WO2021003510A2

WO2021003510A2 - Stator für eine axialflussmaschine

Info

Publication number: WO2021003510A2
Application number: PCT/AT2020/060264
Authority: WO
Inventors: Christian DORFBAUER; Dietmar Andessner; Gerold Stetina
Original assignee: Miba Sinter Austria GmbH
Current assignee: Miba Sinter Austria GmbH
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2022-01-09
Also published as: AT522711A1; WO2021003510A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (2) für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzähnen (7), die einen Zahnkörper (8) und ein Rückschlusselement (11) aufweisen, und mit mehreren Spulenwicklungen (10), wobei das Rückschlusselement (11) aus einem gerollten Blechpaket besteht, in dem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zahnkörper (8) der Statorzähne (7) angeordnet sind oder welche die Zahnkörper (8) der Statorzähne (7) formen.

Description

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STATOR FÜR EINE AXIALFLUSSMASCHINE

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzähnen, die einen Zahnkörper und ein Rückschlusselement aufweisen, und mit mehre ren Spulenwicklungen.

Die Erfindung betrifft auch einen Stator für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehr zahl an Statorzähnen, die einen SMC-Werkstoff und einen Zahnkörper aus einem zum SMC- Werkstoff unterschiedlichen, weichmagnetischen Werkstoff aufweisen, und die jeweils einen Zahnfuß und einen Zahnkopf aufweisen, wobei der Zahnkopf ein Flusssammelelement auf weist, und mit mehreren Spulenwicklungen.

Weiter betrifft die Erfindung eine Axialflussmaschine umfassend zumindest einen Stator und zumindest einen Rotor.

Elektrische Baugruppen mit einem scheibenförmigen Rotor und einem parallel dazu angeord neten Stator sind aus dem Stand der Technik bekannt, und finden z.B. in Axialflussmaschinen Anwendung. Üblicherweise weist der Rotor eine Mehrzahl von Permanentmagneten bzw. Dauermagnetpolen auf, welche durch einen Luftspalt getrennt an gegenüberliegenden elektro magnetisch erregbaren Polen des Stators vorbei rotieren. Die elektromagnetisch erregbaren Pole sind dabei z.B. als Statorzähne aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet, wie dies beispielsweise die DE 10 2016 207 943 Al beschreibt, um deren Zahnkem eine elektrisch leitfähige Wicklung bei Bestromung ein Magnetfeld erzeugt. Durch rotorlageab hängige Bestromung der in Umfangsrichtung des Stators gleichmäßig und konzentrisch ange ordneten Statorzähne bzw. deren Wicklungen, wird ein Drehmoment auf den Rotor eingelei tet. Abhängig von der Anwendung können sehr hohe Leistungs- und/oder Drehmom enten dichten gefordert sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Stator für eine verbesserte Axialflussma schine bereitzustellen.

Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung bei dem eingangs genannten Stator dadurch, dass das Rückschlusselement aus einem gerollten Blechpaket besteht, in dem Ausnehmungen angeord- - 2

net sind, in denen die Zahnkörper der Statorzähne angeordnet sind, oder welche die Zahnkör per der Statorzähne formen, und/oder dass ausschließlich die Flusssammelelemente zumindest teilweise aus dem SMC -Werkstoff gebildet sind.

Weiter wird die Aufgabe der Erfindung bei der eingangs genannten Axialflussmaschine dadurch gelöst, dass der zumindest eine Stator erfindungsgemäß ausgebildet ist.

Von Vorteil ist dabei, dass durch das gerollte Rückschlusselement die Flussdichte verbessert und der Stanzabfall bei der Herstellung des Stators reduziert werden kann. Durch die hybride Ausführung der Statorzähne aus dem SMC- und dem weichmagnetischen Werkstoff kann die magnetische Flussdichte durch die Statorzähne, bzw. durch diese umschließende Wicklungen, erhöht werden, wodurch je nach Auslegungspriorität der Wirkungsgrad und das Drehmoment bzw. die Drehmomentendichte der Axialflussmaschine erhöht werden können. Durch die Ma terialkombination kann die dreidimensionale Magnetflussführung, die durch das SMC -Mate rial erreicht wird, selbst dann noch aufrechterhalten werden, wenn die Magnetausnutzung durch die erhöhte Flussdichte im Körper der Zähne wesentlich höher ist. Darüber hinaus ist durch die Verwendung der teureren SMC -Werkstoffe nur für die Flusssammel elemente auch eine entsprechende Reduktion der Herstellkosten des Stators erzielbar.

