DE102017204401A1

DE102017204401A1 - Segmentierter Stator für eine oder in einer Axialflussmaschine

Info

Publication number: DE102017204401A1
Application number: DE102017204401.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Pszola; Matthias Koch; Thomas Susemihl; Jochen Kauffmann
Original assignee: Voestalpine Metal Forming GmbH; Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Voestalpine Metal Forming GmbH; Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2018-09-20
Also published as: WO2018167214A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen segmentierten Stator für eine oder in einer Axialflussmaschine, mit einer Mehrzahl von Statorsegmenten, welche aus Stapeln gerader Bleche gebildet sind, die mit einer Klebschicht verbunden sind, wobei die Statorsegmente untereinander formschlüssig verbunden sind und gemeinsam eine polygonale Struktur bilden. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen segmentierten Stators sowie eine Verwendung von Stapeln gerader ausgestanzter Bleche als Statorsegmente für einen oder in einem solchen segmentierten Stator.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen segmentierten Stator für eine oder in einer Axialflussmaschine, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen segmentierten Stators sowie eine Verwendung von Stapeln gerader ausgestanzter und untereinander mit einer Klebschicht verbundener Bleche als Statorsegmente für einen oder in einem solchen segmentierten Stator.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Als Axialflussmaschine wird ein Typ elektrischer Maschinen bezeichnet, bei welchem der erregte magnetische Fluss axial zur Welle, d.h. insbesondere senkrecht zur Rotationsebene, verläuft. Ein Rotor ist in der Regel mit Permanentmagneten ausgebildet, während ein axial dazu angeordneter Stator aus einem erregbaren Material gebildet ist.
Ein Stator einer Axialflussmaschine benötigt allerdings eine besondere Flussführung, nämlich in axialer und tangentialer Richtung. Vorteilhaft können dazu voneinander isolierte Schichten eingesetzt werden, um Wirbelströme zu vermeiden. Dies erfordert eine besondere Orientierung der Schichten.
Bisweilen werden üblicherweise Sintermaterialien, so genannte SMC (Soft Magnetic Composites) zur Herstellung eines Stators eingesetzt, um damit den erwünschten Schichtaufbau zu realisieren. Dies bedeutet jedoch eine sehr aufwändige Herstellung durch Pressen von Statorelementen und eine im Vergleich zu herkömmlichen Blechpaketen schlechtere Permeabilität.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen als Schnecke auf gewickelten Blechstreifen zu verwenden. Allerdings hat dies eine aufwändige Paketierung zur Folge. Darüber hinaus ist dann die Ausbildung von flussführenden Zähnen problematisch.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Konzept zum Aufbau eines Stators für eine oder in einer Axialflussmaschine einen Segmenthirten Stator anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen segmentierten Stator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen:

- Ein segmentierter Stator für eine oder in einer Axialflussmaschine, mit einer Mehrzahl von Statorsegmenten, welche aus Stapeln gerader Bleche gebildet sind, die untereinander mit einer Klebschicht verbunden sind, wobei die Statorsegmente untereinander formschlüssig verbunden sind und gemeinsam eine polygonale Struktur bilden.
- Eine Verwendung von Stapeln gerader ausgestanzter und untereinander mit einer Klebschicht verbundener Bleche als Statorsegmente für einen oder in einem segmentierten Stator einer Axialflussmaschine.
- Ein Verfahren zur Herstellung eines segmentierten Stators, insbesondere eines erfindungsgemäßen segmentierten Stators, mit den Schritten: Bereitstellen von ersten und zweiten Statorsegmenten, welche jeweils aus Stapeln gerader und untereinander mit einer Klebschicht verbundener Bleche gebildet sind, Anordnen zweier zweiter Statorsegmente mit einer dazwischenliegenden Lücke, welche der Größe eines ersten Statorsegments entspricht, an einer zur Bildung eines aus den ersten und zweiten Statorsegmenten aufgebauten polygonalen Rings vorgesehenen Position; Herstellen einer formschlüssigen Verbindung durch Einschieben eines ersten Statorsegments in einer vorbestimmten Einschubrichtung in die Lücke, wobei parallel zu der Einschubrichtung verlaufende Eingriffsmittel der ersten und zweiten Statorsegmente ineinander eingreifen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, einen segmentierten Stator mit Stapeln bzw. Paketen gerader, beispielsweise ausgestanzter, Bleche zu bilden. Die Bleche eines Stapels sind bzw. werden dazu miteinander mit einer Klebschicht versehen. Auf diese Weise werden Statorsegmente gebildet, die formschlüssig miteinander verbindbar sind.
