WO2023174483A1 - Stator einer elektrischen rotationsmaschine, elektrische rotationsmaschine und getriebemotoreinheit - Google Patents

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WO2023174483A1
WO2023174483A1 PCT/DE2023/100192 DE2023100192W WO2023174483A1 WO 2023174483 A1 WO2023174483 A1 WO 2023174483A1 DE 2023100192 W DE2023100192 W DE 2023100192W WO 2023174483 A1 WO2023174483 A1 WO 2023174483A1
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WO
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stator
laminated core
pole piece
air gap
side facing
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PCT/DE2023/100192
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Inventor
Daniel Schnabl
Dennis KUHL
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the invention relates to a stator of an electric rotary machine, an electric rotary machine equipped therewith and a geared motor unit with the electric rotary machine.
  • Electric drive machines are known from the prior art in many industrial applications and are also increasingly being used in the automotive industry.
  • Such a machine includes a stator and a rotor that can be rotated in this regard.
  • the rotor usually includes a rotor shaft, balancing plates, rotor laminated cores and magnets.
  • the electric rotary machine can be designed as an axially very compact radial flow machine or as an axial flow machine.
  • the space required for power electronics to be assigned to the respective electric rotary machine must also be taken into account.
  • Such electrical sheets are often used in axial flux machines without stator yokes. However, the conduction of the magnetic flux from the air gap into the stator tooth can also cause losses.
  • funnel-shaped tooth geometries made of the same material as the electrical sheets are sometimes used.
  • pole pieces are used in places, which are made of one Soft magnetic composite material are made and are arranged on the laminated core. The poorer properties of the soft magnetic composite material in terms of flux guidance are accepted because the total losses that result from a combination of grain-oriented electrical sheets and soft magnetic composite material are lower than if the laminated core is formed from non-grain-oriented electrical sheets.
  • the DE 10 2020 101 149 A1 discloses an axial flux machine, preferably for a drive train of a purely electric or hybrid driven motor vehicle, with an annular stator and two rotor elements rotatably mounted relative to the stator about a common axis of rotation, with a first rotor element axially along the axis of rotation next to a first axial end face of the stator is arranged and a second rotor element is arranged axially next to a second axial end face of the stator, and wherein the stator has a plurality of stator cores arranged distributed in a circumferential direction of a circular line running around the axis of rotation.
  • the stator cores have pole shoes arranged along the circumferential direction next to the laminated core.
  • the present invention is based on the object of providing a stator and an electrical rotary machine equipped with it, which, in a simple structural design, ensure long-lasting operation with high efficiency.
  • stator according to the invention according to claim 1 and by the electric rotary machine according to claim 8.
  • Advantageous embodiments of the stator are specified in subclaims 2-7.
  • a geared motor unit according to claim 9 is provided.
  • the invention relates to a stator of an electric rotary machine, comprising a plurality of stator teeth, of which at least one stator tooth comprises a laminated core and at least one pole piece delimiting the air gap between the rotor and the stator tooth is arranged on at least one side of the laminated core facing a rotor of an electric rotary machine comprising the stator, which is at least partially formed from a soft magnetic composite material.
  • the pole piece is delimited by an oblique surface between its side facing the air gap and its side facing the laminated core on at least one side delimiting the pole piece along the circumferential direction, the cross section of the pole shoe being larger on the side facing the air gap than on the laminated core facing side.
  • the sloping surface can optionally have further shape elements, such as unevenness, to a small extent, so that it is a substantially sloping surface.
  • the cross section mentioned is a section that runs parallel to the axis of rotation of a rotor of an electric rotary machine comprising the stator and perpendicular to the planes of the laminations of the laminated core when these are aligned essentially radially with respect to the axis of rotation.
  • the stator is set up for a stator yokeless arrangement of rotors of an axial flux machine - i.e. for a so-called H arrangement - the stator tooth has two axially opposite sides.
  • a respective stator tooth is formed by a laminated core and is separated from an adjacent stator tooth on the circumference by grooves and windings placed in the grooves.
  • the pole piece extends from the laminated core towards the air gap or the position of the rotor. In one embodiment, the pole piece is therefore located exclusively between the air gap and the laminated core, and not along the circumferential direction next to the laminated core.
  • the pole piece is a component made of a material with high permeability and is used to allow the magnetic field lines to emerge and distribute them in a defined shape.
  • the pole shoe geometry is optimized in such a way that, in addition to optimal flow guidance, shielding of fields affected by harmonics is also achieved.
  • the stator is the stator of an axial flux machine, so that the pole piece is arranged on an axial side of the laminated core.