Zur weiteren Verbesserung zumindest einzelner dieser Effekte kann nach einer Ausführungs variante des Stators vorgesehen sein, dass die Zahnkörper aus Blechelementen aus komorien- tiertem Blech bestehen oder dieses umfassen. Gemäß einer Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen sein, dass die Flusssamm elelemente formschlüssig mit den jeweiligen Zahnkörpern verbunden sind. Durch die Form schlüssigkeit der Verbindung kann die Montage der Flusssammelelementen auf den Zahnkör- pem vereinfacht und deren Halterung auf den Zahnkörpern verbessert werden.

Bevorzugt werden gemäß einer weiteren Ausführungsvariante die Zahnkörper jeweils durch ein, gegebenenfalls gerolltes, Blechpaket gebildet, wodurch in den Zahnkörpem Wirbelstrom verluste vermieden werden können und eine höhere 2D-Flussdichte erreicht werden kann. Durch die Ausführung mit einem gerollten Blech kann der Stanzabfall bei der Herstellung des Stators reduziert werden. - 3 -

Es kann nach einer anderen Ausführungsvariante des Stators auch vorgesehen sein, dass die Statorzähne auf einem Rückschlusselement angeordnet sind, wo-bei das Rückschlusselement durch ein gerolltes Blech gebildet ist. Durch den gerollten Statorrückschluss kann der Stanz abfall im Vergleich zum„geschichteten“ Rückschluss reduziert werden. Es kann nach einer weiteren Ausführungsvariante des Stators vorgesehen werden, dass das Rückschlusselement und die Zahnkörper einstückig miteinander ausgebildet sind, womit ein besserer Kontakt zwischen Rückschlusselement und den Zahnkörpern erreicht werden kann. Zudem kann die Anzahl an Einzelteilen für die Montage des Stators reduziert werden. Es kann somit die gesamte Einheit aus dem Rückschlusselement und den Zahnkörpern aus einem einstückigen, gerolltem Blech hergestellt sein.

Zur Reduktion des notwendigen Maschinenraums und zur weiteren Vereinfachung der Mon tage können bei einer anderen Ausführungsvariante des Stators die Spulenwicklungen eine gesteckte konzentrierte Spulen Wicklungen sein. Es kann damit auch der Vorteil eines erhöh ten Füllfaktors in der Nut erreicht werden. Es ist aber auch möglich, dass die Spulenwicklungen gesteckte verteilte Spulenwicklungen sind, womit ebenfalls ein erhöhter Füllfaktor erreicht werden kann. Zudem kann damit eine Reduktion des Oberschwingungsanteils der induzierten Spannung erreicht werden.

Nach einer Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen werden, dass das Blechpaket aus mehreren Einzelblechpaketen zusammengesetzt wird. Bei einer weiteren Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen sein, dass das Blechpa ket oder die Blechpakete Blechlamellen aufweist/aufweisen, die miteinander verbunden sind. Durch die Verbindung der Blechlamellen kann das maschinelle Handling der Blechpakete verbessert werden.

Bevorzugt werden die Blechlamellen kurzschlussfrei miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verklebt oder mit einem Backlack verbacken. Es ist aber auch möglich, dass die Blechlammen miteinander verschweißt, insbesondere punktverschweißt, verstemmt oder ver klemmt sind. - 4 -

Das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement und den Zahnkörpern kann bei ei ner anderen Ausführungsvariante des Stators über Stanzlöcher fixiert sein. Mit dieser Ausfüh rungsvariante kann der Stator erhöhten mechanischen Anforderungen (z.B. Vibrationen) bes ser ausgesetzt werden. Darüber hinaus kann damit auf teure Klebe- oder Vergussprozesse ver- zichtet werden.

Gemäß einer Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen sein, dass das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement und den Zahnkörpern axial in eine Statorgehäuse geschraubt ist, womit eine einfache und ebenfalls kostenreduzierende Ausführungsvariante des Stators erreicht werden kann. Der Stator kann bis zu einem hohen Grad vorgefertigt wer- den und dann zerlegbar montiert werden. Diese Ausführungsvariante ist insbesondere für große Axialflussmaschinen von Vorteil.

Nach anderen Ausführungsvarianten des Stators kann vorgesehen sein, dass unter den Wi ckelköpfen auf der dem Luftspalt abgewandten Seite Freiräume ausgebildet sind, in denen zu mindest ein Kühlelement und/oder eine Verschaltung der Spulenwicklungen und/oder zumin- dest ein Befestigungselement angeordnet ist, wodurch der Maschinenraum der Axialflussma schine reduziert werden kann. Zudem kann damit die Kühlung sehr nahe an der Wärmequelle angeordnet werden, womit die Effizienz der Kühlung verbessert werden kann.

