor 3 in der Mitte zwischen einem linken Stator 4 an der linken Seite 6 des Rotors 3 und einem rechten Stator 4 an der rechten Seite 8 des Rotors 3 angeordnet. 1 shows a perspective sectional view of an electrical axial flow machine 1 in an I-arrangement 2 with a rotor 3 and two stators 4. The rotor 3 is disk-shaped. In the I-arrangement 2 shown, the rotor 3 is arranged midway between a left-hand stator 4 on the left-hand side 6 of the rotor 3 and a right-hand stator 4 on the right-hand side 8 of the rotor 3 .
Der Rotor 3 ist über eine Rotorwelle 9 um eine Achse 42 drehbar, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Die beiden Statoren 4 weisen jeweils ein radial inneres Zentralelement 11 auf, mittels dem der jeweilige Stator 4 auf der Rotorwelle 9 angeordnet ist. Jeder Stator 4 ist über ein jeweiliges Wellenlager 12 rotationsfest gegenüber der Rotorwelle 9 sowie dem Rotor 3 angeordnet. Jedes Wellenlager 12 befindet sich zwischen dem jeweiligen Zentralelement 11 und der Rotorwelle 9 und ermöglicht eine Relativbewegung des Rotors 3 zusammen mit der Rotorwelle 9 um die Achse 42 in Bezug zum Stator 4. Eine Lagerstützwand 13 ist senkrecht zu jedem der Zentralelemente 11 angeordnet. Zwischen einer axialen Stirnseite des Rotors 3und einer axialen Stirnseite des Stators 4, die dem Rotor 3 zugewandt ist, befindet sich ein Luftspalt 15. The rotor 3 is rotatable via a rotor shaft 9 about an axis 42 shown by a broken line. The two stators 4 each have a radially inner central element 11 by means of which the respective stator 4 is arranged on the rotor shaft 9 . Each stator 4 is arranged in a rotationally fixed manner relative to the rotor shaft 9 and the rotor 3 via a respective shaft bearing 12 . Each shaft bearing 12 is located between the respective central element 11 and the rotor shaft 9 and allows relative movement of the rotor 3 together with the rotor shaft 9 about the axis 42 with respect to the stator 4. A bearing support wall 13 is arranged perpendicular to each of the central elements 11. There is an air gap 15 between an axial end face of the rotor 3 and an axial end face of the stator 4, which faces the rotor 3.
Der Stator 4 umfasst einen Statorkern 10 mit mehreren entlang eines Umfangs angeordneten, axial vorstehenden Statorzähnen 16. Zwischen jeweils zwei einander benachbarten Statorzähnen 16 ist eine Aussparung 17 gebildet. Vorzugsweise sind die Aussparungen die Öffnungen von Wickelnuten 18 zwischen zwei nebeneinander angeordneten Statorzähnen 16. The stator 4 comprises a stator core 10 with a plurality of axially protruding stator teeth 16 arranged along a circumference. A recess 17 is formed between two adjacent stator teeth 16 in each case. Preferably are the recesses are the openings of winding grooves 18 between two stator teeth 16 arranged next to one another.
Der jeweilige Statorzahn 16 ist von einer Wicklung 19 eines elektrischen Leitelements in mehreren Windungen 20 umwickelt. Dadurch, dass die Statorzähne 16 von wenigstens einer Wicklung 19 zumindest eines elektrischen Leitungselements in mehreren Windungen 20 umschlungen sind, bilden sie an der radial inneren SeiteThe respective stator tooth 16 is wrapped by a winding 19 of an electrical conducting element in a plurality of turns 20 . Due to the fact that the stator teeth 16 are wrapped around by at least one winding 19 of at least one electrical conductor element in several turns 20, they form on the radially inner side
21 der Statorzähne 16 sowie an der radial äußeren Seite 22 der Statorzähne 16 Wickelköpfe 33,38 aus. 21 of the stator teeth 16 and on the radially outer side 22 of the stator teeth 16 end windings 33,38.