  • the pole shoe is delimited between its side facing the air gap and its side facing the laminated core on at least one side radially delimiting the stator tooth by an oblique surface, the cross section of the pole shoe being larger on the side facing the air gap than on the side facing the laminated core .
  • the cross section designated here runs in a section parallel to the axis of rotation of a rotor of an electrical rotary machine comprising the stator and parallel to the planes of the laminations of the laminated core when these are aligned essentially radially with respect to the axis of rotation.
  • the sheets of the laminated core can be grain-oriented electrical sheets. This means that the electrical sheets are electrical sheets made from a grain-oriented iron material. Alternatively, it is provided that the sheets of the laminated core are non-grain-oriented electrical sheets. This embodiment enables an increase in efficiency in machine topologies that do not allow the use of grain-oriented electrical steel.
  • stator provides that the sloping surface extends up to a maximum of 60% of the height of the pole piece defined between the laminated core and the air gap. Accordingly, this embodiment of the stator provides that the pole piece has, in addition to its respective oblique surface, a further boundary surface which adjoins the oblique surface and which delimits the pole piece along the circumferential direction or radially. Furthermore, it can be provided that the inclined surface extends to at least 40% of the height of the pole piece defined between the laminated core and the air gap.
  • stator can comprise at least one winding per stator tooth, which wraps around the respective stator tooth, the pole piece forming at least one projection along the circumferential direction, which axially covers the winding in certain areas and extends along the circumferential direction up to at least 50% of the maximum distance of the winding from Sheet metal package extends. This means that the projection extends towards the adjacent stator tooth.
  • stator can comprise at least one winding per stator tooth, which wraps around the respective stator tooth, with the pole piece forming at least one projection along the circumferential direction, which axially covers the winding in areas and extends along the circumferential direction up to 100% of the maximum distance of the winding from the laminated core extends.
  • the side of the projection facing the laminated core has an oblique surface on at least one side.
  • the sloping surface can essentially adjoin the laminated core. Minor deviations from this design, which result in a step between the inclined surface and the outside of the laminated core, are irrelevant in this embodiment.
  • the inner boundary edges in relation to the laminated core can be used Sloping surfaces have a distance from each other that corresponds to 90% to 110% of the width of the laminated core.
  • the stator according to the invention can be a stator of an axial flux machine, so that the pole piece is arranged on an axial side of the laminated core.
  • the pole piece has an oblique surface at least on one radially extending edge, the plane of which, in addition to the general radial extension, is oriented with a directional component in the circumferential direction and in the axial direction and is formed on the side facing the winding .
  • this pole piece can also have such an oblique surface on a radially delimiting side.
  • the stator is a stator of a radial flux machine, so that the pole piece is arranged on a radial side of the laminated core.
  • a further aspect of the present invention is an electric rotary machine with a stator according to the present invention and a rotor which is arranged at the air gap opposite the stator.
  • This electric rotary machine can be an axial flow machine or a radial flow machine. If an axial flux machine is designed, this can have a stator yokeless design - a so-called H arrangement - in which the stator is arranged axially centrally and a rotor is rotatably arranged axially on both sides of the stator.
  • the efficiency of the electrical rotating machine equipped with it can be increased, because the electrical sheet reduces the power losses and the magnetic resistance, but only allows one-dimensional flux guidance.
  • the soft magnetic composite material enables three-dimensional flow guidance at low Eddy current losses, which are particularly dominant in fields with harmonics, and also allows for more complex geometries in production.
  • the design of the pole piece according to the invention reduces undesirable stray fluxes and, through the shielding effect, eliminates the main problem of the conventional two-part stator made of soft magnetic composite material and electrical sheets.
  • the sloping surface also provides a surface that enables additional convection at a thermally critical point during direct slot cooling.
  • the invention also provides a geared motor unit which has at least one electric rotary machine according to the invention and at least one gear, the gear input shaft of which is coupled or can be coupled to a rotor shaft of the electric rotary machine.
  • Fig. 1 an electric rotary machine according to the invention in a partial sectional view from the side, and
  • Fig. 2 the electric rotary machine according to the invention in a further partial sectional view.
  • Figures 1 and 2 show an electric rotary machine 1 designed according to the invention in different views, with Figure 1 showing a partial section of the electric rotary machine 1 above the axis of rotation, and Figure 2 one Partial section of electric rotary machine 1 in a section that runs perpendicular to the section of Figure 1.
  • the following is an explanation of the electric rotary machine 1 or its stator 20 based on the two Figures 1 and 2.