Nach einer anderen Ausführungsvariante des Stators kann auch vorgesehen werden, dass zwi schen Verbindungsstellen zweier angrenzender Blechpakete eine elektrische Isolierung ange- ordnet ist, wodurch Wirbelströme besser verhindert werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Axialflussmaschine weist diese zur Erhö hung der Leistungsdichte zwei Statoren auf, wobei zwischen den beiden Statoren in der Axi alrichtung ein Rotor angeordnet ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante einer Axialflussmaschine;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsvariante einer Axialflussmaschine; - 5 -

Fig. 3 einen Stator in Schrägansicht vom Luftspalt gesehen und mit teilweise entfernten

Flusssammelelementen;

Fig. 4 eine erste Ausführungsvariante eines Flusssammelelementes in Schrägansicht;

Fig. 5 eine Ausführungsvariante eines Stators in Schrägansicht vom Luftspalt gesehen und mit teilweise entfernten Flusssammelelementen;

Fig. 6 eine zweite Ausführungsvariante eines Flusssammelelementes in Schrägansicht;

Fig. 7 ein gerolltes Rückschlusselement in Schrägansicht;

Fig. 8 einen Ausschnitt aus einem einstückig mit den Zahnkörpern der Statorzähne aus gebildeten gerollten Rückschlusselement;

Fig. 9 ein Detail von Ausführungsvarianten des Stators;

Fig. 10 ein Detail einer anderen Ausführungsvariante des Stators.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei- che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Axialflussmaschine 1 umfassend, zumindest einen Stator 2 und zumindest einen Rotor 3. Die Axialflussmaschine 1 kann beispielsweise zwei Rotoren 3 aufweisen, zwischen denen der Stator 2 angeordnet ist. Es ist aber auch die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsvariante mit nur einem Stator 2 und nur einem Rotor 3 möglich.

Auf dem Rotor 3 bzw. den Rotoren 3 sind Magnete 4, beispielsweise Permanentmagnete, an geordnet. Der zumindest eine Stator 2 und der zumindest eine Rotor 3 können in einem fakul- tativ vorhandenen Gehäuse 5 angeordnet sein, wie dies in Fig. 1 strichliert angedeutet ist.

Es können auch mehrere Statoren 3 angeordnet sein. In diesem Fall sind vorzugsweise alle Statoren 3 gleich ausgebildet, sodass die folgenden Ausführungen auch auf die gegebenenfalls 6

weiter vorhandenen Statoren 3 angewandt werden können. Beispielsweise zeigt die Fig. 2 eine Ausführungsvariante der Axialflussmaschine 1, bei der nur ein Rotor 3 angeordnet ist. Der Rotor 3 ist - in der Axialrichtung betrachtet - zwischen zwei Statoren 2 angeordnet, die entsprechend der Erfindung ausgebildet sind. Der Rotor 3 ist beidseitig mit mehreren Magne- ten 4 (Permanentmagnete) bestückt. Die beiden Statoren 2 sind so angeordnet, dass Flusssam melelemente 6 jeweils auf der vom Rotor 3 abgewandten Seite des Stators 2, also außen, an geordnet sind.

Die Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsvariante des Stators 2 für die Axialflussmaschine 1. Der Stator 2 weist mehrere Statorzähne 7 auf. Die Statorzähne 7 weisen jeweils einen Zahn- körper 8 auf. Weiter weisen die Statorzähne 7 in einer Axialrichtung 9 gegenüberliegende Endabschnitte auf, die einen Zahnkopf und einen Zahnfuß bilden. Die Statorzähne 7 sind je weils mit einer Spulenwicklung 10 (in Fig. 3 nur schematisch angedeutet) umwickelt. Die Zahnkörper 8 liegen in der Axialrichtung 7 an einem, insbesondere plattenförmigen, Rück schlusselement 11 auf oder sind zumindest teilweise in das Rückschlusselement 11 einge- steckt, wozu dieses entsprechende Ausnehmungen aufweisen kann, in denen die Zahnkörper 8 bevorzugt formschlüssig aufgenommen sind. Das Rückschlusselement 11 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet.

Zumindest zwischen der Spulenwicklung 10 und dem Zahnkörper 8 ist eine nicht weiter dar gestellte elektrische Isolierung angeordnet. Die Anzahl der in den Figuren dargestellten Statorzähne 7 ist nicht einschränkend zu verste hen. Vielmehr richtet sich deren Anzahl nach den jeweiligen Gegebenheiten in der Verwen dung des Stators 2 bzw. der Axialflussmaschine 1 bzw. deren gewünschte Leistungsmerk male.

Die Statorzähne 7 sind gleichmäßig verteilt über den Umfang des Stators 2 angeordnet. Insbe- sondere weisen in Richtung der Axialrichtung 9 betrachtet eine zumindest annähernd trapez förmigen Querschnittsfläche auf.