Der jeweilige Stator 4 umfasst ein die Statorzähne 16 an deren radialer AußenseiteThe respective stator 4 includes the stator teeth 16 on the radial outside thereof
22 umgebendes Gehäuse 14. Das Gehäuse 14 hat zumindest hier eine zylindrische Form und ist hier koaxial zum Rotor 3 ausgeführt. 22 surrounding housing 14. The housing 14 has at least here a cylindrical shape and is designed coaxially to the rotor 3 here.
Der jeweilige Stator 4 umfasst an der der Seite 24 der axialen Fixierung der Statorzähne 16 axial gegenüberliegenden Seite 25 der Statorzähne 16 radial zwischen dem Zentralelement 11 und den Statorzähnen 16 sowie jeweils axial neben den inneren Wickelköpfen 33 ein inneres Versteifungsringelement 27. Das innere Versteifungsringelement 27stützt sich dabei radial an dem Zentralelement 11 ab.The respective stator 4 includes on the side 24 of the axial fixation of the stator teeth 16 axially opposite side 25 of the stator teeth 16 radially between the central element 11 and the stator teeth 16 and each axially next to the inner end windings 33 an inner stiffening ring element 27. The inner stiffening ring element 27 is supported while radially on the central element 11 from.
Ferner umfasst der jeweilige Stator 4 radial zwischen dem Gehäuse 14 und den Statorzähnen 16 sowie jeweils axial neben den äußeren Wickelköpfen 38 ein äußeres Versteifungsringelement 28. Das äußere Versteifungsringelement 28 stützt sich dabei radial an dem Gehäuse 14 ab. Furthermore, the respective stator 4 comprises an outer stiffening ring element 28 radially between the housing 14 and the stator teeth 16 and axially next to the outer end windings 38 . The outer stiffening ring element 28 is supported radially on the housing 14 .
Das jeweilige Versteifungsringelement 27,28 übt auf die Statorzähne 16 in radialer Richtung, die mittels eines Doppeltpfeils 29 dargestellt ist, eine Druckspannung aus. Damit ist zwischen den Versteifungsringelementen 27,28 und den Statorzähnen 16 eine kraftschlüssig wirkende Verbindung realisiert. Zusätzlich ist das jeweilige Versteifungsringelement 27,28 mittels einer Klebeverbindung 30 mit den Statorzähnen verbunden. The respective stiffening ring element 27 , 28 exerts a compressive stress on the stator teeth 16 in the radial direction, which is represented by a double arrow 29 . A non-positive connection is thus realized between the stiffening ring elements 27 , 28 and the stator teeth 16 . In addition, the respective stiffening ring element 27 , 28 is connected to the stator teeth by means of an adhesive connection 30 .
Fig. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung der elektrischen Axialflussmaschine 1 gemäß Fig. 1 . Es ist erkennbar, dass das Gehäuse 14 einteilig ausgeführt ist, so dass die verschiedenen Bauteile des jeweiligen Stators 4 sowie des Rotors 3 von dem Gehäuse 14 umgeben sind. Der Rotor 3 umfasst einen Rotorkörper 31 sowie mehrere Permanentmagneten 32 zur Erzeugung eines jeweiligen Magnetfeldes, die in Aufnahmeräumen im Rotorkörper 2 angeordnet sind. Aus dem Aufbau der Wicklungen 19 ist ersichtlich, dass die Wicklungen 19 so angeordnet sind, dass jeder der Statorzähne 16 von den Wicklungen 16 umschlungen ist. Dadurch bilden sie an der radial inneren Seite 21 der Statorzähne 16 sowie an der radial äußeren Seite 22 der Statorzähne 16 Wickelköpfe 33,38 aus. An der radial inneren Seite 21 bilden die Wicklungen 16 einen inneren Wickelkopf 33, während an der radial äußeren Seite 22 die Wicklungen 16 einen äußeren Wickelkopf 38 bilden. FIG. 2 shows an exploded view of the electrical axial flow machine 1 according to FIG. 1 . It can be seen that the housing 14 is made in one piece, so that the various components of the respective stator 4 and of the rotor 3 are surrounded by the housing 14 . The rotor 3 comprises a rotor body 31 and a plurality of permanent magnets 32 for generating a respective magnetic field, which are arranged in receiving spaces in the rotor body 2 . The structure of the windings 19 shows that the windings 19 are arranged in such a way that the windings 16 wrap around each of the stator teeth 16 . As a result, they form end windings 33 , 38 on the radially inner side 21 of the stator teeth 16 and on the radially outer side 22 of the stator teeth 16 . On the radially inner side 21 , the windings 16 form an inner end winding 33 , while on the radially outer side 22 the windings 16 form an outer end winding 38 .