Dass die Statorsegmente aus Stapeln gerader Bleche gebildet sind schließt weitere Bestandteile nicht aus. Insbesondere können zusätzliche Isolationsschichten, Leiter, Strukturteile oder dergleichen enthalten sein.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Stapel gerader Bleche sind deutlich einfacher herstellbar als mittels SMC oder Wickeln hergestellte Statorkerne. Darüber hinaus erlaubt die Ausbildung mit einzelnen Stapeln bzw. Paketen gerader Bleche auch eine unterschiedliche Breite und/oder ggfs. einen unterschiedlichen Verlauf der Breite der Stapel vorzusehen, sodass durch die Anordnung und Ausbildung der Stapel eine gewünschte Statorgeometrie, insbesondere mit bereits integrierten Zähnen, in einfacher Weise erreichbar ist. Darüber hinaus erlaubt die ausgestanzte Form der Bleche eine direkte bzw. integrale Herstellung von Eingriffsmitteln für eine formschlüssige Verbindung der Statorsegmente bzw. jeweils benachbarter Statorsegmente untereinander.
Die mit den Statorsegmenten gebildete polygonale Struktur weist dementsprechend eine Vielzahl von geraden Segmenten eines Polygons auf, wobei jedes Segment durch ein Statorsegment gebildet ist. Ein Statorsegment weist dementsprechend insbesondere eine trapezförmige Kontur auf, welche durch unterschiedliche Längen der gestapelten Bleche erreichbar ist.
Da die Bleche eines Stapels bzw. eines Statorsegments miteinander verklebt sind, ist eine sehr präzise Formgestaltung bei hoher Festigkeit ermöglicht. Darüber hinaus stellen die verklebten Bleche schwingungstechnische Vorteile bereit. beispielsweise kann damit eine verbesserte Dämpfung und/oder eine günstige Verschiebung von Resonanzfrequenzen erreicht werden. Insbesondere führt dies unter anderem auch zu einer verbesserten Akustik im Betrieb einer Axialflussmaschine, beispielsweise für automotive Anwendungen.
Dadurch, dass es sich um gerade Bleche handelt, kann eine optimale Ausnutzung eines Blechrohlings und eine Einfache Herstellung gewährleistet werden. Insbesondere handelt es sich um ausgestanzte Bleche. Dabei werden zur Herstellung nur minimale Stanzabfälle anfallen. Dazu können spezielle Stanztechniken, beispielsweise mit servomotorisch verstellbaren Schneidwerkzeugen, eingesetzt werden. Auf diese Weise ist eine sequenzielle Bereitstellung der unterschiedlich langen Bleche eines Stapels in einfacher Weise ermöglicht. Ferner ist aber auch der Einsatz anderer flexibler Trenntechniken denkbar.
Die Klebschicht ist vorzugsweise als eine aktivierbare Klebschicht ausgebildet. Insbesondere kann es sich um einen sogenannten Backlack handeln, welcher flächig auf die Bleche aufgetragen wird oder vorgesehen ist und bei Erhitzung eine vollflächige Verklebung der Bleche bewirkt. Die Bleche können somit in der gewünschten Stapelkonfiguration zu einem Statorsegment „ausgebacken“ werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Statorsegmente zu einem geschlossenen Ring zusammengesetzt. Auf diese Weise ist ein idealer Magnetfluss gewährleistet. Insbesondere ist so trotz der segmentierten Bauweise ein geschlossener Rückschlussring bereitgestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine erste Mehrzahl gleich geformter erster Statorsegmente vorgesehen. Ferner ist eine zweite Mehrzahl gleich geformter zweiter Statorsegmente vorgesehen. Die ersten und zweiten Statorsegmente weisen dabei eine zueinander unterschiedliche Form auf. Insbesondere sind die ersten und zweiten Statorsegmente in der polygonalen Struktur abwechselnd angeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung sind die ersten und zweiten Statorsegmente in Längsrichtung der Bleche nebeneinander angeordnet. Die zweiten Statorsegmente weisen dabei eine größere Blechbreite auf als die ersten Statorsegmente. Auf diese Weise können lokal unterschiedliche Breiten der ersten und zweiten Startersegmente realisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die zweiten Statorsegmente durch die größere Blechbreite in der polygonalen Anordnung jeweils höher ausgebildet. Unter höher ist in diesem Fall eine unter Bezugnahme auf die Grundfläche der polygonalen Struktur, also einer radialen Ebene, bemessene Höhe zu verstehen. Eine größere Höhe entspricht daher einer größeren axialen Ausdehnung. Auf diese Weise Formen die zweiten Statorsegmente jeweils einen zur axialen Flussführung geeigneten Zahn. Die ersten Statorsegmente sind durch ihre geringere Blechbreite in der polygonalen Anordnung jeweils niedriger ausgebildet. Dementsprechend dienen sie insbesondere als Joch, d.h. vorwiegend zur tangentialen Flussführung. Auf diese Weise ist insgesamt sowohl die axiale als auch die tangentiale Flussführung an den dazu vorgesehenen Stellen realisierbar.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die ersten oder die zweiten Statorsegmente jeweils ein formschlüssig damit verbindbares Kopfstück auf. Auf diese Weise kann zum einen eine Flussoptimierung am Kopf eines Zahns vorgesehen werden. Zum anderen kann auf diese Weise auch eine auf den Zahn aufgebrachte Wicklung formschlüssig gesichert werden.