In Fig. 3 ist ein Flusssammelelement 6 entfernt worden, um eine bessere Einsicht auf die Statorzähne 7 zu ermöglichen. - 7 -

Das, insbesondere ringförmige und bevorzugt plattenförmige Rückschlusselement 11 des Sta tors 2 kann aus einem hierfür üblichen Werkstoff bestehen.

Die Flusssammelelemente 6 (auch als Polschuhe bezeichenbar) bestehen aus einem sognann ten SMC-Werkstoff (Soft Magnetic Composite). Sie werden bevorzugt pulvermetallurgisch hergestellt und ermöglicht eine verlustarme dreidimensionale Magnetfluss-Führung. Da derar tige pulvermetallurgische Verfahren an sich bekannt sind, erübrigen sich weitere Ausführun gen dazu.

SMC-Werkstoffe sind seit langem bekannt. Es handelt sich um Pulver aus weichmagneti schem Material, deren Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen ist. Diese Pulver werden durch Pressen zu weichmagnetischen Bauteilen konsolidiert. Das SMC- Pulver weist Partikel auf, die einen Kern umfassen, der von einer Isolierschicht oder mehreren Isolierschichten umgeben ist, bzw. besteht aus dem Kern und der zumindest einen Isolier schicht. Gegebenenfalls kann außen auf der Isolierschicht noch eine Binderschicht aufge bracht sein, mit der die einzelnen Partikel miteinander verbunden werden können. Der Kern der SMC -Pulver Partikel kann Reineisen aufweisen bzw. daraus bestehen. Es sind aber auch andere magnetisierbare Werkstoffe bzw. Legierungen als Kern einsetzbar, wie z.B. Eisenlegierungen, die üblicherweise für die Herstellung von Elektroblechen verwendet wer den.

Dieser Kern ist vollständig von der zumindest einen Isolierschicht umgeben. Die zumindest eine Isolierschicht kann organischer, z.B. ein Silikonlack, oder metall-organischer oder anor ganischer Natur sein, z.B. eine Oxidschicht, eine Silikat-schicht, eine Phosphatschicht. Im Fall von mehreren Isolierschichten können diese auch aus unterschiedlichen Werkstoffen be stehen, beispielsweise ausgewählt aus den genannten Werkstoffen.

Die Isolierschicht kann bzw. die Isolierschichten können eine mittlere Schichtdicke (arithme- tisches Mittel aus zumindest zehn Einzelwerten) zwischen 0,01 pm und 800 gm aufweisen.

Die gegebenenfalls vorhandene Binderschicht kann eine Polymerschicht sein, z.B. PTFE, Wachs, etc.

Prinzipiell ist dieser Aufbau von SMC -Pulvern ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, sodass sich weitere Ausführungen dazu erübrigen. 8

Der SMC -Werkstoff wird bei dem Stator 2 ausschließlich für die Flusssammelelemente 6 ein gesetzt.

Die Zahnkörper 8 der Statorzähne 7 sind hingegen aus einem zum SMC -Werkstoff unter schiedlichen eisenbasierten Werkstoff gebildet bzw. umfassen diesen. Beispielsweise kann ein Elektroblech verwendet werden, wie es für elektrische Maschinen und Magnetkreise mit wechselnden Magnetfeldern bekannterweise eingesetzt wird.

Zur Anordnung der Flusssammelelemente 6 auf den Zahnkörpern 8 weisen diese bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante jeweils eine Vertiefung 12 bzw. Ausnehmung auf. Die Flusssammelelemente 6 weisen hingegen einen Vorsprung 13 auf, wie dies aus Fig. 4 zu ersehen ist. Der Vorsprung 13 kann eine Höhe aufweisen, die zwischen 5 % und 100 % einer Gesamthöhe 15 des Flusssammel elementes 6 in gleicher Richtung beträgt.

Die Flusssammelelemente 6 werden so auf den Zahnkörpern 8 angeordnet, dass die Vor sprünge 13 der Flusssammelelemente 6 von den Vertiefungen 12 in den Zahnkörpern 8 aufge nommen sind. Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, ist auch die umgekehrte Ausbildung möglich. Die

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante des Stators 2, wobei wiederum ein Flusssammelelement 6 entfernt wurde, um einen besseren Einblick auf den Zahnkörper 8 zu haben. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, weist der Zahnkörper 8 eine Erhebung 16 auf. Dementsprechend weist das Flusssammel element 6 eine Ausnehmung 17 auf, die insbesondere als Durchbruch durch das Flusssammel element 6 ausgebildet ist, wie dies aus Fig. 6 zu ersehen ist. Die Erhebungen 16 der Zahnkörper 8 können eine Höhe 18 aufweisen, die zwischen 5 % und 100 % der Gesamt höhe 15 des Flusssammel elementes 6 entspricht.