  • the electric rotary machine 1 shown here forms a stator yokeless or a so-called H arrangement of the two rotors 10 arranged axially on both sides with respect to the stator 20.
  • the magnets 11 of the two rotors 10 are each arranged opposite the stator 20, so that a respective air gap 21 is formed between a respective magnet 11 and the stator 20 or its respective pole shoe 40.
  • stator tooth 22 includes a laminated core 30, which includes several sheets 33 made of grain-oriented or non-grain-oriented iron material.
  • the individual sheets 33 are essentially aligned radially.
  • the laminated core 30 is wrapped by at least one winding 42.
  • a pole piece 40 made of a soft magnetic composite material is fixed on each of the two axial sides 31 of the laminated core 30.
  • a respective pole piece 40 has an oblique surface 60 on its side 51 that radially delimits the stator tooth, as shown in FIG. 1, and on its side 50 that delimits the stator tooth along the circumferential direction 71, as shown in FIG.
  • This oblique surface 60 causes a projection 70, which exists along the circumferential direction 71 and radially and is formed by the respective pole shoe 40, to have a smaller cross section on its outside than in the area of fixation on the laminated core 30.
  • the magnetic flux can be optimally guided into the winding 42 and into the laminated core 30, while at the same time shielding fields affected by harmonics.
  • the oblique surface 60 does not lead to the axial outside of the relevant pole piece 40, but ends at a certain distance in front of the axial outside, so that the pole piece 40 is on its radial outside or on its radial inside, as also has a respective further boundary surface 61 on its circumferentially delimiting side.
  • the oblique surface 60 extends up to a maximum of 60% of the height 41 of the pole shoe 40 defined between the laminated core 30 and the air gap 21.
  • the projection 70 of the pole piece 40 delimited by the oblique surface 60 extends approximately so far along the circumferential direction 71 that the adjacently arranged winding 42 is almost completely axially covered. In other words, this projection 70 extends approximately as far as the distance 43 of the winding 42 from the laminated core 30.
  • oblique surfaces 60 which are arranged on the sides 50 delimiting the stator tooth 22 along the circumferential direction 71, extend until they hit the laminated core 30.
  • these two oblique surfaces 60 which lie opposite one another along the circumferential direction 71, are separated from one another by a distance which corresponds to the width 32 of the laminated core 30.
  • stator according to the invention makes it possible to reduce magnetically caused power losses by approximately 10%.
  • stator proposed here and the electric rotary machine equipped with it provide facilities that are simpler constructive design ensure long-lasting operation of the electric rotary machine with high efficiency.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Rotationsmaschine, eine damit ausgestattete elektrische Rotationsmaschine und eine Getriebemotoreinheit mit der elektrischen Rotationsmaschine. Der Stator (20) der elektrischen Rotationsmaschine (1) weist mehrere Statorzähne (22) auf, von denen mindestens ein Statorzahn (22) ein Blechpaket (30) umfasst und an wenigstens einer einem Rotor (10) einer den Stator (20) umfassenden elektrischen Rotationsmaschine (1) zugewandten Seite des Blechpakets (30) zumindest ein einen Luftspalt (21) zwischen Rotor (10) und Statorzahn (22) begrenzender Polschuh (40) angeordnet ist, der zumindest bereichsweise aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff gebildet ist, wobei der Polschuh (40) zwischen seiner dem Luftspalt (21) zugewandten Seite und seiner dem Blechpaket (30) zugewandten Seite an wenigstens einer den Polschuh (40) entlang der Umfangsrichtung (71) begrenzenden Seite (50) durch eine schräg verlaufende Fläche (60) begrenzt ist und der Querschnitt des Polschuhs (40) an der dem Luftspalt (21) zugewandten Seite größer ist als an der dem Blechpaket (30) zugewandten Seite. Mit dem hier vorgeschlagenen Stator sowie der damit ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine werden Einrichtungen zur Verfügung gestellt, die in einfacher konstruktiver Ausgestaltung einen langlebigen Betrieb der elektrischen Rotationsmaschine mit hoher Effizienz gewährleisten.

Description

Stator einer elektrischen Rotationsmaschine, elektrische Rotationsmaschine und Getriebemotoreinheit
Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Rotationsmaschine, eine damit ausgestattete elektrische Rotationsmaschine und eine Getriebemotoreinheit mit der elektrischen Rotationsmaschine.