Insbesondere handelt es sich bei dem Kopfstück um ein aus einem Stapel gerader, beispielsweise ausgestanzter, und mit einer Klebschicht verbundener Bleche gebildetes Kopfstück. Auf diese Weise ist das Kopfstück vorteilhaft in zu den Statorsegmenten äquivalenter Weise ausgebildet, sodass der darin laufende magnetische Fluss vorteilhaft in das Kopfstück fortgeführt werden kann. Somit ist ein optimaler durchgehender Fluss ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Statorsegmente durch daran vorgesehene Eingriffsmittel untereinander formschlüssig verbindbar. Insbesondere sind die Eingriffsmittel mit der Form der Bleche gebildet, beispielsweis durch Ausstanzen. Vorteilhaft ist auf diese Weise eine integral mit den Statorsegmenten ausgebildete Verbindungstechnik bereitgestellt und es sind keine zusätzlichen Verbindungsmittel notwendig. Alternativ oder zusätzlich können Eingriffsmittel auch an den Stapeln miteinander verklebter Bleche nachträglich, beispielsweise durch spanende Bearbeitung, vorgesehen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfassen die Eingriffsmittel eine Nut-Feder Verbindung. Somit kann auf einfache Weise ein Formschluss zwischen den Statorsegmenten hergestellt werden. Bei einer Weiterbildung weist die Nut-Feder Verbindung eine T-förmige Fügekontur auf. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine O-förmige und/oder schwalbenschwanzförmige und/oder tannenbaumförmige Fügekontur vorgesehen sein. Darüber hinaus können auch andere bzw. anders geformte Verbindungselemente mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften vorgesehen sein. Es sind insbesondere auch Kombinationen mehrerer Fügekonturen an unterschiedlichen Fügestellen oder an der gleichen Fügestelle möglich.
Gemäß einer Ausführungsform sind entweder die ersten oder die zweiten Statorsegmente mit jeweils zwei Nuten und die anderen der ersten oder zweiten Statorsegmente mit jeweils zwei Federn ausgebildet. Dementsprechend können jeweils zwei mit Nuten versehene Statorsegmente mit einer für ein mit Federn versehenes Statorsegment vorgesehenen Lücke in einer für eine polygonale Anordnung der Statorsegmente geeigneten Weise angeordnet werden. Ein Federn aufweisendes Statorsegment kann dann derart in die Lücke eingeschoben werden, dass die Federn in die Nuten eingeführt werden und auf diese Weise ein Formschluss hergestellt wird. Auf diese Weise ist eine einfache Herstellbarkeit eines umlaufenden polygonalen Stator Rings aus formschlüssig miteinander verbundenen Statorsegmenten ermöglicht. Insbesondere ist eine Montage vorteilhaft werkzeugfrei und ohne zusätzliche Befestigungsmittel realisierbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die mit Federn ausgebildeten ersten oder zweiten Statorsegmente eine Symmetrieebene auf. Die Federn verlaufen dabei jeweils parallel zu der Symmetrieebene. Auf diese Weise ist ein symmetrisches Einschieben der mit Federn ausgebildeten Statorsegmente ermöglicht. Auf diese Weise wird ein Verklemmen der Federn in den Nuten bei der Montage vermieden. Insbesondere ist die Richtung der Symmetrieebene eine radiale Richtung, sodass das Einschieben in der radialen Richtung vorgenommen wird.
Dementsprechend werden auch bei einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einer Ausführungsform die Eingriffsmittel als eine Nut-Feder-Verbindung vorgesehen. Die zwei zweiten Statorsegmente weisen dabei jeweils eine in der Einschubrichtung verlaufende Nut und das erste Statorsegment zwei in der Einschubrichtung verlaufende Federn auf. Die Nuten und Federn werden zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung durch das Einschieben des ersten Statorsegments ineinander geschoben.
Ferner verläuft bei einer Weiterbildung die Einschubrichtung entsprechend parallel zu einer oder in einer Symmetrieebene des ersten Statorsegments. Alternativ oder zusätzlich verläuft bei einer Weiterbildung die Einschubrichtung radial, d. h. insbesondere radial zu dem polygonalen Ring und/oder senkrecht zu einer Welle einer Axialflussmaschine.