Die Flusssammelelemente 6 werden so auf den Zahnkörpern 8 angeordnet, dass deren Erhe bungen 16 von den Ausnehmungen 17 in den Flusssammel elementen 6 aufgenommen sind. Bei beiden beschriebenen Ausführungsvarianten des Stators 2 weisen die Flusssammelele mente 6 in Draufsicht betrachtet eine zumindest annähernd kreisbogensegmentförmige Form auf. Sie können aber auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise trapezförmig ausgebil det sein. - 9 -

Weiter ist bei beiden beschriebenen Ausführungsvarianten des Stators 2 auf den Zahnkörpern 8 zumindest eine Auflagefläche 19 vorgesehen, auf der die Flusssammel elemente 6 aufliegen. Die Flusssammelelemente 6 weisen nämlich - wieder in Draufsicht betrachtet - eine größere Fläche auf, als die Zahnkörper 8. Weiter ist bevorzugt, wenn die Flusssammelelement 6 aus- schließlich auf diesen Auflageflächen 19 auf den Zahnkörpern 8 aufliegen. Die geometrischen Dimensionen der Vertiefungen 12 bzw. Erhebungen 16 der Zahnkörper 8 sind dementspre chend an die geometrischen Dimensionen der Vorsprünge 13 bzw. der Ausnehmungen 17 der Flusssammelelemente 6 angepasst, um dies zu ermöglichen. Dabei können diese Auflageflä chen 19 nur an einer Seite der Zahnkörper 8, also beispielsweise nur radial innen oder radial außen, oder an mehreren Seiten, beispielsweise radial innen und radial außen, ausgebildet.

Bevorzugt sind die Auflageflächen 19 umlaufend um die Zahnkörper 8 ausgebildet (in Drauf sicht auf die Zahnkörper 8 von Richtung des Luftspaltes aus betrachtet). Eine Breite 20 dieser Auflageflächen 19 kann ausgewählt sein aus einem Bereich von 5 % bis 30 % einer radial äu ßeren Länge 21 des Kreisbogensegments der Zahnkörper 8 in einer Umfangsrichtung 22. Die Auflageflächen 19 sind also im Wesentlichen streifenförmig bzw. im Fall einer umlaufenden Auflagefläche 19 im Wesentlichen rahmenförmig ausgebildet.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Zahnkörper 8 den von den Spulenwick lungen 10 jeweils umschlossenen Raum bevorzugt zu zumindest 90 %, insbesondere zwi schen 90 % und 100 %, ausfüllen. Die Zahnkörper 8 sind keine Hohlkörper. Nach einer anderen, nicht dargestellten, Ausführungsvariante des Stators 2 besteht aber auch die Möglichkeit, dass die die Endflächen der Zahnkörper 8 vollflächig mit den Flusssamm elelementen 6 bedeckt und mit diesen verbunden sind. Die Zahnkörper 8 können bei dieser Ausführungsvariante frei von Vertiefungen 12 bzw. Erhebungen 16 und die Flusssammelele mente 6 frei von Ausnehmungen 17 der Flusssammel elemente 6 sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Stators 2 kann vorgesehen sein, dass die

Flusssammel elemente 6 formschlüssig mit dem jeweiligen Zahnkörper 8 verbunden sind, wie dies die Fig. 5 zeigt und die Fig. 3 strichliert andeutet. Um dies zu erreichen, können die For men und geometrischen Dimensionen der Vertiefungen 12 bzw. Erhebungen 16 der Zahnkör per 8 dementsprechend an die Formen und geometrischen Dimensionen der Vorsprünge 13 bzw. der Ausnehmungen 17 der Flusssammelelemente 6 angepasst sein. 10

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Stators 2 kann vorgesehen sein, dass die Zahnkörper 8 zur Gänze durch ein Blechpaket aus mehreren Blechlamellen 23 gebildet ist, wie dies aus Fig. 8 zu ersehen ist. Es können dazu bekannt Elektrobleche verwendet werden, also beispielsweise nicht orientierte magnetische Stahlbleche. Zur Leistungssteigerung kön- nen gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kornorientierte magnetische (Stahl-)Bleche eingesetzt werden. Kornorientierte Bleche an sich sind aus dem Stand der Technik bekannt, sodass darauf verwiesen sei. Die kristallographische Orientierung dieser Bleche ist bei An wendung für die Statorzähne 6 in axialer Richtung ausgebildet.

Die Blechlamellen 23 haben vorzugsweise eine Dicke ausgewählt aus einem Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm. Eine Breite und eine Länge der Bleche zur Herstellung der Blechlamellen 23 ist üblicherweise deutlich größer als deren Dicke.

