DE102010026263A1 - Stator for permanent magnet synchronous machine utilized during driving motor car, has segment comprising tooth region for receiving coil, where main axis of region includes angle greater than zero degree and less than forty five degrees - Google Patents

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DE102010026263A1
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Dipl.-Ing. Merten Hans-Peter
Dipl.-Ing. Schweizer Ulrich
Tobias Buban
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Abstract

The stator (1) has a segment (2) comprising a yoke-forming floor area and a pole-forming tooth region for receiving a coil (9) of an electrical winding. A main inertia axis of the tooth region includes an angle with a cylinder axis (3) of the stator in axial direction, where the angle is greater than 0 degree and less than 45 degrees. The tooth region includes a tooth shaft and a tooth head, where the tooth shaft comprises parallelepipeds. The segment is formed from soft-magnetic composite material.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a stator of an electric machine according to the preamble of claim 1.

Die gattungsgemäße Schrift US 6049153 A1 zeigt einen Stator einer elektrischen Maschine, der über Einzelsegmente verfügt. Die elektrische Maschine ist als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet, die über einen Rotor mit Permanentmagneten verfügt. Zusammengesetzt ergeben die Einzelsegmente einen zylinderförmigen Stator, der durch einen Statorträger gehalten ist. Das Einzelsegment weist einen jochbildenden Fußbereich und einen polbildenden Zahnbereich auf, wobei eine Spule einer elektrischen Wicklung um den Zahnbereich herum angeordnet ist. Das Einzelsegment ist als Blechpaket ausgeformt, bei dem gleich geformte Blechschnitte in Form des Einzelsegmentes passgenau übereinander angeordnet und fest miteinander verbunden sind, was eine axiale Erstreckung des Einzelsegmentes erzeugt.The generic font US 6049153 A1 shows a stator of an electric machine, which has individual segments. The electric machine is designed as a permanent magnet synchronous machine, which has a rotor with permanent magnets. In combination, the individual segments provide a cylindrical stator, which is held by a stator. The single segment has a yoke-forming foot portion and a pole-forming tooth portion, with a coil of electrical winding disposed around the tooth portion. The single segment is formed as a laminated core, are arranged in the same shape sheet metal sections in the form of the single segment precisely over each other and firmly connected to each other, which produces an axial extension of the single segment.

Dem gegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Stator einer elektrischen Maschine vorzuschlagen, der ein geringes Rastmoment der elektrischen Maschine aufweist.On the other hand, it is the object of the invention to propose a stator of an electric machine having a low detent torque of the electric machine.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Stator einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention the object is achieved by a stator of an electric machine with the features of claim 1.

Erfindungsgemäß verfügt der Stator einer elektrischen Maschine über ein Einzelsegment, wobei das Einzelsegment einen jochbildenden Fußbereich und einen polbildenden Zahnbereich aufweist. Der polbildende Zahnbereich nimmt eine Spule einer elektrischen Wicklung auf und durchdringt einen Innenbereich der Spule, so dass Magnetfeldlinien, die durch einen Stromfluss in der Spule induziert sind, den polbildenden Zahnbereich durchdringen. Über den jochbildenden Fußbereich des Einzelsegmentes werden die Magnetfeldlinien weitergeführt.According to the invention, the stator of an electric machine has a single segment, the individual segment having a yoke-forming foot region and a pole-forming tooth region. The pole-forming tooth portion receives a coil of an electric coil and penetrates an inner portion of the coil so that magnetic field lines induced by a current flow in the coil penetrate the pole-forming tooth portion. The magnetic field lines are continued via the yoke-forming foot area of the individual segment.

Im zusammengesetzten Zustand der Einzelsegmente weist der Stator eine im Wesentlichen zylindrische Grundform auf, wobei eine Zylinderachse des Stators in eine axiale Richtung der elektrischen Maschine weist. Eine Hauptträgheitsachse des polbildenden Zahnbereiches schließt mit der Zylinderachse des Stators einen Winkel α ein, wobei der Winkel α > 0° und α < 45° ist. Ein Körper hat insgesamt drei Hauptträgheitsachsen, die senkrecht zueinander stehen, so dass die Hauptträgheitsachse die den Winkel α mit der Zylinderachse einschließt, die Hauptträgheitsachse ist, die einen kleinsten Winkel mit der Zylinderachse einschließt. Winkel die die anderen zwei Hauptträgheitsachsen mit der Zylinderachse einschließen sind größer als der Winkel α.In the assembled state of the individual segments, the stator has a substantially cylindrical basic shape, wherein a cylinder axis of the stator points in an axial direction of the electric machine. A principal axis of inertia of the pole-forming tooth portion encloses an angle α with the cylinder axis of the stator, the angle α> 0 ° and α <45 °. A body has a total of three principal axes of inertia which are perpendicular to one another such that the principal axis of inertia enclosing the angle α with the cylinder axis is the principal axis of inertia enclosing a smallest angle with the cylinder axis. Angles that include the other two principal axes of inertia with the cylinder axis are greater than the angle α.