Dementsprechend sind bei einer Ausführungsform der Verwendung die Stapel untereinander formschlüssig verbindbar, insbesondere in der oben in Bezug auf ein Statorsegment dargelegten Weise.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind sämtliche Ausführungsformen eines segmentierten Stators auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Status übertragbar, und umgekehrt. Darüber hinaus sind sämtliche Merkmale des Verfahrens zur Herstellung des segmentierten Stators sowie des segmentierten Stators auf eine erfindungsgemäße Verwendung übertragbar.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1 eine Draufsicht auf ein erstes Statorsegment gemäß einer Ausführungsform;
2 eine Draufsicht auf ein zu dem ersten Statorsegment gemäß 1 korrespondierendes zweites Statorsegment;
3 eine Draufsicht auf eine aus den ersten und zweiten Statorsegmenten gemäß 1 und 2 gebildete polygonale Struktur;
4 eine schematische Darstellung zweier gestapelter Bleche mit einer dazwischen vorgesehenen Klebschicht;
5 eine Vorderansicht des Statorsegments gemäß 1;
6 eine Vorderansicht des Statorsegments gemäß 2;
7 eine Vorderansicht von Eingriffsmittel der ersten und zweiten Statorsegmente in voneinander gelöstem Zustand;
8 eine Vorderansicht von Eingriffsmitteln eines ersten Statorsegments und zweier zweiter Statorsegmente in einem formschlüssig verbundenen Zustand;
9A-C eine schematische Darstellung von Schritten eines Verfahrens zum Herstellen eines segmentierten Stators;
10 eine Vorderansicht eines zweiten Statorsegments und eines damit verbindbaren Kopfstücks;
11 eine Draufsicht auf das zweite Statorsegment und das Kopfstück gemäß 10; und
12 eine Seitenansicht des zweiten Statorsegments und Kopfstücks gemäß 10 und 11.

Die beiliegenden Figuren der Zeichnung sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln.
Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
1 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Statorsegment 2 gemäß einer Ausführungsform.
Das erste Statorsegment 2 weist eine Vielzahl gestapelter gerader Bleche 5 auf, welche untereinander jeweils mit einer hier aufgrund des Zeichnungsmaßstabs nicht einzeln dargestellten Klebschicht 6 flächig fest verbunden sind.
Die Bleche 5 des Stapels sind sämtlich mit unterschiedlicher Länge gebildet, wobei ein oberstes Blech 5 eine größte Länge und ein unterstes Blech 5 eine kleinste Länge aufweisen. Dazwischen liegende Bleche 5 weisen eine stetig abnehmende Länge auf.
Alle Bleche 5 des ersten Statorsegments 2 sind zu einer mittigen Symmetrieebene 13 ausgerichtet. Auf diese Weise ist mit der von oben nach unten stetig abnehmenden Blechlänge eine Trapezform des Stapels bereitgestellt.
Im Folgenden wird die Herstellung eines derartigen Statorsegments beschrieben:
Bereits an einen Blechhalbzeug, beispielsweise einem Endlosband, wird das verwendete Material, insbesondere noch im Stahlwerk, zur Bereitstellung von Klebeigenschaften beschichtet. Beispielsweise kann ein sogenannter Backlack flächig aufgetragen werden.
Das verwendete Blech ist vorzugsweise ein sogenanntes Elektroblech. Es können prinzipiell aber unterschiedlichste zur Flussführung geeignete Materialien eingesetzt werden.
Das Blechhalbzeug, beispielsweise ein sogenanntes Endlosband, wird in einem Stanzwerkwerkzeug, beispielsweise in einem Folgeschneidwerkzeug, in die einzelnen Bleche bzw. in sogenannte Lamellen unterschiedlicher Länge gestanzt. Dazu sind an dem Folgeschneidwerkzeug servomotorisch verstellbare Schneideinheiten vorgesehen, mittels welcher die Bleche im Folgeschneidwerkzeug auf ihre unterschiedlichen Längen geschnitten werden. Insbesondere wird der Zuschnitt auf die unterschiedlichen Längen sequenziell vorgenommen.
In einer Austrennstufe des Werkzeugs werden die ausgestanzten Bleche bzw. Lamellen von dem Blechhalbzeug abgetrennt. Da dies in der gestanzten Reihenfolge vorgenommen wird, kann durch das sequenzielle Abtrennen bereits die gewünschte Stapelfolge hergestellt werden. Der Stapel wird dann in der gewünschten Weise ausgerichtet und in einem anschließenden Schritt durch Aktivierung der Klebschicht verbunden.
Beispielsweise wird der Stapel inline thermisch behandelt, sodass die Klebschicht chemisch reagiert und die Bleche so zu einem zum Stapel bzw. Lamellenstapel „gebacken“ werden.