Ein jeweiliges Versteifungsringelement 27,28 weist mehrere axiale vorstehende Stützelementen 34 auf, die an der den Statorzähnen 16 zugewandten Seite 25 des Versteifungsringelements 27,28 angeordnet sind. Bei der Montage des Versteifungsringelements 27,28 an der der Seite 24 der axialen Fixierung der Statorzähne 16 axial gegenüberliegenden Seite 25 der Statorzähne 16 radial zwischen dem Zentralelement 11 und den Statorzähnen 16 bzw. zwischen den Statorzähnen 16 und dem Gehäuse 14 wird das betreffende Versteifungsringelement 27,28 axial positioniert. A respective stiffening ring element 27 , 28 has a plurality of axially projecting support elements 34 which are arranged on the side 25 of the stiffening ring element 27 , 28 which faces the stator teeth 16 . When mounting the stiffening ring element 27, 28 on the side 25 of the stator teeth 16 axially opposite the side 24 of the axial fixation of the stator teeth 16, radially between the central element 11 and the stator teeth 16 or between the stator teeth 16 and the housing 14, the relevant stiffening ring element 27 .28 positioned axially.
Das Zentralelement 11 und die senkrecht zum axialen Zentralelement 11 ausgebildete Lagerstützwand 13 sowie das innere Versteifungsringelement 27 mit mehreren axialen Stützelementen 34 bilden ein inneres Volumen 35 zur Aufnahme von den inneren Wickelköpfe 33 aus und ermöglichen einen geschlossenen Kraftfluss. The central element 11 and the bearing support wall 13 formed perpendicularly to the axial central element 11 and the inner stiffening ring element 27 with a plurality of axial support elements 34 form an inner volume 35 for receiving the inner end windings 33 and enable a closed power flow.
Bei der Montage des inneren Versteifungsringelements 27 wird unter einer Anwendung einer axialen Kraft 36 auf das innere Versteifungsringelement 27 dieses auf dem Zentralelement 11 verschoben, bis sich die mehreren axialen Stützelemente 34 an der Lagerstützwand 13 abstützen. When assembling the inner stiffening ring element 27 , an axial force 36 is applied to the inner stiffening ring element 27 and this is displaced on the central element 11 until the plurality of axial support elements 34 are supported on the bearing support wall 13 .
Entsprechend bilden das Gehäuse 14 des Stators 4 und eine Trennwand 37, die senkrecht zum Gehäuse 14 und dem äußeren Versteifungsringelement 28 verläuft, ein äußeres Volumen, das zur Aufnahme von den äußeren Wickelköpfe 38 geeignet ist, wie in Fig. 1 veranschaulicht ist. Accordingly, the housing 14 of the stator 4 and a bulkhead 37 perpendicular to the housing 14 and the outer stiffening ring member 28 define an outer volume suitable for receiving the outer end turns 38, as illustrated in FIG.