Bei einer symmetrischen Körperform des polbildenden Zahnbereiches, fällt die Hauptträgheitsachse mit einer Symmetrieachse der Körperform zusammen. Insbesondere schließt die Hauptträgheitsachse mit dem kleinsten Trägheitsmoment den Winkel α mit der Zylinderachse ein, wobei der Winkel α > 0° und α < 45° ist. Die Hauptträgheitsachse mit dem kleinsten Trägheitsmoment des polbildenden Zahnbereiches weist in etwa in eine Richtung der größten Erstreckung der Körperform des polbildenden Zahnbereiches, so dass bei einem Stator mit Einzelsegmenten, dessen polbildender Zahnbereich eine große Erstreckung in axiale Richtung und eine kleine Erstreckung in radialer Richtung und eine kleine Erstreckung in Umfangsrichtung aufweist, die Hauptträgheitsachse mit dem kleinsten Trägheitsmoment in etwa auch in axiale Richtung weist aber erfindungsgemäß einen Winkel α > 0° mit der Zylinderachse in axiale Richtung einschließt.In a symmetrical body shape of the pole-forming tooth area, the main axis of inertia coincides with an axis of symmetry of the body shape. In particular, the main axis of inertia with the smallest moment of inertia encloses the angle α with the cylinder axis, the angle α> 0 ° and α <45 °. The principal inertia axis having the smallest moment of inertia of the pole-forming tooth portion has approximately in a direction of the largest extension of the body shape of the pole-forming tooth portion, so that in a stator with single segments, the polbildenden tooth portion has a large extent in the axial direction and a small extent in the radial direction and a has small extent in the circumferential direction, the main axis of inertia with the smallest moment of inertia in approximately also in the axial direction, but according to the invention has an angle α> 0 ° with the cylinder axis in the axial direction includes.

Insbesondere bei einer axialen Erstreckung des polbildenden Zahnbereiches, die wesentlich größer als eine Erstreckung des polbildenden Zahnbereiches in Umfangsrichtung ist der Winkel α > 0° und α < 30°.In particular, in the case of an axial extension of the pole-forming tooth area, which is substantially larger than an extension of the pole-forming tooth area in the circumferential direction, the angle α is> 0 ° and α <30 °.

Ein Stromfluss durch die elektrische Wicklung der Spule induziert ein Magnetfeld, welches im Inneren der Spule durch den polbildenden Zahnbereich fließt und die Querschnittsfläche in radialer Richtung des polbildenden Zahnbereiches hat. Das Magnetfeld der Spule im polbildenden Zahnbereich ist entsprechend der Querschnittsform des polbildenden Zahnbereiches in radialer Richtung entlang der Hauptträgheitsachse des polbildenden Zahnbereiches im Stator geschrägt, so dass die Magnetfelder des Stators mit den Permanentmagneten des Rotors nur ein geringes Rastmoment erzeugen. Das Rastmoment entsteht durch eine Wechselwirkung des Magnetfeldes des Stators mit dem Magnetfeld des Rotors, wobei eine gleichmäßige Drehgeschwindigkeit des Rotors gestört ist. Ein Winkel der Schrägung des Stators entspricht dem Winkel α zwischen der Hauptträgheitsachse und der Zylinderachse. Das geringe Rastmoment erhöht die Betriebsqualität der elektrischen Maschine, was insbesondere bei einer Verwendung der elektrischen Maschine als Traktionsmotor in einem Kraftfahrzeug den Fahrkomfort erhöht.A current flow through the electrical coil of the coil induces a magnetic field which flows inside the coil through the pole-forming tooth portion and has the cross-sectional area in the radial direction of the pole-forming tooth portion. The magnetic field of the coil in the pole-forming toothed area is beveled in the radial direction along the main axis of inertia of the pole-forming toothed area in the stator, so that the magnetic fields of the stator generate only a small cogging torque with the permanent magnets of the rotor. The cogging torque is caused by an interaction of the magnetic field of the stator with the magnetic field of the rotor, wherein a uniform rotational speed of the rotor is disturbed. An angle of the skew of the stator corresponds to the angle α between the main axis of inertia and the cylinder axis. The low cogging torque increases the operating quality of the electric machine, which increases driving comfort in particular when using the electric machine as a traction motor in a motor vehicle.