Insbesondere entsteht dabei eine vollflächige Klebeverbindung, welche für die Aufnahme der Magnetkräfte im Betrieb und auch für ein sicheres Fügen der Statorsegmente und gegebenenfalls weiterer Komponenten zum Zusammenbau erwünscht ist.
Ein derartiges Herstellungsverfahren für sogenannte inline geklebte Blechpakete und die dazu notwendige Systemtechnik wird beispielsweise von der Firma voestalpine unter dem Handelsnamen compacore® vertrieben.
Alternativ zu einem Einsatz eines Folgeschneidwerkzeugs wären auch weitere Trenntechniken, insbesondere andere Stanztechniken, beispielsweise Rotationsstanzen oder dergleichen, denkbar.
2 zeigt eine Draufsicht auf ein zu dem ersten Statorsegment 2 gemäß 1 korrespondierendes zweites Statorsegment 3.
Das zweite Statorsegment 3 weist in gleicher Weise wie das erste Statorsegment eine Vielzahl gestapelter Bleche 5 auf, welche untereinander jeweils mit einer Klebschicht flächig fest verbunden sind.
In gleicher Weise wie bei dem ersten Statorsegment 2 sind die Bleche 5 auch hier sämtlich mit unterschiedlicher Länge gebildet, wobei ein oberstes Blech 5 eine größte Länge und ein unterstes Blech 5 eine kleinste Länge aufweisen. Dazwischenliegende Bleche weisen auch hier eine stetig abnehmende Länge auf. Ferner sind ebenfalls die Bleche des Statorsegments 3 ebenfalls zu einer mittigen Symmetrieebene 4 ausgerichtet, was zu einer Trapezform des zweiten Statorsegments 3 führt. Auf diese Weise bilden das erste und das zweite Statorsegment 2, 3 jeweils ein gerades bzw. trapezförmiges Segment einer polygonalen Struktur.
Ferner ist auch das Herstellungsverfahren im Wesentlichen gleich wie bei dem ersten Statorsegment 2 vorgesehen, wobei sich lediglich die Form der einzelnen Bleche unterscheidet. Das erste und das zweite Statorsegment 2, 3 unterscheiden sich dementsprechend durch ihre Form, worauf in Bezug auf die nachfolgenden 5 und 6 noch näher eingegangen wird.
Das erste und das zweite Statorsegment 2, 3 sind zudem mit durch die Form der Bleche gebildete Eingriffsmittel 10 versehen, worauf in Bezug auf die 5 bis 9 noch näher eingegangen wird.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine aus den ersten und zweiten Statorsegmenten 2, 3 gemäß 1 und 2 gebildete polygonale Struktur 7.
Entsprechend ist hier ein flussführender Kern eines segmentierten Stators 1 für eine Axialflussmaschine dargestellt, der jeweils eine Mehrzahl von Statorsegmenten 2, 3 gemäß 1 und 2 aufweist, wobei die Statorsegmente 2, 3 zu einem geschlossenen Ring 8 zusammengesetzt sind und so gemeinsam die polygonale Struktur 7 bilden. Die polygonale Struktur 7 ist dementsprechend als geschlossener polygonaler Ring 8 ausgebildet.
In dem polygonalen Ring 8 ist eine erste Mehrzahl, hier beispielsweise sechs, gleich geformter erster Statorsegmente 2 und eine zweite Mehrzahl, hier beispielsweise ebenfalls sechs, gleich geformter zweiter Statorsegmente 3 vorgesehen, wobei die ersten und zweiten Statorsegmente in der polygonalen Struktur 7 abwechselnd angeordnet sind.
Die polygonale Struktur 7 weist somit beispielhaft 12 Ecken auf und ist entsprechend als Zwölfeck bzw. Dodekagon ausgebildet. Da es sich um einen Ring 8 handelt ist somit eine dodekagonale Ringstruktur gebildet.
Bei weiteren Ausführungsformen kann es sich aber auch um ein eine andere polygonale, insbesondere eine hexagonale, Struktur handeln. Auch weitere polygonale Strukturen sind denkbar.
Zur Komplettierung eines Stators 1 einer Axialflussmaschine werden in einem Fachmann geläufiger Weise hier nicht dargestellte Isolationen und Wicklungen auf die Zähne aufgebracht. Der grundlegende Aufbau einer Axialflussmaschine, insbesondere eines Axialflussmotors, ist dem Fachmann allgemein bekannt, weshalb an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen wird.
4 zeigt eine schematische Darstellung zweier gestapelter Bleche 5 mit einer dazwischen vorgesehenen Klebschicht 6.
Es handelt sich insbesondere um eine schematische ausschnittsweise Detaildarstellung zweier gestapelter Bleche eines der ersten oder zweiten Statorsegmente 2, 3 gemäß einer der 1 oder 2.