Hier erfolgt die Montage in ähnlicher Weise durch eine axiale Verschiebung des äußeren Versteifungsringelements 28 in Bezug zum Gehäuse 14. Aus dem Aufbau der Wicklungen 19 in Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Wicklungen 19 so angeordnet sind, dass die Teile 39 der Wicklungen 19 zwischen dem äußeren Wickelkopf 38 und dem inneren Wickelkopf 33 in den Wicklungsnuten 18 verlaufen.Here, assembly is carried out in a similar manner by axial displacement of the outer stiffening ring element 28 in relation to the housing 14. The structure of the windings 19 in FIG. 2 shows that the windings 19 are arranged in such a way that the parts 39 of the windings 19 run between the outer winding overhang 38 and the inner winding overhang 33 in the winding grooves 18 .
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines inneren Versteifungsringelements 27 mit mehreren axial vorstehenden Stützelementen 34 vor der Montage. Das innere Versteifungsringelement 27 hat einen konusförmigen Ringbereich 40. Der konusförmige Ringbereich 40 verformt sich unter einer axialen Kraft nach der Montage, so dass sich der konusförmige Ringbereich 40 in einen planaren Ringbereich 41 verwandelt, wie in Fig. 5 gezeigt. Dadurch erfährt der konusförmige Ringbereich 40 und entsprechend das gesamte innere Versteifungsringelement 27 eine radiale Vergrößerung, so dass es eine radiale Druckspannung auf die radial am inneren Versteifungsringelement 27 anliegende Bauelemente, insbesondere auf die Statorzähne, realisiert oder vergrößert. Figure 3 shows a side view of an inner stiffening ring member 27 having a plurality of axially projecting support members 34 prior to assembly. The inner stiffening ring member 27 has a coned ring portion 40. The coned ring portion 40 deforms under an axial force after assembly, so that the coned ring portion 40 transforms into a planar ring portion 41, as shown in FIG. As a result, the conical ring area 40 and correspondingly the entire inner stiffening ring element 27 undergoes a radial enlargement, so that a radial compressive stress on the components lying radially on the inner stiffening ring element 27, in particular on the stator teeth, is realized or increased.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des inneren Versteifungsrings 27, wobei die Ringstruktur des inneren Versteifungsrings 27 dargestellt ist. Hier ist der in Bezug zu Figur 3 erwähnte konusförmige Ringbereich 40 bereits in einen planaren Ringbereich 41 gewandelt worden, so dass der hier dargestellte innere Versteifungsring 27 eine Form im Montage-Endzustand aufweist. FIG. 4 is a perspective view of the inner stiffening ring 27 showing the ring structure of the inner stiffening ring 27. FIG. Here, the conical ring area 40 mentioned in relation to FIG. 3 has already been converted into a planar ring area 41, so that the inner stiffening ring 27 shown here has a shape in the final assembly state.
Der Stator sowie das Verfahren zur Herstellung des Stators und die damit ausgestattete elektrische Axialflussmaschine kombinieren eine kostengünstige Herstellung mit einer hohen Leistungsdichte sowie Momentdichte und einer langen Lebensdauer der elektrischen Axialflussmaschine. The stator and the method for producing the stator and the electric axial flux machine equipped with it combine cost-effective production with a high power density and torque density and a long service life of the electric axial flux machine.