Insbesondere eine elektrische Maschine mit einem ungeschrägten Rotor verfügt durch einen erfindungsgemäß geschrägten Stator der elektrischen Maschine über ein geringes Rastmoment. Bei einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine mit einem ungeschrägten Rotor als permanenterregte Synchronmaschine, sind Permanentmagnete im Rotor in axiale Richtung angeordnet und weisen keinen Versatz in Umfangsrichtung auf, so dass der Rotor ungeschrägt ist. Ein Magnetfeld der Permanentmagnete des ungeschrägten Rotors ist entsprechend der Permanentmagnete in axiale Richtung orientiert und parallel zur Zylinderachse. Das Magnetfeld des Rotors und das Magnetfeld des Stators schließen so in axiale Richtung den Winkel α mit α > 0° ein.In particular, an electric machine with an unscrewed rotor has a low cogging torque by means of a stator of the electric machine that is bevelled according to the invention. In one embodiment of the electric machine with an unscrewed rotor as permanent magnet synchronous machine, permanent magnets are arranged in the rotor in the axial direction and have no offset in the circumferential direction, so that the rotor is unslashed. A magnetic field of Permanent magnets of the unswept rotor is oriented according to the permanent magnets in the axial direction and parallel to the cylinder axis. The magnetic field of the rotor and the magnetic field of the stator thus enclose in the axial direction the angle α with α> 0 °.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Stators einer elektrischen Maschine verfügt der polbildende Zahnbereich über einen Zahnschaft und einen Zahnkopf, wobei der Zahnschaft im Wesentlichen eine Form eines Parallelepipeden aufweist. Der polbildende Zahnbereich führt die Magnetfeldlinien der Spule, so dass die Magnetfeldlinien den Zahnschaft durchdringen und über den Zahnkopf in einen Luftspalt der elektrischen Maschine übertreten. Insbesondere weist der Zahnkopf eine größere Erstreckung in Umfangsrichtung auf als eine Erstreckung in Umfangsrichtung des Zahnschaftes.In an advantageous development of the stator of an electric machine, the pole-forming tooth region has a toothed shaft and a tooth head, wherein the toothed shaft has essentially a shape of a parallelepiped. The pole-forming tooth area guides the magnetic field lines of the coil, so that the magnetic field lines penetrate the toothed shaft and pass over the tooth head into an air gap of the electrical machine. In particular, the tooth head has a greater extent in the circumferential direction than an extension in the circumferential direction of the tooth shaft.

Ein Parallelepiped stellt eine einfach symmetrische Form mit ebenen Oberflächen dar, bei dem gegenüberliegenden Oberflächen eines Körpers parallel angeordnet sind. Durch die symmetrische Form des Parallelepipeden fallen die Hauptträgheitsachsen mit den Symmetrienachsen des Köpers zusammen, so dass eine ebene Oberfläche ebenfalls den Winkel α mit α > 0° mit der Zylinderachse einschließt. Der Winkel der Schrägung des Magnetfeldes ist bei der Form des Parallelepipedens durch den Winkel α zwischen der Oberfläche des Parallelepipeden und der Zylinderachse gegeben.A parallelepiped represents a simple symmetrical shape with flat surfaces in which opposing surfaces of a body are arranged in parallel. Due to the symmetrical shape of the parallelepipeds, the principal axes of inertia coincide with the symmetry axes of the body, so that a planar surface also encloses the angle α with α> 0 ° with the cylinder axis. The angle of the skew of the magnetic field is given in the shape of the parallelepiped by the angle α between the surface of the parallelepiped and the cylinder axis.

Insbesondere stellt ein Quader eine besondere Form eines Parallelepipedens dar, bei dem die ebenen Oberflächen einen Winkel von 90° einschließen. Bei einem geschrägten Zahnschaft mit einer Körperform eines Quader, ist der Quader um den Winkel α verdreht und die ebenen Oberflächen des Quaders schließen alle eine Winkel α mit einer Achse des Zylinders ein.In particular, a cuboid represents a particular form of parallelepiped in which the planar surfaces enclose an angle of 90 °. In a slanted toothed shaft with a body shape of a cuboid, the cuboid is rotated by the angle α and the flat surfaces of the cuboid all enclose an angle α with an axis of the cylinder.