Aus dem Stand der Technik sind in vielen industriellen Anwendungen elektrische Antriebsmaschinen bekannt, die auch zunehmend in der Automobilindustrie ihre Anwendung finden. Eine solche Maschine umfasst einen Stator und einen diesbezüglich drehbaren Rotor. Der Rotor umfasst üblicherweise eine Rotorwelle, Wuchtbleche, Rotorblechpakete und Magnete.
Insbesondere für die Anwendung in elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen besteht die Anforderung, die erforderliche Leistung in einem verfügbaren Bauraum zu realisieren. Entsprechend ist die elektrische Rotationsmaschine als axial sehr kompakte Radialflussmaschine oder auch als Axialflussmaschine auszuführen. Dabei ist zudem der benötigte Bauraum für eine der jeweiligen elektrischen Rotationsmaschine zuzuordnende Leistungselektronik zu beachten.
Zur Reduzierung der Eisenverluste im Stator werden meist nicht-kornorientierte Elektrobleche hoher Güte mit sehr geringen Blechdicken verwendet. Lässt die Maschinentopologie es zu, können auch kornorientierte Elektrobleche zum Einsatz kommen, die üblicherweise Verluste weiter minimieren.
Derartige Elektrobleche werden häufig in statorjochlosen Axialflussmaschinen genutzt. Hier kann jedoch die Führung des magnetischen Flusses vom Luftspalt in den Statorzahn ebenfalls Verluste bewirken. Bei elektrischen Rotationsmaschinen mit nicht-korn- orientierten Elektroblechen werden zum Teil trichterförmige Zahngeometrien aus demselben Material wie die Elektrobleche eingesetzt. Bei Verwendung von kornorientier- ten Elektroblechen werden stellenweise Polschuhe genutzt, welche aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff gefertigt sind und an dem Blechpaket angeordnet sind. Die hinsichtlich der Flussführung schlechteren Eigenschaften des weichmagnetischen Verbundwerkstoffs werden akzeptiert, da die Gesamtverluste, die sich aus einer Kombination von kornorientierten Elektroblechen und weichmagnetischem Verbundwerkstoff ergeben, geringer sind als die Ausbildung des Blechpakets aus nicht- kornorientierten Elektroblechen.
Die DE 10 2020 101 149 A1 offenbart eine Axialflussmaschine, vorzugsweise für einen Antriebsstrang eines rein elektrisch oder hybridisch angetriebenen Kraftfahrzeuges, mit einem ringförmigen Stator und zwei relativ zu dem Stator um eine gemeinsame Drehachse verdrehbar gelagerten Rotorelementen, wobei ein erstes Rotorelement axial entlang der Drehachse neben einer ersten axialen Stirnseite des Stators angeordnet ist und ein zweites Rotorelement axial neben einer zweiten axialen Stirnseite des Stators angeordnet ist, und wobei der Stator mehrere, in einer Umfangsrichtung einer um die Drehachse herum verlaufenden Kreislinie verteilt angeordnete Statorkerne aufweist. Die Statorkerne weisen entlang der Umfangsrichtung neben dem Blechpaket angeordnete Polschuhe auf.
DE 10 2015 223 766 A1 lehrt eine elektrische Maschine in Form eines Axialflussmotors, mit einem um eine Maschinenachse drehbar gelagerten Rotor, und mit einem Stator, der eine gesinterte Trägerstruktur und einen daran angebundenen Einsatz aufweist, der zumindest teilweise einen Polschuh bildet, und der ein Blechpaket umfasst.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stator sowie eine damit ausgestattete elektrische Rotationsmaschine zur Verfügung zu stellen, die in einfacher konstruktiver Ausgestaltung einen langlebigen Betrieb mit hoher Effizienz gewährleisten.
Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Stator nach Anspruch 1 sowie durch die elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Stators sind in den Unteransprüchen 2-7 angegeben. Ergänzend wird eine Getriebemotoreinheit gemäß Anspruch 9 zur Verfügung gestellt. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Formulierungen „axial“, „radial“ und „in Umfangsrichtung“ beziehen sich im Folgenden auf die Rotationsachse einer mit dem Stator ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine.
Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend mehrere Statorzähne, von denen mindestens ein Statorzahn ein Blechpaket umfasst und an wenigstens einer einem Rotor einer den Stator umfassenden elektrischen Rotationsmaschine zugewandten Seite des Blechpakets zumindest ein den Luftspalt zwischen Rotor und Statorzahn begrenzender Polschuh angeordnet ist, der zumindest bereichsweise aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff gebildet ist. Der Polschuh ist zwischen seiner dem Luftspalt zugewandten Seite und seiner dem Blechpaket zugewandten Seite an wenigstens einer den Polschuh entlang der Umfangsrichtung begrenzenden Seite durch eine schräg verlaufende Fläche begrenzt, wobei der Querschnitt des Polschuhs an der dem Luftspalt zugewandten Seite größer ist als an der dem Blechpaket zugewandten Seite.