Bezugszeichenliste Reference List
Elektrische Axialflussmaschine 1Electric axial flow machine 1
I-Anordnung 2I arrangement 2
Rotor 3rotor 3
Stator 4stator 4
Linke Seite 6Left page 6
Rechte Seite 8Right side 8
Rotorwelle 9rotor shaft 9
Statorkern 10stator core 10
Zentralelement 11Central element 11
Wellenlager 12shaft bearing 12
Lagerstützwand 13Bearing support wall 13
Gehäuse 14housing 14
Luftspalt 15air gap 15
Statorzahn 16Stator tooth 16
Aussparung 17recess 17
Wickelnut 18winding groove 18
Wicklung 19winding 19
Windung 20turn 20
Radial inneren Seite des Statorzahns 21Radially inner side of the stator tooth 21
Radial äußeren Seite des Statorzahns 22Radially outer side of the stator tooth 22
Seite der axialen Fixierung der Statorzähne 24Side of the axial fixation of the stator teeth 24
Seite der axialen Fixierung der Statorzähne axial - gegenüberliegenden Seite der Statorzähne 25Side of the axial fixation of the stator teeth axial - opposite side of the stator teeth 25
Inneres Versteifungsringelement 27Inner stiffening ring member 27
Äußeres Versteifungsringelement 28Outer stiffening ring element 28
Doppeltpfeil 29double arrow 29
Klebeverbindung 30Glue connection 30
Rotorkörper 31Rotor body 31
Permanentmagnet 32Permanent magnet 32
Innerer Wickelkopf 33 Axiales vorstehendes Stützelement 34Inner winding head 33 Axial projecting support element 34
Inneres Volumen 35Inner volume 35
Kraft 36force 36
Trennwand 37partition wall 37
Äußerer Wickel köpf 38Outer winding head 38
Teil der Wickelung 39part of the winding 39
Konusförmiger Ringbereich 40Conical ring area 40
Planarer Ringbereich 41Planar ring area 41
Achse 42 Axis 42

Claims

Patentansprüche Stator (4) für eine elektrische Axialflussmaschine (1 ), umfassend einen Statorkern (10) mit mehreren entlang eines Umfangs angeordneten, axial vorstehenden Statorzähnen (16), die von wenigstens einer Wicklung (19) zumindest eines elektrischen Leitungselements in mehreren Windungen (20) umschlungen sind, sowie umfassend ein radial inneres Zentralelement (11 ) und ein die Statorzähne (16) an deren radialer Außenseite (22) umgebendes Gehäuse (14), sowie an der der Seite (24) der axialen Fixierung der Statorzähne (16) axial gegenüberliegenden Seite (25) der Statorzähne (16) radial zwischen dem Zentralelement (11 ) und den Statorzähnen (16) und/ oder radial zwischen dem Gehäuse (14) und den Statorzähnen (16) sowie jeweils axial neben den Wickelköpfen (33,38) jeweils ein Versteifungsringelement (27,28), welches auf die Statorzähne (16) in radialer Richtung eine Druckspannung ausübt und damit mit den Statorzähnen (16) eine kraftschlüssig wirkende Verbindung realisiert, und/ oder welches mittels einer Klebeverbindung (30) mit den Statorzähnen (16) verbunden ist. Stator (4) für eine elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Versteifungsringelement (27,28) von seiner Umfangsfläche ausgehend zumindest eine nach radial innen ragende Kontur und/ oder nach radial außen ragende Kontur aufweist, die mit einem entsprechend komplementär ausgeführten Formelement in oder an Statorzähnen (16) formschlüssig zusammen wirkt. Stator (4) für eine elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsringelement (27,28) mehrere axiale vorstehende Stützelemente (34) aufweist, die an der den Statorzähnen (34) zugewandten Seite des Versteifungsringelements (27,28) angeordnet sind. Stator (4) für eine elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsringelement (27,28) einen konusförmigen Ringbereich (40) aufweist der auf Grund einer axialen Verformung und dadurch erfolgter radialer Ausdehnung radiale Spannkräfte auf die das Versteifungsringelement (27,28) in radialer Richtung fixierenden Elemente des Stators (4) ausübt. Stator (4) für eine elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorzähne (16) axial von einem Statorjoch vorstehen. Verfahren zur Herstellung eines Stators (4) für eine elektrische Axialflussmaschine (1 ), bei dem Claims Stator (4) for an electrical axial flux machine (1), comprising a stator core (10) with a plurality of axially protruding stator teeth (16) arranged along a circumference and supported by at least one winding (19) of at least one electrical conducting element in a plurality of turns (20 ) are wrapped around, and comprising a radially inner central element (11) and a housing (14) surrounding the stator teeth (16) on their radial outside (22) and on the side (24) of the axial fixing of the stator teeth (16). opposite