Der zylindrischen Grundform des Stators wegen ist insbesondere eine Oberfläche des Zahnschaftes in axiale Richtung nicht geschrägt, so dass die Oberfläche parallel zum Statorquerschnitt in axialer Richtung ist. Der Zahnschaft weist eine Körperform eines Parallelepipeden auf, bei dem insbesondere zwei Oberflächen einen Winkel von 90° einschließen und die dritte Oberfläche nicht Senkrecht zu den anderen zwei Oberflächen steht, sondern senkrecht zur Zylinderachse steht.Because of the cylindrical basic shape of the stator, in particular, a surface of the toothed shaft is not skewed in the axial direction, so that the surface is parallel to the stator cross-section in the axial direction. The toothed shaft has a body shape of a parallelepiped, in which in particular two surfaces enclose an angle of 90 ° and the third surface is not perpendicular to the other two surfaces, but is perpendicular to the cylinder axis.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Stators einer elektrischen Maschine schließt eine Oberfläche des jochbildenden Fußbereiches des Einzelsegmentes in Umfangsrichtung mit der Zylinderachse den Winkel α mit α > 0 ein. Die Oberfläche des jochbildenden Fußbereiches in Umfangrichtung steht insbesondere teilweise mit einer Oberfläche eines benachbarten Einzelsegmentes in Kontakt, so dass im zusammengesetzten Stator die Einzelsegmente über die Oberflächen in Kontakte stehen und Magnetfeldlinien, die durch einen Stromfluss induziert sind, durch die Kontakte fließen.In an advantageous development of the stator of an electric machine, a surface of the yoke-forming foot region of the individual segment encloses the angle α with α> 0 in the circumferential direction with the cylinder axis. The surface of the yoke-forming foot region in the circumferential direction is in particular partially in contact with a surface of an adjacent individual segment, so that in the assembled stator the individual segments are in contact over the surfaces and magnetic field lines induced by a current flow flow through the contacts.

Insbesondere weisen beide Oberflächen des Fußbereiches in Umfangsrichtung den Winkel α mit α > 0 auf, so dass der Fußbereich die gleiche Schrägung aufweist wie der polbildende Zahnbereich. Durch die gleiche Schrägung des jochbildenden Fußbereiches und des polbildenden Zahnbereiches weist das Einzelsegment ebenfalls eine Schrägung um den Winkel α mit α > 0 auf.In particular, both surfaces of the foot region in the circumferential direction have the angle α with α> 0, so that the foot region has the same bevel as the pole-forming tooth region. Due to the same inclination of the yoke-forming foot region and of the pole-forming tooth region, the individual segment likewise has a skew around the angle α with α> 0.

Eine Schrägung des Einzelsegmentes, wobei Zahnbereich und Fußbereich gleich geschrägt sind, ist insbesondere bei Einzelsegmenten aus Blechpaketen von Vorteil, da Blechschnitte, aus denen das Blechpaket gebildet ist gleich geformt sind. Zu Herstellung eines geschrägten Einzelsegmentes aus einem Blechpaket ist nur eine Stanzform für die Blechschnitte notwendig, wobei jede Lage der Blechschnitte um den Winkel α mit α > 0 gegenüber der vorherigen verdreht ist.A skew of the single segment, wherein the tooth area and foot area are chamfered at the same time, is advantageous, in particular for individual segments of laminated cores, since sheet metal sections from which the laminated core is formed are of the same shape. To produce a slanted single segment from a laminated core, only one punching die is required for the sheet metal sections, each layer of the sheet metal sections being rotated by the angle α with α> 0 relative to the previous one.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Stators einer elektrischen Maschine ist das Einzelsegment im Wesentlichen aus weichmagnetischem Verbundstoff gebildet. Weichmagnetische Verbundstoffe, sogenannte Soft Magnetic Composite (SMC), verfügen über ferromagnetische Pulverpartikel, die durch einem pulvermetallurgischen Arbeitsgang verdichtet sind. Die ferromagnetischen Pulverpartikel selbst sind elektrisch voneinander isoliert, so dass im Einzelsegment nur ein geringer Wirbelstromverlust auftritt. Die Pulverpartikel lassen sich zu beliebigen Formen verdichten, so dass durch eine Verwendung von weichmagnetischen Verbundstoffen ein geschrägter, polbildender Zahnbereich des Einzelsegmentes einfach erzeugbar ist. Auch geschrägte Einzelsegmente sind aus weichmagnetischen Verbundstoffen einfach herstellbar.In an advantageous embodiment of the stator of an electrical machine, the single segment is formed essentially of soft magnetic composite material. Soft Magnetic Composites (SMC) have ferromagnetic powder particles compacted by a powder metallurgy operation. The ferromagnetic powder particles themselves are electrically isolated from each other, so that only a small eddy current loss occurs in the single segment. The powder particles can be densified to any shape, so that by using soft magnetic composites a slanted, pol-forming tooth region of the single segment is easy to produce. Even slanted individual segments are easily produced from soft magnetic composites.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Stators einer elektrischen Maschine sind alle Einzelsegmente identisch ausgeformt. Weisen alle Einzelsegmente eine gleiche Ausformung auf, ist die Produktion erleichtert, da nur eine Form des Einzelsegmentes hergestellt werden muss und die Position eines Einzelsegmentes innerhalb des Ringes unbestimmt ist. Somit ist beim Zusammenfügen des Statorringes auch nicht auf die Position und Reihenfolge des jeweiligen Einzelsegmentes zu achten.In an advantageous development of the stator of an electrical machine, all individual segments are formed identically. If all the individual segments have the same shape, the production is facilitated since only one shape of the single segment has to be produced and the position of a single segment within the ring is indefinite. Thus, when assembling the stator ring is not to pay attention to the position and order of the respective individual segment.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further embodiments of the invention will become apparent from the description and the drawings. Embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to the following embodiments. Showing:

1 eine schematische Ansicht eines zusammengebauten Stators mit Statorträger, 1 a schematic view of an assembled stator with stator,

2 eine schematische Ansicht eines Querschnittes eines Stators mit Einzelsegmenten, 2 a schematic view of a cross section of a stator with individual segments,

3 eine schematische Ansicht eines Einzelsegmentes des Stators mit geschrägtem polbildenden Zahnbereich und 3 a schematic view of a single segment of the stator with a slanted polbildenden tooth area and

4 eine schematische Ansicht eines geschrägten Einzelsegmentes des Stators. 4 a schematic view of a slanted single segment of the stator.

Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines zusammengebauten Stators 1 mit einem Statorträger 10 und elektrischen Wicklungen. Der Stator 1 ist für eine elektrische Maschine mit Innenläufer ausgelegt und hat eine zylindrische Grundform, wobei der Statorträger 10 den Stator 1 in radialer Richtung außen umgibt. Der zylinderförmige Stator 1 weist eine Zylinderachse 3 auf, die einer Rotationsachse des Rotors entspricht und in axialer Richtung weist. Der Stator 1 verfügt über Einzelsegmente 2, die in 2 und 3 näher beschrieben werden. Das Einzelsegment 2 weist eine Spule 9 einer elektrischen Wicklung auf, die sich als Einzelwicklung um einen in 1 nicht sichtbaren polbildenden Zahnbereich des Einzelsegmentes 2 windet. Als Stator für eine elektrische Innenläufer-Maschine ist der Zahnbereich in radialer Richtung innerhalb eines in 1 nicht sichtbaren jochbildenden Fußbereiches des Einzelsegmentes 2 angeordnet. Der Zahnbereich verfügt über einen Zahnkopf 5b, der in radialer Richtung am inneren Ende des Zahnbereiches angeordnet ist und mit einem Rotor einen Luftspalt einer elektrischen Maschine bildet.The 1 shows a schematic view of an assembled stator 1 with a stator carrier 10 and electrical windings. The stator 1 is designed for an electric machine with internal rotor and has a cylindrical basic shape, wherein the stator 10 the stator 1 surrounds in the radial direction on the outside. The cylindrical stator 1 has a cylinder axis 3 on, which corresponds to an axis of rotation of the rotor and points in the axial direction. The stator 1 has individual segments 2 , in the 2 and 3 be described in more detail. The single segment 2 has a coil 9 an electric winding, which turns as a single winding around a in 1 invisible pole-forming tooth area of the single segment 2 winds. As a stator for an electric internal rotor machine, the tooth area is in the radial direction within an in 1 invisible yoke-forming foot area of the individual segment 2 arranged. The tooth area has a tooth tip 5b which is arranged in the radial direction at the inner end of the toothed area and forms with a rotor an air gap of an electric machine.

2 zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnittes des Stators 1 aus 1, wobei nur der Stator 1 aus Einzelsegmenten 2 dargestellt ist. Der Querschnitt des Stators 1 weist eine kreisförmige Außenlinie 11 mit Mittelpunk auf der Zylinderachse 3 auf. Der Stator 1 ist aus Einzelsegmenten 2 aufgebaut, wobei das Einzelsegment 2 über einen jochbildenden Fußbereich 4 und einen polbildenden Zahnbereich 5 verfügt. Der Zahnbereich 5 ist in radialer Richtung innerhalb des Fußbereiches 4 angeordnet und eine in radiale Richtung äußere Oberfläche 11 des Einzelsegmentes 2 bildet die Außenlinie des dargestellten Querschnittes. Der Zahnbereich 5 weist einen Zahnschaft 5a und einen Zahnkopf 5b auf, wobei der Zahnkopf 5b in radialer Richtung am inneren Ende des Zahnbereiches 5 angeordnet ist und der Zahnschaft 5a den Zahnkopf 5b mit dem Fußbereich 4 verbindet. Eine maximale Erstreckung des Zahnkopfes 5b in Umfangsrichtung ist größer als eine maximale Erstreckung des Zahnschaftes 5a in Umfangsrichtung. 2 shows a schematic view of a cross section of the stator 1 out 1 where only the stator 1 from individual segments 2 is shown. The cross section of the stator 1 has a circular outline 11 with center point on the cylinder axis 3 on. The stator 1 is made up of individual segments 2 built, with the single segment 2 over a yoke-forming foot area 4 and a pole forming tooth area 5 features. The tooth area 5 is in the radial direction within the foot area 4 arranged and a radially outer surface 11 of the single segment 2 forms the outline of the illustrated cross-section. The tooth area 5 has a toothed shaft 5a and a tooth head 5b on, with the tooth head 5b in the radial direction at the inner end of the tooth area 5 is arranged and the toothed shaft 5a the tooth head 5b with the foot area 4 combines. A maximum extension of the tooth head 5b in the circumferential direction is greater than a maximum extension of the toothed shaft 5a in the circumferential direction.