Die Bleche 5 enthalten insbesondere Elektroblech. Die Klebschicht enthält insbesondere einen sogenannten Backlack. Dementsprechend werden die mit der dazwischenliegenden Klebschicht 6 gestapelten Bleche 5 durch thermische Behandlung miteinander verbacken. Auf diese Weise wird ein vollflächiger Klebeverbund zwischen den Blechen 5 hergestellt.
Alternativ zu einem Backlack sind auch andere Kleberarten für die Klebschicht 6 einsetzbar.
Alternativ zu Elektroblechen sind ferner auch andere zur Flussführung geeignete Materialien als Bleche 5 einsetzbar.
5 zeigt eine Vorderansicht des ersten Statorsegments 2 gemäß 1.
In der dargestellten Vorderansicht stellt die vordere Stirnseite eine komplette Seite des untersten Blechs 5 des Stapels dar. Entsprechend ist hier die Kontur des untersten Blechs 5 hier vollständig erkennbar.
Die Bleche 5 des ersten Statorsegments 2 weisen eine Länge L2 und eine Breite B2 auf. Die Länge L2 der Bleche 5 steigert sich kontinuierlich über die Stapelreihenfolge, wie in Bezug auf 1 beschrieben und hier mit das unterste Blech 5 an den Enden umgebenden Sichtkanten schematisch dargestellt. Die Breite B2 ist bei allen Blechen 5 des ersten Statorsegments 2 gleich ausgebildet.
An den schmalen Seiten des untersten Blechs 5 ist jeweils ein T-förmiger Fortsatz zur Ausbildung einer Feder 12 vorgesehen. Ein solcher Fortsatz ist im Stapel der Bleche 5 an den etwa im unteren Drittel des Stapels angeordneten Blechen 5 zur Ausbildung einer Feder 12 vorgesehen. Die Fortsätze sind alle in Deckung miteinander angeordnet, sodass sich durch das Verkleben der Bleche 5 eine sich über das untere Drittel erstreckende gerade bzw. parallel zur Symmetrieebene 13 ausgerichtete Feder 12 mit einem T-Profil ergibt, siehe 1.
6 zeigt eine Vorderansicht des zweiten Statorsegments 3 gemäß 2.
Wie in Bezug auf 5 erläutert, stellt auch hier die Vorderansicht eine komplette Seite des untersten Blechs 5 dar, dessen Kontur hier entsprechend vollständig erkennbar ist.
Die Bleche 5 des zweiten Statorsegments 3 weisen eine Länge L3 und eine Breite B3 auf. Die Breite B3 ist deutlich größer als die Breite B2 des ersten Statorsegments, welche hier zum Vergleich ebenfalls mit eingezeichnet ist. Die Länge L3 der Bleche 5 steigert sich über einen Bereich der Breite B3, der zumindest der Breite B2 des ersten Statorsegments 2 entspricht, kontinuierlich über die Stapelreihenfolge, wie in Bezug auf 2 beschrieben und hier anhand von Sichtkanten dargestellt. Auf diese Weise sind die ersten und zweiten Statorsegmente 2, 3 mit einer unterschiedlichen Form gebildet, was aus einem Vergleich der 5 und 6 gut zu erkennen ist.
In einem über die Breite B2 des ersten Statorsegments hinausgehenden Bereich der Breite B3 des zweiten Statorsegments ist die Länge L3 der Bleche 5 des zweiten Statorsegments 3 unabhängig von dem ersten Statorsegment 2 frei wählbar. Beispielhaft ist sie hier größer bzw. entsprechend einer maximalen Länge der Bleche 5 gleichmäßig vorgesehen.
In dem der Breite B2 entsprechenden Bereich des hier sichtbaren untersten Blechs 5 ist an den Seiten jeweils eine T-förmige Ausnehmung vorgesehen. Diese ist korrespondierend zu der an dem ersten Statorsegment 2 ausgebildeten Feder 12 ausgebildet.
Eine solche Ausnehmung ist im Stapel der Bleche 5 des zweiten Statorsegments 3 an einem Großteil der Bleche 5 mit Ausnahme weniger oberster Bleche vorgesehen, wie in 2 mit verborgenen Kanten dargestellt. Dementsprechend ist die Ausnehmung zur Ausbildung einer geraden Nut 11 vorgesehen, welche sich durch einen Großteil des Stapels erstreckt.
Die an der hier dargestellten linken Seite vorgesehene Nut 11 verläuft im montierten Zustand parallel zur Symmetrieebene 13 des an dieser Seite benachbarten ersten Statorsegments 2. Entsprechend ist das hier in Vorderansicht dargestellte zweite Statorsegment 3 relativ zum ersten Statorsegment, wie in 2 und 3 dargestellt, verdreht angeordnet, hier beispielhaft um 30° verdreht. Wie in 3 dargestellt verhält es sich mit einem weiteren an der anderen bzw. rechten Seite benachbarten ersten Statorsegment 2, welches wiederum zu den dargestellte zweiten Statorsegment 5 weiter verdreht ist gleich. In der in 3 dargestellten Anordnung ist dieses um beispielhaft weitere 30°, d.h. insgesamt um 60°, verdreht.