side (25) of the stator teeth (16) radially between the central element (11) and the stator teeth (16) and/or radially between the housing (14) and the stator teeth (16) and in each case axially next to the end windings (33,38) one reinforcing ring element (27, 28) in each case, which exerts a compressive stress on the stator teeth (16) in the radial direction and thus realizes a non-positive connection with the stator teeth (16), and/or which is connected to the stator teeth (16) by means of an adhesive connection (30). Stator (4) for an electrical axial flow machine (1) according to Claim 1, characterized in that the respective stiffening ring element (27, 28), starting from its peripheral surface, has at least one contour projecting radially inwards and/or radially outwards, which a correspondingly complementary shaped element in or on the stator teeth (16) interacts in a form-fitting manner. Stator (4) for an electrical axial flux machine (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that the stiffening ring element (27, 28) has a plurality of axially projecting support elements (34) which on the side of the stiffening ring element ( 27,28) are arranged. Stator (4) for an electrical axial flux machine (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the stiffening ring element (27,28) has a cone-shaped ring area (40) which is due to an axial deformation and thereby carried out radial Expansion exerts radial clamping forces on the elements of the stator (4) that fix the stiffening ring element (27, 28) in the radial direction. Stator (4) for an electrical axial flux machine (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the stator teeth (16) protrude axially from a stator yoke. A method for producing a stator (4) for an electrical axial flow machine (1), in which
- ein Statorkern (10) mit mehreren entlang eines Umfangs angeordneten, axial vorstehenden Statorzähnen (16) zur Verfügung gestellt wird, die von wenigstens einer Wicklung (19) zumindest eines elektrischen Leitungselements in mehreren Windungen (20) umschlungen sind, - a stator core (10) is provided with a plurality of axially protruding stator teeth (16) arranged along a circumference, around which at least one winding (19) of at least one electrical conducting element is wrapped in a plurality of turns (20),
- ein radial inneres Zentralelement (11 ) und/oder ein Gehäuse (14) derart in Bezug zum Statorkern (10) positioniert werden, dass die Statorzähne (16) an deren radialer Innenseite (21 ) das Zentralelement (11 ) umgeben bzw. dass die Statorzähne (16) an deren radialer Außenseite (22) vom Gehäuse (14) umgeben sind, und - A radially inner central element (11) and/or a housing (14) are positioned in relation to the stator core (10) in such a way that the stator teeth (16) surround the central element (11) on their radial inner side (21) or that the Stator teeth (16) are surrounded by the housing (14) on their radial outside (22), and
- an der der Seite (24) der axialen Fixierung der Statorzähne (16) axial gegenüberliegenden Seite (25) der Statorzähne (16) radial zwischen dem Zentralelement (11 ) und den Statorzähnen (16) und/ oder radial zwischen dem Gehäuse (14) und den Statorzähnen (16) sowie jeweils axial neben den Wickelköpfen (33,38) ein Versteifungsringelement (27,28) zur Verfügung angeordnet wird, so dass das Versteifungsringelement (27,28) auf die Statorzähne (16) in radialer Richtung eine Druckspannung ausübt und damit mit den Statorzähnen (16) eine kraftschlüssig wirkende Verbindung realisiert, und/oder mittels einer Klebeverbindung (30) mit den Statorzähnen (16) verbunden wird. Verfahren zur Herstellung eines Stators (4) für eine elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - on the side (25) of the stator teeth (16) axially opposite the side (24) of the axial fixing of the stator teeth (16) radially between the central element (11) and the stator teeth (16) and/or radially between the housing (14) and a stiffening ring element (27,28) is arranged so that the stiffening ring element (27,28) exerts a compressive stress on the stator teeth (16) in the radial direction and thus a non-positive connection is realized with the stator teeth (16) and/or connected to the stator teeth (16) by means of an adhesive connection (30). A method for producing a stator (4) for an electrical axial flow machine (1) according to claim 6, characterized in that