Der Zahnbereich 5 weist eine Hauptträgheitsachse 6 auf, die in 3 näher beschrieben ist. Die Einzelsegmente 2 des Stators 1 sind alle gleich ausgebildet, so dass der Stator 1 eine Rotationssymmetrie aufweist und die Beschreibung des Einzelsegmentes 2 für alle gültig ist. Der Fußbereich 4 des Einzelsegmentes 2 weist in Umfangsrichtung eine Oberfläche 7 auf, über die zwei benachbarte Einzelsegment 2 in Kontakt stehen. Bei einem, von einem Stromfluss durch die elektrische Wicklung induzierten, Magnetfeld fließen die Magnetfeldlinien über einen Kontakt der Oberfläche 7 zweier benachbarter Einzelsegmente 2 durch den jochbildenden Fußbereich 4, den polbildenden Zahnbereich 5 entlang des Zahnschaftes 5a und über den Zahnkopf 5b in den Luftspalt der elektrischen Maschine um mit einem Rotor Wechsel zu wirken.The tooth area 5 has a main axis of inertia 6 on that in 3 is described in more detail. The individual segments 2 of the stator 1 all are the same, so the stator 1 has a rotational symmetry and the description of the single segment 2 is valid for everyone. The foot area 4 of the single segment 2 has a surface in the circumferential direction 7 on, over the two adjacent single segment 2 stay in contact. In a magnetic field induced by a current flow through the electrical winding, the magnetic field lines flow via contact of the surface 7 two adjacent individual segments 2 through the yoke-forming foot area 4 , the pole-forming tooth area 5 along the tooth shaft 5a and over the tooth head 5b in the air gap of the electric machine to interact with a rotor change.

3 zeigt eine schematische Ansicht eines Einzelsegmentes 2 des Stators 1 mit geschrägtem polbildenden Zahnbereich 5. Das Einzelsegment 2 weist den jochbildenden Fußbereich 4 und den polbildenden Zahnbereich 5 auf. Der Fußbereich 4 verfügt über eine ebene Oberfläche 8 in axialer Richtung und über eine Oberfläche 7 in Umfangsrichtung. Über die Oberfläche 7 steht das Einzelsegment 2 im zusammengebauten Zustand des Stators 1 in Kontakt mit einem benachbarten Einzelsegment. Die Oberfläche 8 steht senkrecht zur Zylinderachse 3 und die Oberfläche 7 ist parallel zur Zylinderachse 3, so dass die Oberfläche 7 und die Oberfläche 8 senkrecht zu einander stehen. Eine Anordnung in radialer Richtung des Fußbereiches 4, des Zahnbereiches 5, des Zahnschaftes 5a und des Zahnkopfes 5b ist in 2 beschrieben. Der Zahnschaft 5a weist die Form eines Parallelepipeden auf, so dass ein Querschnitt des Zahnschaftes 5a in radialer Richtung die Form eines Parallelogramms hat. Eine ebene Oberfläche 8a des Zahnbereiches 5 in axiale Richtung steht senkrecht zur Zylinderachse 3. 3 shows a schematic view of a single segment 2 of the stator 1 with beveled pole-forming tooth area 5 , The single segment 2 has the yoke-forming footer 4 and the pole forming tooth area 5 on. The foot area 4 has a flat surface 8th in the axial direction and over a surface 7 in the circumferential direction. About the surface 7 stands the single segment 2 in the assembled state of the stator 1 in contact with an adjacent single segment. The surface 8th is perpendicular to the cylinder axis 3 and the surface 7 is parallel to the cylinder axis 3 so that the surface 7 and the surface 8th stand perpendicular to each other. An arrangement in the radial direction of the foot area 4 , the tooth area 5 , the tooth stem 5a and the tooth head 5b is in 2 described. The tooth shaft 5a has the shape of a parallelepiped, so that a cross section of the toothed shaft 5a in the radial direction has the shape of a parallelogram. A flat surface 8a of the tooth area 5 in the axial direction is perpendicular to the cylinder axis 3 ,