Die Bleche 5 der ersten und zweiten Statorsegmente 2, 3 verlaufen somit in dem in 3 dargestellten polygonalen Ring 8 jeweils mit ihrer Breite B2 oder B3 in axialer Richtung und jeweils mit ihrer Länge L2 oder L3 in tangentialer Richtung.
Zur formschlüssigen Verbindung sind die zweiten Statorsegmente 3 mit jeweils zwei Nuten 11 und die ersten Statorsegmente 2 mit jeweils zwei Federn 12 ausgebildet. Selbstverständlich ist dies jedoch auch umkehrbar. Entsprechend können bei weiteren Ausführungsformen auch die ersten Statorsegmente 2 mit jeweils 2 Nuten und die zweiten Statorsegmente 3 mit jeweils 2 Federn ausgebildet sein.
7 zeigt eine Vorderansicht von Eingriffsmittel 10 der ersten und zweiten Statorsegmente in voneinander gelösten Zustand.
In dieser Darstellung weist das erste Statorsegment 2 eine Ausrichtung wie in 5 auf und das zweite Statorsegment 3 ist im Vergleich zu 6 um 30° verdreht. Es handelt sich somit um eine Stellung, in welcher die dargestellte Nut 11 des zweiten Statorsegments 3 parallel zu der Feder 12 des ersten Statorsegments 2 verläuft. Auf diese Weise ist mit den Eingriffsmitteln 10 eine mit der Nut 11 und der Feder 12 gebildete Nut-Feder Verbindung herstellbar.
In der hier dargestellten Ausführungsform weist die Nut-Feder Verbindung beispielhaft eine T-förmige Fügekontur auf. Alternativ oder zusätzlich oder bei weiteren Ausführungsformen können aber auch andere Fügekonturen, beispielsweise O-förmige, schwalbenschwanzförmige oder tannenbaumförmige Fügekonturen oder Kombinationen aus unterschiedlichen Fügekonturen vorgesehen sein.
8 zeigt eine Vorderansicht von Eingriffsmitteln 10 eines ersten Statorsegments 2 und zweier zweiter Statorsegmente 3 in einem formschlüssig verbundenen Zustand.
Es handelt sich dabei um eine Anordnung, wie sie in der polygonalen Ringstruktur gemäß 3 vorgesehen ist.
Die ersten und zweiten Statorsegmente 2, 3 sind in Längsrichtung L2 der Bleche 5 des ersten Statorsegments 2 nebeneinander angeordnet. Die zweiten Statorsegmente 3 weisen dabei eine größere Blechbreite B3 auf als die ersten Statorsegmente 2. Durch die größere Blechbreite B3 sind die zweiten Statorsegmente 3 in der polygonalen Anordnung 7 jeweils höher als die ersten Statorsegmente 2 und dementsprechend als Zahn ausgebildet. Die ersten Statorsegmente 2 sind entsprechend durch ihre geringere Blechbreite B2 in der polygonalen Anordnung 7 jeweils niedriger und daher jeweils als ein zwei benachbarte Zähne verbindendes Joch ausgebildet.
Die 9A-C zeigen eine schematische Darstellung von Schritten eines Verfahrens zum Herstellen eines segmentierten Stators 1.
In der hier dargestellten Weise wird durch Wiederholung der dargestellten Schritte für alle ersten und zweiten Statorsegmente ein umlaufender polygonaler Ring 8, wie er in 3 komplett dargestellt ist, hergestellt.
Zunächst werden dazu erste und zweite Statorsegmente 2, 3, wie sie in Bezug auf die vorstehenden Figuren beschrieben sind, bereitgestellt. Dies ist in Fig. illustriert. Dabei werden zwei zweite Statorsegmente 3 mit einer dazwischenliegenden Lücke 14 in einer Position angeordnet, welche relativ zueinander ihrer in der späteren polygonalen Struktur 7 bzw. in dem späteren polygonalen Ring 8 vorgesehenen Position entspricht. Die Größe der Lücke 14 entspricht dementsprechend der Größe eines ersten Statorsegments 2, welches in der späteren polygonalen Struktur 7 zwischen den beiden zweiten Statorsegmenten 3 angeordnet ist.