Die schräg verlaufende Fläche kann dabei gegebenenfalls in geringfügigem Maße weitere Formelemente, wie z.B. Unebenheiten aufweisen, so dass sie eine im Wesentlichen schräg verlaufende Fläche ist.
Der genannte Querschnitt ist dabei ein Schnitt, der parallel zur Rotationsachse eines Rotors einer den Stator umfassenden elektrischen Rotationsmaschine und senkrecht zu den Ebenen der Bleche des Blechpakets verläuft, wenn diese im Wesentlichen radial bezüglich der Rotationsachse ausgerichtet sind. Insofern der Stator für eine statorjochlose Anordnung von Rotoren einer Axialflussmaschine eingerichtet ist - also für eine sogenannte H-Anordnung - weist der Statorzahn zwei axial einander gegenüberliegende Seiten auf. Ein jeweiliger Statorzahn ist von einem Blechpaket ausgebildet und ist am Umfang durch Nuten sowie in den Nuten platzierten Wicklungen von einem benachbarten Statorzahn getrennt. Der Polschuh erstreckt sich vom Blechpaket ausgehend in Richtung auf den Luftspalt bzw. die Position des Rotors. Der Polschuh befindet sich in einer Ausführungsform somit ausschließlich zwischen Luftspalt und Blechpaket, und nicht entlang der Umfangsrichtung neben dem Blechpaket.
Der Polschuh ist ein Bauteil aus einem Material mit hoher Permeabilität und dient dazu, die magnetischen Feldlinien in einer definierten Form heraustreten zu lassen und zu verteilen.
Gemäß der Erfindung ist die Polschuhgeometrie so optimiert, dass neben einer optimalen Flussführung auch eine Abschirmung von Oberwellen-behafteten Feldern erreicht wird.
In einer Ausführungsform des Stators ist vorgesehen, dass der Stator der Stator einer Axialflussmaschine ist, sodass der Polschuh an einer axialen Seite des Blechpakets angeordnet ist. Der Polschuh ist zwischen seiner dem Luftspalt zugewandten Seite und seiner dem Blechpaket zugewandten Seite an wenigstens einer den Statorzahn radial begrenzenden Seite durch eine schräg verlaufende Fläche begrenzt, wobei der Querschnitt des Polschuhs an der dem Luftspalt zugewandten Seite größer ist als an der dem Blechpaket zugewandten Seite.
Der hier bezeichnete Querschnitt verläuft in einem Schnitt parallel zur Rotationsachse eines Rotors einer den Stator umfassenden elektrischen Rotationsmaschine und parallel zu den Ebenen der Bleche des Blechpakets, wenn diese im Wesentlichen radial bezüglich der Rotationsachse ausgerichtet sind.
Die Bleche des Blechpakets können dabei kornorientierte Elektrobleche sein. Das bedeutet, dass die Elektrobleche aus einem kornorientiertem Eisenmaterial hergestellte Elektrobleche sind. Alternativ ist vorgesehen, dass die Bleche des Blechpakets nicht-kornorientierte Elektrobleche sind. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Effizienzsteigerung bei Maschinentopologien, die den Einsatz von kornorientiertem Elektroblech nicht zulassen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Stators sieht vor, dass sich die schräg verlaufende Fläche bis zu maximal 60% der zwischen Blechpaket und Luftspalt definierten Höhe des Polschuhs erstreckt. Entsprechend sieht diese Ausführungsform des Stators vor, dass der Polschuh neben seiner jeweiligen schräg verlaufenden Fläche noch eine weitere Begrenzungsfläche aufweist, die an die schräg verlaufende Fläche anschließt und die den Polschuh entlang der Umfangsrichtung bzw. radial begrenzt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass sich die schräge Fläche bis mindestens 40% der zwischen Blechpaket und Luftspalt definierten Höhe des Polschuhs erstreckt.
Des Weiteren kann der Stator je Statorzahn wenigstens eine Wicklung umfassen, die den jeweiligen Statorzahn umschlingt, wobei der Polschuh entlang der Umfangsrichtung wenigstens einen Vorsprung ausbildet, der die Wicklung axial bereichsweise überdeckt und sich entlang der Umfangsrichtung bis wenigstens 50 % des maximalen Abstandes der Wicklung vom Blechpaket erstreckt. Das bedeutet, dass der Vorsprung sich in Richtung auf den benachbarten Statorzahn erstreckt.