Der Zahnbereich 5 weist eine Hauptträgheitsachse 6 auf, die mit der Zylinderachse 3 einen Winkel α, mit α > 0° einschließt. Durch die im Wesentlichen symmetrische Ausführung des Zahnbereiches 5 fällt die Hauptträgheitsachse 6 mit einer Symmetrieachse zusammen und ist parallel zu einer ebenen Oberfläche 7a des Zahnschaftes 5a in Umfangsrichtung. Die Oberfläche 7a schließt mit der Zylinderachse 3 so ebenfalls den Winkel α mit α > 0° ein. Eine Erstreckung des Zahnbereiches 5 in axiale Richtung ist wesentlich größer als eine Erstreckung des Zahnbereiches 5 in radialer Richtung und in Umfangsrichtung. Ein Trägheitsmoment zur Hauptträgheitsachse 6 ist so kleiner als andere Trägheitsmomente, so dass man bei der Hauptträgheitsachse 6 von der sogenannten dritten Hauptträgheitsachse spricht. Durch den Winkel α mit α > 0° zwischen der Hauptträgheitsachse 6 des Zahnbereiches 5 und der Zylinderachse 3 ist der Zahnbereich 5 geschrägt. Der Fußbereich 4 ist durch die Oberfläche 7 in axiale Richtung orientiert, so dass der Zahnbereich 5 gegenüber dem Fußbereich 4 geschrägt ist.The tooth area 5 has a main axis of inertia 6 on, with the cylinder axis 3 an angle α, with α> 0 °. Due to the essentially symmetrical design of the tooth area 5 falls the main axis of inertia 6 with a symmetry axis and is parallel to a flat surface 7a of the tooth shaft 5a in the circumferential direction. The surface 7a closes with the cylinder axis 3 so too the angle α with α> 0 °. An extension of the tooth area 5 in the axial direction is much larger than an extension of the tooth area 5 in the radial direction and in the circumferential direction. An inertia moment to the principal axis of inertia 6 is so smaller than other moments of inertia, so that one at the main axis of inertia 6 speaks of the so-called third principal axis of inertia. By the angle α with α> 0 ° between the principal axis of inertia 6 of the tooth area 5 and the cylinder axis 3 is the tooth area 5 splayed. The foot area 4 is through the surface 7 oriented in the axial direction, so that the tooth area 5 opposite the foot area 4 is skewed.

Die Ausformung des Einzelsegmentes 2 lässt sich aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff herstellen, da bei einer Blechpaketierung einer solchen Form jeder Blechschnitt einer Lage eine unterschiedliche Stanzform erfordern würde.The shape of the single segment 2 can be made of soft magnetic composite material, since with a laminated core of such a shape each sheet cut a layer would require a different die.

4 zeigt eine schematische Ansicht einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Stators mit einem geschrägten Einzelsegment 12. 4 shows a schematic view of an alternative embodiment of a stator according to the invention with a slanted single segment 12 ,

Die gleichen oder gleichwirkenden Komponenten, die in 3 schon beschrieben wurden, werden für diese Darstellung übernommen und nicht explizit nochmals aufgeführt. Das Einzelsegment 12 verfügt über einen Fußbereich 14 und einen Zahnbereich 15 mit einem Zahnschaft 15a und einem Zahnkopf 15b. Eine Hauptträgheitsachse 16 des Zahnbereiches 15 schließt mit der Zylinderachse 3 einen Winkel α mit α > 0° ein, so dass der Zahnbereich 15 um den Winkel α geschrägt ist. Eine ebene Oberfläche 18 des Fußbereiches 14 in axiale Richtung und eine ebene Oberfläche 18a des Zahnbereiches 15 in axiale Richtung stehen senkrecht zur Zylinderachse 3. Eine erste Oberfläche 17a des Fußbereiches 14 in Umfangsrichtung und eine zweite Oberfläche 17b des Fußbereiches 14 in Umfangsrichtung schließen mit der Zylinderachse 3 den Winkel α mit α > 0° ein. Ein Querschnitt des Fußbereiches 14 in radialer Richtung hat so die Form eines Parallelogramms mit Innenwinkel von (90° + α) von (90° – α). Der Fußbereich 14 ist um den Winkel α geschrägt, so dass der Zahnbereich 15 und der Fußbereich 14 parallel zueinander angeordnet sind. Das Einzelsegment 12 ist um den Winkel α geschrägt.The same or equivalent components used in 3 have already been described are adopted for this presentation and not explicitly listed again. The single segment 12 has a foot area 14 and a tooth area 15 with a tooth-shaft 15a and a tooth head 15b , A main axis of inertia 16 of the tooth area 15 closes with the cylinder axis 3 an angle α with α> 0 °, so that the tooth area 15 is slanted by the angle α. A flat surface 18 of the foot area 14 in the axial direction and a flat surface 18a of the tooth area 15 in the axial direction are perpendicular to the cylinder axis 3 , A first surface 17a of the foot area 14 in the circumferential direction and a second surface 17b of the foot area 14 close in the circumferential direction with the cylinder axis 3 the angle α with α> 0 °. A cross section of the foot area 14 in the radial direction has the shape of a parallelogram with internal angle of (90 ° + α) of (90 ° - α). The foot area 14 is beveled by the angle α, so that the tooth area 15 and the foot area 14 are arranged parallel to each other. The single segment 12 is beveled by the angle α.