Die Blechlamellen 23 sind senkrecht auf das Rückschlusselement 11 verlaufend angeordnet. Sie sind also stehend angeordnet, wie dies aus den Fig. 8 ersichtlich ist. Weiter ist die durch die Länge und Breite definierte Fläche der Blechlamellen 23 vorzugsweise senkrecht stehend auf eine Radialrichtung 24 durch den Statorzahn 7 orientiert im Statorzahn 7 bzw. im Stator 2 angeordnet, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Die seitlichen Stirnflächen der Bleche 15 weisen also annähernd in die Umfangsrichtung 22 des Stators 2. Mit„annähernd“ ist dabei gemeint, dass die ringförmige Ausbildung des Stators 2 zu berücksichtigen ist.

Gemäß einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Blechpaket aus einem ge- rollten Blech hergestellt ist. Dazu wird ein Blech auf einen Dom aufgewickelt.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Begriffe„gewickelt“ und„gerollt“ in Hinblick auf ein aus einem Metallband hegestelltes Blechpakte synonym verwendet werden.

Durch das Wickeln des Metallbandes entsteht ein Blechpaket bestehend aus den in radialer Richtung übereinander angeordneten Blechlamellen 23 (unmittelbar nach dem Wickeln sind die Blechlamellen aufgrund des Bandwickelns noch zusammenhängend). Zur besseren Hand habung des gewickelten Blechpaketes, können die Blechlamellen 23 miteinander verbunden werden. Die Verbindung kann beispielsweise durch Stanzpaketieren, Verstemmen der Blech lamellen miteinander, allgemein durch Verklemmen der Blechlamellen miteinander, etc., er folgen. Neben dieser Art der Verbindung können die Blechlamellen 23 aber auch ausschließ- lieh aufgrund der Reibung zwischen den Blechlamellen 23 verbunden sein. Dazu kann das 11

Metallband unter Zug gewickelt werden. Zusätzlich zu den formschlüssigen bzw. kraftschlüs sigen Verbindungsarten können die Blechlamellen 23 auch stoffschlüssig verbunden sein, bei spielsweise durch Punktschweißen, Kleben, Backen, etc.. Zum Backen wird auf das Metall band ein sogenannter Backlack zumindest einseitig aufgetragen und danach die Verbindung bei erhöhter Temperatur über den Lack hergestellt werden. Der Lack kann dabei gleichzeitig eine elektrische Isolierung zwischen den Blechlamellen 23 bilden. Generell ist es aber auch möglich, zwischen den Blechlamellen 23 eine elektrische Isolierung anzuordnen, beispiels weise in Streifenform, wobei der Streifen mit dem Metallband mitgewickelt werden kann.

Die entsprechende Form der Blechpakete für die Zahnkörper kann aus den gerollten Blechpa- keten nach einem üblichen Trennverfahren hergestellt werden.

Die Ausführungen zur Verbindung der Blechlamellen 23 miteinander und zur Isolierung ge geneinander können im Rahmen dieser Beschreibung generell auf genannte Blechpakete an gewandt werden. Weiter können diese Ausführungen auch auf die Verbindung der Zahnkör per 8 mit dem jeweiligen Flusssammelelement 6 angewandt werden, sodass also die Fluss- sammelelemente 6 zusätzlich oder alternativ zu voranstehend genannter formschlüssigen Ver bindung auch stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit den Zahnkörpern 8 verbunden wer den können.

Neben der gerollten Variante zur Herstellung der Blechpakete können diese auch durch Stan zen oder Schneiden der Einzellamellen aus einem größeren Blech hergestellt sein. Das (ringförmige) Rückschlusselement 11 kann als kompakte Platte ausgeführt sein. Nach ei ner Ausführungsvariante des Stators 2, die in Fig. 7 dargestellt ist, kann vorgesehen sein, dass das Rückschlusselement 11 als gerolltes Blech, d.h. als gerollter Blechstreifen 25 ausgeführt ist. Das Rückschlusselement 11 kann aus nur einem einzigen Blechstreifen 25 hergestellt sein.

Die Blechdicke des gerollten Blechstreifens 25 kann zwischen 0,05 mm und 0,5 mm betragen. Mit dieser Ausführungsvariante kann der Stanzabfall für die Herstellung des Rückschlussele mentes 11 deutlich reduziert bzw. beinahe eliminiert werden. Zudem kann auch ein anisotro per Werkstoff für das Rückschlusselement 11 eingesetzt werden, insbesondere um das Poten tial in Bezug auf Leistungsdichte und Wirkungsgrad besser ausnutzen zu können. Die Ver wendung eines isotropen Werkstoffes ist ebenfalls möglich. 12

Gemäß einer Ausführungsvariante des Stators 2 dazu kann vorgesehen sein, dass das Rück schlusselement 11 aus einem gerolltem, kornorientiertem Elektroblech gebildet ist, wobei die kristallographische Vorzugsrichtung in tangential Richtung ausgebildet ist.