Zudem kann der Stator je Statorzahn wenigstens eine Wicklung umfassen, die den jeweiligen Statorzahn umschlingt, wobei der Polschuh entlang der Umfangsrichtung wenigstens einen Vorsprung ausbildet, der die Wicklung axial bereichsweise überdeckt und sich entlang der Umfangsrichtung bis zu 100 % des maximalen Abstandes der Wicklung vom Blechpaket erstreckt. Die dem Blechpaket zugewandte Seite des Vorsprungs weist dabei an wenigstens einer Seite eine schräg verlaufende Fläche auf.
Die schräg verlaufende Fläche kann sich im Wesentlichen an das Blechpaket anschließen. Geringfügige Abweichungen von dieser Ausgestaltung, die in einem Absatz zwischen der schrägen Fläche und der Außenseite des Blechpakets resultieren, sind in dieser Ausführungsform unerheblich. So können bei beidseitig des Blechpakets vorhandenen Polschuhen die in Bezug zum Blechpaket inneren Begrenzungskanten der schrägen Flächen einen Abstand zueinander aufweisen, der 90 % bis 110 % der Breite des Blechpakets entspricht.
Der erfindungsgemäße Stator kann ein Stator einer Axialflussmaschine sein, sodass der Polschuh an einer axialen Seite des Blechpakets angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist entsprechend vorgesehen, dass der Polschuh zumindest an einer radial verlaufenden Kante eine schräg verlaufende Fläche aufweist, deren Ebene neben der generellen radialen Erstreckung mit jeweils einer Richtungskomponente in Umfangsrichtung sowie in axialer Richtung orientiert ist und an der der Wicklung zugewandten Seite ausgebildet ist.
Des Weiteren kann dieser Polschuh auch an einer radial begrenzenden Seite eine solche schräg verlaufende Fläche aufweisen.
In alternativer Ausführungsform ist der Stator ein Stator einer Radialflussmaschine, sodass der Polschuh an einer radialen Seite des Blechpakets angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Rotationsmaschine mit einem erfindungsgemäßen Stator gemäß der vorliegenden Erfindung sowie einen Rotor, der am Luftspalt gegenüber dem Stator angeordnet ist. Diese elektrische Rotationsmaschine kann eine Axialflussmaschine oder auch eine Radialflussmaschine sein. Im Fall der Ausbildung einer Axialflussmaschine kann diese eine statorjochlose Ausführung - eine sogenannte H-Anordnung - aufweisen, bei der axial zentral der Stator angeordnet ist und axial beidseitig des Stators je ein Rotor drehbar angeordnet ist.
Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Polschuhgeometrie mit der materialtechnischen Unterteilung des Statorzahns in Blechpaket und Polschuh kann die Effizienz der damit ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine gesteigert werden, denn das Elektroblech reduziert die Leistungsverluste und den magnetischen Widerstand, lässt jedoch nur eine eindimensionale Flussführung zu. Der weichmagnetische Verbundwerkstoff ermöglicht eine dreidimensionale Flussführung bei geringen Wirbelstromverlusten, welche insbesondere bei oberwellenbehafteten Feldern dominant sind, und lässt darüber hinaus komplexere Geometrien in der Fertigung zu.
Entsprechend verringert die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Polschuhs unerwünschte Streuflüsse und behebt durch die abschirmende Wirkung das Hauptproblem des herkömmlichen zweigeteilten Stators aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff und Elektroblechen.
Durch die schräg verlaufende Fläche wird zudem Oberfläche zur Verfügung gestellt, welche bei einer direkten Nutkühlung zusätzliche Konvektion an einer thermisch kritischen Stelle ermöglicht.
Durch die Erfindung wird zudem eine Getriebemotoreinheit zur Verfügung gestellt, welche wenigstens eine erfindungsgemäße elektrische Rotationsmaschine sowie wenigstens ein Getriebe aufweist, dessen Getriebeeingangswelle mit einer Rotorwelle der elektrischen Rotationsmaschine gekoppelt oder koppelbar ist.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in
Fig. 1 : eine erfindungsgemäße elektrische Rotationsmaschine in teilweiser Schnittansicht von der Seite, und
Fig. 2: die erfindungsgemäße elektrische Rotationsmaschine in einer weiteren teilweisen Schnittdarstellung.