Die Ausformung des Einzelsegmentes 12 kann aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff hergestellt werden aber auch durch Blechpaketierung, da das gesamte Einzelsegment 12 um den Winkel α geschrägt ist und so jeder Blechschnitt einer Lage des Blechpaketes die gleiche Form aufweist und die Blechschnitte nur um den Winkel α verdreht angeordnet sind.The shape of the single segment 12 can be made of soft magnetic composite material but also by sheet metal packaging, as the entire single segment 12 is beveled by the angle α and so each sheet metal section of a layer of the laminated core has the same shape and the sheet metal sections are arranged rotated only by the angle α.

In beiden alternativen Ausführungsformen des Einzelsegmentes 2, 12 ist der Zahnbereich 5, 15 um den Winkel α geschrägt, so dass eine Spule einer elektrischen Wicklung um den Zahnbereich 5, 15 herum ebenfalls um den Winkel α geschrägt ist. Ein von einem Stromfluss durch die elektrische Wicklung induziertes Magnetfeld ist daher ebenfalls um den Winkel α geschrägt, so dass in Wechselwirkung mit einem Rotor die elektrische Maschine ein kleines Rastmoment aufweist.In both alternative embodiments of the single segment 2 . 12 is the tooth area 5 . 15 beveled by the angle α, leaving a coil of an electrical winding around the tooth area 5 . 15 is also beveled around the angle α. A magnetic field induced by a current flow through the electrical winding is therefore also bevelled by the angle α, so that in interaction with a rotor the electric machine has a small cogging torque.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6049153 A1 [0002] US 6049153 A1 [0002]

Claims (5)

Stator einer elektrischen Maschine, mit einer im Wesentlichen zylindrischen Grundform und einem Einzelsegment (2, 12), wobei das Einzelsegment (2, 12) über einen jochbildenden Fußbereich (4, 14) und einen polbildenden Zahnbereich (5, 15) zur Aufnahme einer Spule (9) einer elektrischen Wicklung verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptträgheitsachse (6, 16) des Zahnbereiches (5, 15) mit einer Zylinderachse (3) in axialer Richtung einen Winkel α einschließt, wobei der Winkel α > 0° und α < 45° ist.Stator of an electric machine, having a substantially cylindrical basic shape and a single segment ( 2 . 12 ), whereby the single segment ( 2 . 12 ) over a yoke-forming foot area ( 4 . 14 ) and a pole-forming tooth area ( 5 . 15 ) for receiving a coil ( 9 ) has an electrical winding, characterized in that a principal axis of inertia ( 6 . 16 ) of the tooth area ( 5 . 15 ) with a cylinder axis ( 3 ) includes an angle α in the axial direction, wherein the angle α> 0 ° and α <45 °. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnbereich (5, 15) über einen Zahnschaft (5a, 15a) und einen Zahnkopf (5b, 15b) verfügt, wobei der Zahnschaft (5a, 15a) im Wesentlichen eine Form eines Parallelepipeden aufweist.Stator according to claim 1, characterized in that the tooth area ( 5 . 15 ) over a toothed shaft ( 5a . 15a ) and a tooth head ( 5b . 15b ), whereby the toothed shaft ( 5a . 15a ) has substantially a shape of a parallelepiped. Stator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (17a, 17b) des Fußbereiches (14) in Umfangsrichtung mit der Zylinderachse (3) den Winkel α einschließt.Stator according to one of the preceding claims, characterized in that a surface ( 17a . 17b ) of the foot area ( 14 ) in the circumferential direction with the cylinder axis ( 3 ) includes the angle α. Stator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einzelsegment (2, 12) im Wesentlichen aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff gebildet ist.Stator according to one of the preceding claims, characterized in that the individual segment ( 2 . 12 ) is formed essentially of soft magnetic composite material. Stator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Einzelsegmente (2, 12) identisch ausgeformt sind.Stator according to one of the preceding claims, characterized in that all individual segments ( 2 . 12 ) are formed identically.
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