- das Versteifungsringelement (27,28) mit einem konusförmigen Ringbereich (40) zur Verfügung gestellt wird, - dieses Versteifungsringelement (27,28) in axialer Richtung am Zentralelement (11 ) bzw. am Gehäuse (14) positioniert wird, und - the stiffening ring element (27, 28) is provided with a conical ring area (40), - This stiffening ring element (27,28) is positioned in the axial direction on the central element (11) or on the housing (14), and
- dann durch Verschiebung der dem Zentralelement (11 ) bzw. dem Gehäuse (14) zugewandten Seite des Versteifungsringelements (27,28) und Fixierung dieser Seite des Versteifungsringelements (27,28) am Zentralelement (11 ) bzw. am Gehäuse (14) bei gleichzeitiger axialer Fixierung der radial gegenüberliegenden Seite, die an den Statorzähnen (16) anliegt, des Versteifungsringelements (27,28) der konusförmige Ringbereich (40) des Versteifungsringelements (27,28) gestreckt wird und damit seine radiale Erstreckung vergrößert wird. Verfahren zur Herstellung eines Stators (4) für eine elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckung des konusförmigen Ringbereichs (40) durch Einwirkung einer axial auf den konusförmigen Ringbereich (40) wirkenden Kraft erfolgt. Verfahren zur Herstellung eines Stators (4) für eine elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung der dem Zentralelement (11 ) bzw. dem Gehäuse (14) zugewandten Seite des Versteifungsringelements (26) am Zentralelement (16) bzw. am Gehäuse (14) formschlüssig und/ oder kraftschlüssig erfolgt. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) mit einem Rotor (3) und einem Stator (4) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5. - Then by shifting the side of the stiffening ring element (27,28) facing the central element (11) or the housing (14) and fixing this side of the stiffening ring element (27,28) on the central element (11) or on the housing (14). simultaneous axial fixing of the radially opposite side, which bears against the stator teeth (16), of the stiffening ring element (27,28), the conical ring area (40) of the stiffening ring element (27,28) is stretched and its radial extension is thus increased. Method for producing a stator (4) for an electrical axial flux machine (1) according to claim 7, characterized in that the stretching of the conical ring area (40) is effected by the action of a force acting axially on the conical ring area (40). Method for producing a stator (4) for an electrical axial flux machine (1) according to one of claims 6 to 8, characterized in that the fixing of the central element (11) or the housing (14) facing side of the stiffening ring element (26) on Central element (16) or on the housing (14) takes place in a positive and/or non-positive manner. Electrical axial flow machine (1) with a rotor (3) and a stator (4) according to any one of claims 1 to 5.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022111318A1 (en) 2022-05-06 2023-11-09 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Rolling bearing arrangement, axial flow machine and method for assembling a rolling bearing arrangement in an axial flow machine

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008131784A (en) * 2006-11-22 2008-06-05 Daikin Ind Ltd Motor
US20110309694A1 (en) 2009-02-13 2011-12-22 Isis Innovation Ltd Electric machine- flux
EP2787610A1 (en) 2013-04-05 2014-10-08 F. Boccadoro SA Method and device for the manufacture of stators and rotors for axial motors
US20180013323A1 (en) * 2015-01-16 2018-01-11 Yasa Limited Axial Flux Machine
WO2020136004A1 (en) * 2018-12-24 2020-07-02 Joval Nv Axial flux machine and method for the manufacturing thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008131784A (en) * 2006-11-22 2008-06-05 Daikin Ind Ltd Motor
US20110309694A1 (en) 2009-02-13 2011-12-22 Isis Innovation Ltd Electric machine- flux
EP2787610A1 (en) 2013-04-05 2014-10-08 F. Boccadoro SA Method and device for the manufacture of stators and rotors for axial motors
US20180013323A1 (en) * 2015-01-16 2018-01-11 Yasa Limited Axial Flux Machine
WO2020136004A1 (en) * 2018-12-24 2020-07-02 Joval Nv Axial flux machine and method for the manufacturing thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022111318A1 (en) 2022-05-06 2023-11-09 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Rolling bearing arrangement, axial flow machine and method for assembling a rolling bearing arrangement in an axial flow machine

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