Figuren 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäß ausgestaltete elektrische Rotationsmaschine 1 in unterschiedlichen Ansichten, wobei Figur 1 einen Teilschnitt der elektrischen Rotationsmaschine 1 oberhalb der Rotationsachse zeigt, und Figur 2 einen Teilschnitt elektrischen Rotationsmaschine 1 in einem Schnitt zeigt, der senkrecht zu dem Schnittverlauf der Figur 1 verläuft. Im Folgenden wird die Erläuterung der elektrischen Rotationsmaschine 1 bzw. dessen Stators 20 anhand der beiden Figuren 1 und 2 vorgenommen.
Die hier dargestellte elektrische Rotationsmaschine 1 bildet eine statorjochlose bzw. eine sogenannte H- Anordnung der beiden bezüglich dem Stator 20 axial beidseitig angeordneten Rotoren 10 aus. Die Magneten 11 der beiden Rotoren 10 sind jeweils dem Stator 20 gegenüberliegend angeordnet, sodass ein jeweiliger Luftspalt 21 zwischen einem jeweiligen Magnet 11 und dem Stator 20 bzw. dessen jeweiligen Polschuh 40 ausgebildet ist.
Von dem Stator 20 ist in den Figuren 1 und 2 jeweils nur ein Statorzahn 22 abgebildet. Der Statorzahn 22 umfasst ein Blechpaket 30, welches mehrere Bleche 33 aus kornorientiertem oder auch aus nicht-kornorientiertem Eisenmaterial umfasst.
Anhand von Figur 2 ist ersichtlich, dass die einzelnen Bleche 33 im Wesentlichen radial ausgerichtet sind. Das Blechpaket 30 ist von wenigstens einer Wicklung 42 umschlungen.
An den beiden axialen Seiten 31 des Blechpakets 30 ist jeweils ein Polschuh 40 aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff fixiert.
Ein jeweiliger Polschuh 40 weist an seiner den Statorzahn radial begrenzenden Seite 51 , wie in Figur 1 gezeigt, sowie an seiner den Statorzahn entlang der Umfangsrichtung 71 begrenzenden Seite 50, wie in Figur 2 gezeigt, jeweils eine schräg verlaufende Fläche 60 auf.
Diese schräg verlaufende Fläche 60 bewirkt, dass ein entlang der Umfangsrichtung 71 sowie radial bestehender Vorsprung 70, der vom jeweiligen Polschuh 40 ausgebildet ist, an dessen Außenseite einen geringeren Querschnitt aufweist als im Bereich der Fixierung am Blechpaket 30. Dadurch lässt sich in optimaler Weise der magnetische Fluss in die Wicklung 42 sowie in das Blechpaket 30 führen, bei gleichzeitiger Abschirmung von Oberwellen-behafte- ten Feldern.
Die schräg verlaufende Fläche 60 führt dabei jedoch nicht in der hier dargestellten Ausführungsform bis zur axialen Außenseite des betreffenden Polschuhs 40, sondern endet in einem gewissen Abstand vor der axialen Außenseite, sodass der Polschuh 40 an seiner radialen Außenseite bzw. an seiner radialen Innenseite, als auch an seiner in Umfangsrichtung begrenzenden Seite eine jeweilige weitere Begrenzungsfläche 61 aufweist.
Es ist vorgesehen, dass sich die schräg verlaufende Fläche 60 bis zu maximal 60% der zwischen Blechpaket 30 und Luftspalt 21 definierten Höhe 41 des Polschuhs 40 erstreckt.
Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, erstreckt sich der von der schräg verlaufenden Fläche 60 begrenzte Vorsprung 70 des Polschuhs 40 in etwa so weit entlang der Umfangsrichtung 71 , dass die benachbart angeordnete Wicklung 42 nahezu vollständig axial abgedeckt ist. Mit anderen Worten erstreckt sich dieser Vorsprung 70 in etwa so weit, wie der Abstand 43 der Wicklung 42 vom Blechpaket 30 beträgt.
Zudem zeigt Figur 2, dass die schräg verlaufenden Flächen 60, die an den den Statorzahn 22 entlang der Umfangsrichtung 71 begrenzenden Seiten 50 angeordnet sind, soweit verlaufen, bis sie das Blechpaket 30 treffen. Mit anderen Worten sind diese beiden entlang der Umfangsrichtung 71 einander gegenüberliegenden schräg verlaufenden Flächen 60 mit einem Abstandsmaß voneinander getrennt, welches der Breite 32 des Blechpakets 30 entspricht.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stators ist es möglich, magnetisch bedingte Leistungsverluste um ca. 10% zu reduzieren.