Wie in Fig. 7 angedeutet, können die Statorzähne 7 einfach auf das Rückschlusselement 11 aufgesetzt (oder in eine entsprechende Nut in diesem eingesetzt) und damit verbunden, z.B. verklebt, sein.

Es ist möglich, dass für die Blechlamellen 23 und für das Rückschlusselement 11, d.h. insbe sondere den Blechstreifen 25, auch ein anisotroper Werkstoff verwendet wird. Die Verwen dung eines isotropen Werkstoffes ist ebenfalls möglich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Stators 2, die in Fig. 8 gezeigt ist, besteht die Möglichkeit, dass das Rückschlusselement 11 und die Zahnkörper 8 einstückig ausgebil det sind. Das Rückschlusselement 11 ist hier ebenfalls aus einem (einzigen) gerollten Blech streifen 25 hergestellt. In diesem Fall wird für das Rückschlusselement 11 und die Blechla mellen 23 der Zahnkörper 8 insbesondere ein isotroper Werkstoff verwendet. Der Blechstrei- fen 25 weist in diesem Fall eine größere Breite auf, um nach dem Wickeln die Zahnkörper 8 aus den Blechpaket mit einem Trennverfahren, beispielsweise durch Stanzen oder Schneiden, hersteilen zu können.

In den Figuren sind sie Spulenwicklungen 10 als gesteckte konzentrierte Spulen Wicklungen 10 dargestellt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Spulenwicklungen 10 gesteckte verteilte Spulenwicklungen 10 sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Stators 2 kann vorgesehen sein, dass das ein stückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement 11 und den Zahnkörpem 8 axial in ein Statorgehäuse 26 geschraubt ist, wie dies aus Fig. 9 dargestellt ist.

Die Fig. 9 zeigt noch eine weitere Ausführungsvariante des Stators 2. Es besteht nämlich die Möglichkeit, das Blechpaket aus mehreren Einzelblechpakten 27, 28 zusammengesetzt ist. Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsvariante besteht das Blechpaket aus zwei Ein zelblechpaketen 27, 28, die sich insbesondere jeweils über 180 ° erstrecken. Das Blechpaket kann aber auch aus mehr als zwei Einzelblechpaketen 27, 28 zusammengesetzt werden, bei spielsweise drei, vier, fünf, sechs, acht, etc. - 13 -

Vorzugsweise verläuft die Teilungsebene des Blechpakets zur Ausbildung der Einzelblechpa kete 27, 28 durch Zahnkörper 8.

Anstelle der oder zusätzlich zu der axialen Verschraubung des Blechpakets aus dem Rück schlusselement 11 und den Zahnkörpern 8 kann auch eine radiale Fixierung bzw. Sicherung dieses Blechpakets erfolgen, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Dazu können ein oder mehrere Befestigungsmittel, wie beispielswiese Schrauben, Stäbe, Nieten, etc. durch Durchbrüche im Statorgehäuse 26 und im Blechpaket, beispielsweise im Rückschlusselement 11 und/oder in zumindest einzelnen Zahnkörpern 8 geführt sein. Die Durchbrüche im Blechpaket oder im Statorgehäuse 26 können auch als Blindlöcher ausgeführt sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Stators 2 kann vorgesehen sein, dass das ein stückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement und den Zahnkörpern über Stanzlöcher fi xiert ist.

Es ist weiter nach einer anderen Ausführungsvariante möglich, unter den Wickelköpfen auf der dem Luftspalt abgewandten Seite Freiräume auszubilden, in denen zumindest ein Kühlele- ment und/oder eine Verschaltung der Spulenwicklungen und/oder zumindest ein Befesti gungselement angeordnet ist.

Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass bei Rückschlusselement 11, das aus einem ge rolltem Blechpaket besteht, die Zahnköper 8 auch aus separaten Blechpaketen bestehen kön nen. Dabei ist bevorzugt, wenn alle Blechpakete, also das Blechpaket für das Rückschlussele- ment 11 und/oder die Blechpakete für die Zahnkörper 8 aus einem komorientierten Blechpa ket hergestellt sind.