Mit dem hier vorgeschlagenen Stator sowie der damit ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine werden Einrichtungen zur Verfügung gestellt, die in einfacher konstruktiver Ausgestaltung einen langlebigen Betrieb der elektrischen Rotationsmaschine mit hoher Effizienz gewährleisten.
Bezuqszeichenliste
1 elektrische Rotationsmaschine
2 Rotationsachse
10 Rotor
11 Magnet
20 Stator
21 Luftspalt
22 Statorzahn
30 Blechpaket
31 axiale Seite des Blechpakets
32 Breite des Blechpakets
33 Blech
40 Polschuh
41 Höhe des Polschuhs
42 Wicklung
43 Abstand der Wicklung vom Blechpaket
50 den Statorzahn entlang der Umfangsrichtung begrenzende Seite
51 den Statorzahn radial begrenzende Seite
60 schräg verlaufende Fläche
61 weitere Begrenzungsfläche
70 Vorsprung
71 Umfangsrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Stator (20) einer elektrischen Rotationsmaschine (1 ), umfassend mehrere Statorzähne (22), von denen mindestens ein Statorzahn (22) ein Blechpaket (30) umfasst und an wenigstens einer einem Rotor (10) einer den Stator (20) umfassenden elektrischen Rotationsmaschine (1 ) zugewandten Seite des Blechpakets (30) zumindest ein einen Luftspalt (21 ) zwischen Rotor (10) und Statorzahn (22) begrenzender Polschuh (40) angeordnet ist, der zumindest bereichsweise aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff gebildet ist, wobei der Polschuh (40) zwischen seiner dem Luftspalt (21 ) zugewandten Seite und seiner dem Blechpaket (30) zugewandten Seite an wenigstens einer den Polschuh (40) entlang der Umfangsrichtung (71 ) begrenzenden Seite (50) durch eine schräg verlaufende Fläche (60) begrenzt ist und der Querschnitt des Polschuhs (40) an der dem Luftspalt (21 ) zugewandten Seite größer ist als an der dem Blechpaket (30) zugewandten Seite.
2. Stator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (20) der Stator (20) einer Axialflussmaschine ist, sodass der Polschuh (40) an einer axialen Seite des Blechpakets (30) angeordnet ist, wobei der Polschuh (40) zwischen seiner dem Luftspalt (21 ) zugewandten Seite und seiner dem Blechpaket (30) zugewandten Seite an wenigstens einer den Statorzahn (22) radial begrenzenden Seite (51 ) durch eine schräg verlaufende Fläche (60) begrenzt ist, wobei der Querschnitt des Polschuhs (40) an der dem Luftspalt (21 ) zugewandten Seite größer ist als an der dem Blechpaket (30) zugewandten Seite.
3. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (33) des Blechpakets (30) kornorientierte Elektrobleche sind.
4. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die schräg verlaufende Fläche (60) bis zu maximal 60% der zwischen Blechpaket (30) und Luftspalt (21 ) definierten Höhe (41 ) des Polschuhs (40) erstreckt.
5. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (20) je Statorzahn (22) wenigstens eine Wicklung (42) umfasst, die den jeweiligen Statorzahn (22) umschlingt, wobei der Polschuh (40) entlang der Umfangsrichtung (71 ) wenigstens einen Vorsprung (70) ausbildet, der die Wicklung (42) axial bereichsweise überdeckt und sich entlang der Umfangsrichtung (71 ) bis wenigstens 50 % des maximalen Abstandes (43) der Wicklung (42) vom Blechpaket (30) erstreckt.
6. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (20) je Statorzahn (22) wenigstens eine Wicklung (42) umfasst, die den jeweiligen Statorzahn (22) umschlingt, wobei der Polschuh (40) entlang der Umfangsrichtung (71 ) wenigstens einen Vorsprung (70) ausbildet, der die Wicklung (42) axial bereichsweise überdeckt und sich entlang der Umfangsrichtung (71 ) bis zu 90% des maximalen Abstandes (43) der Wicklung (42) vom Blechpaket (30) erstreckt.
7. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schräg verlaufende Fläche (60) im Wesentlichen an das Blechpaket (30) anschließt.
8. Elektrische Rotationsmaschine, umfassend einen Stator (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 sowie einen Rotor (10), der am Luftspalt (21 ) gegenüber dem Stator (20) angeordnet ist.
9. Getriebemotoreinheit, umfassend wenigstens eine elektrische Rotationsmaschine
(1 ) gemäß Anspruch 8, sowie wenigstens ein Getriebe, dessen Getriebeeingangswelle mit einer Rotorwelle der elektrischen Rotationsmaschine (1 ) gekoppelt oder koppelbar ist.
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