Der Stator 2 nach der Erfindung kann beispielsweise in einer Traktionsmaschine für Kraft fahrzeuge oder Luftfahrzeuge eingesetzt werden.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Stators 2, wobei auch Details der gezeigten oder beschriebenen Ausführungsvariante oder auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind. So kann l.ein Stator 2 für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzähnen 7, die einen Zahnkörper 8 und ein Rückschlusselement 11 aufweisen, und der mehrere Spulenwicklungen 10 aufweist, eine - 14 - eigenständige Erfindung sein, wenn das Rückschlusselement 11 aus einem gerollten Blechpa ket besteht, in dem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zahnkörper 8 der

Statorzähne 7 angeordnet sind. Selbstverständlich kann diese Erfindung auch mit den weite ren in der Beschreibung genannten Ausführungsvarianten des Stators 2 kombiniert werden, insbesondere mit jenen in den Ansprüchen niedergeschriebenen Ausführungsvarianten des Stators 2.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Axialflussmaschine 1, des Stators 2 bzw. des Statorzahns 7 diese nicht zwin genderweise maßstäblich dargestellt sind.

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Bezugszeichenaufstellung

1 Axialflussmaschine

2 Stator

3 Rotor

4 Magnet

5 Gehäuse

6 Flusssammelelement

7 Statorzahn

8 Zahnkörper

9 Axialrichtung

10 Spulenwicklung

11 Rückschlusselement

12 Vertiefung

13 Vorsprung

14 Höhe

15 Gesamthöhe

16 Erhebung

17 Ausnehmung

18 Höhe

19 Auflagefläche

20 Breite

21 Länge

22 Umfangsrichtung

23 Blechlamelle

24 Radialrichtung

25 Blechstreifen

26 Statorgehäuse

27 Einzelblechpaket

28 Einzelblechpaket

Claims

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P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Stator (2) für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzäh nen (7), die einen Zahnkörper (8) und ein Rückschlusselement (11) aufweisen, und mit meh- reren Spulenwicklungen (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlusselement (11) aus einem gerollten Blechpaket besteht, in dem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zahnkörper (8) der Statorzähne (7) angeordnet sind oder welche die Zahnkörper (8) der Statorzähne (7) formen.

2. Stator (2) für eine Axialflussmaschine, umfassend eine Mehrzahl an Statorzäh- nen (7), die einen SMC -Werkstoff und einen Zahnkörper (8) aus einem zum SMC-Werkstoff unterschiedlichen, weichmagnetischen Werkstoff aufweisen, wobei der Zahnkopf ein Fluss sammelelement (6) aufweist, und mit mehreren Spulenwicklungen (10), dadurch gekenn zeichnet, dass ausschließlich die Flusssammelelemente (6) zumindest teilweise aus dem SMC-Werkstoff gebildet sind. 3. Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnkörper aus

Blechelementen aus kornorientiertem Blech bestehen oder dieses umfassen.

4. Stator (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusssam melelemente (6) formschlüssig mit den jeweiligen Zahnkörper (8) verbunden sind.

5. Stator (2) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnkörper (8) jeweils durch ein, gegebenenfalls gerolltes, Blechpaket gebildet sind.

6. Stator (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorzähne (8) auf einem Rückschlusselement (11) angeordnet sind, wobei das Rückschlus selement (11) durch ein gerolltes Blech gebildet ist.

7. Stator (2) nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rück- Schlusselement (11) einstückig mit den Zahnkörpern (8) ausgebildet ist. - 17 -

8. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklungen (10) gesteckte konzentrierte Spulenwicklungen (10) sind.

9. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklungen (10) gesteckte verteilte Spulenwicklungen (10) sind. 10. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das

Blechpaket aus mehreren Einzelblechpaketen (27, 28) zusammengesetzt ist.

11. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das

Blechpaket oder die Blechpakete miteinander verbundene Blechlamellen (23) aufweist/auf- weisen. 12. Stator (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechlamellen

(23) bereichsweise verschweißt oder verklebt oder mit einem Backlack verbacken oder ver- stemmt oder verklemmt sind.

13. Stator (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement (11) und den Zahnkörpern (8) axial in ein Statorgehäuse geschraubt ist.

14. Stator (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Blechpaket aus dem Rückschlusselement (11) und den Zahnkörpern (8) über Stanzlöcher fixiert ist.

15. Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass un- ter den Wickelköpfen auf der dem Luftspalt abgewandten Seite Freiräume ausgebildet sind, in denen zumindest ein Kühlelement und/oder eine Verschaltung der Spulenwicklungen und/o- der zumindest ein Befestigungselement angeordnet ist.

16. Stator (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Blechlamellen (23) eine elektrische Isolierung angeordnet ist. - 18 -

17. Axialflussmaschine (1) umfassend einen Stator (2) oder mehrere Statoren (2) und zumindest einen Rotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) oder die Statoren (2) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet ist oder sind.

18. Axialflussmaschine (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei Statoren (2) umfasst, wobei zwischen den beiden Statoren (2) in der Axialrichtung ein

Rotor (3) angeordnet ist.