In einem weiteren Schritt wird dann eine formschlüssige Verbindung durch Einschieben des ersten Statorsegments 2 in die Lücke 14 hergestellt, wie in 9B illustriert. Dabei wird das erste Statorsegment 2 in einer radialen Einschubrichtung 15, welche parallel zu der Symmetrieebene 13 des ersten Statorsegments 2 verläuft, in die Lücke 14 eingeschoben. Durch das Einschieben greifen die Eingriffsmittel 10, hier also die Nuten 11 und Federn 12, wie in Bezug auf die 5 bis 8 beschrieben, ineinander. Dies ist dadurch ermöglicht, dass die beiden Federn 12 des ersten Statorsegments und die korrespondierenden Nuten 11 der beiden zweiten Statorsegmente 3 in der dargestellten Anordnung parallel zueinander und parallel zu der Einschubrichtung, hier also parallel zu der Symmetrieebene 13 des ersten Statorsegments 2, verlaufen.
9C zeigt den formschlüssig verbundenen Zustand der ersten und zweiten Statorsegmente 2, 3, in welchem die Eingriffsmittel 10 vollständig ineinandergeschoben sind.
10 zeigt eine Vorderansicht eines zweiten Statorsegments 3 und eines damit verbindbaren Kopfstücks 9.
Es handelt sich dabei um eine Weiterbildung des zweiten Statorsegments gemäß 6. Zusätzlich ist hier in dem zweiten Statorsegment 3 eine an der langen Seite der Bleche 5, welche im montierten Zustand die Zähne des Stators 1 darstellen, eine Nut 11A vorgesehen. Ferner ist ein über die Nut 11A formschlüssig mit dem zweiten Statorsegment 3 verbindbares Kopfstück 9 vorgesehen. Das Kopfstück 9 weist dementsprechend eine zu der Nut 11A korrespondierende Feder 12A auf.
Bei dem Kopfstück 9 handelt es sich um ein in gleicher Weise wie das Statorsegment 2 hergestelltes, d.h. ein aus einem Stapel gerader, insbesondere ausgestanzter, und mit einer Klebschicht verbundener Bleche 5 gebildetes Kopfstück 9. Dieses dient vorwiegend der Flussoptimierung an einem oberen Ende eines Statorzahns im Betrieb einer Axialflussmaschine.
Darüber hinaus kann mit dem Kopfstück 9 auch eine auf dem Zahn aufgebrachte Wicklung formschlüssig gesichert werden.
11 zeigt eine Draufsicht auf das zweite Statorsegment und das Kopfstück gemäß 10, während 12 eine zugehörige Seitenansicht zeigt.
In ähnlicher Weise wie das erste Statorsegment 2 wird das Kopfstück 9 von außen, hier beispielhaft ebenfalls radial, mit seiner Feder 12A in die Nut 11A eingeschoben, sodass eine formschlüssige Verbindung entsteht.
Auch hier kann die Fügekontur variiert werden. Dementsprechend können alternativ oder zusätzlich zu der hier dargestellten T-förmigen Fügekontur eine schwalbenschwanzförmige, tannenbaumförmige oder O-förmige Fügekontur oder Kombinationen daraus vorgesehen sein.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Eine Dimensionierung der Fügekontur kann stets bedarfsgerecht angepasst werden. Beispielsweise kann die Fügekontur am Kopfstück 9 zugunsten der Festigkeit verdoppelt werden.
Ferner ist bei weiteren Ausführungsformen stets auch eine umgekehrte Anordnung von Nut und Feder möglich. Beispielsweise kann auch eine in dem Kopfstück 9 vorgesehene Nut 11A und eine an dem zweiten Statorsegment 3 vorgesehene Feder 12A zur formschlüssigen Verbindung des Kopfstücks 9 eingesetzt werden. In gleicher Weise ist eine Umkehr bei den Eingriffsmitteln 10 der ersten und zweiten Statorsegmente 2, 3 möglich.
Die zueinander korrespondierenden Nuten und Federn sind in der dargestellten Ausführungsform stets parallel zueinander angeordnet. Denkbar wäre jedoch auch, eine gewisse, beispielsweise an einer Endposition greifende, Klemmeinrichtung in den Nuten vorzusehen. Auf diese Weise kann eine Klemmwirkung in der Endposition und so eine Sicherung erreicht werden. Anstatt einer rein formschlüssigen Verbindung kann somit stets auch eine Kombination aus Formschluss und Kraftschluss vorgesehen sein.
Alternativ oder zusätzlich kann auch ein zusätzliches Befestigungsmittel zur Sicherung in der Endposition vorgesehen werden. Denkbar ist dazu beispielsweise ein Schweißpunkt oder eine durch nochmaliges thermisches Behandeln der Blechpakete oder gegebenenfalls auch auf andere Weise aktivierbare Klebeverbindung im Bereich der Nuten und Federn.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: erstes Statorsegment
3: zweites Statorsegment
4: Symmetrieebene
5: Blech
6: Klebschicht
7: polygonale Struktur
8: Ring
9: Kopfstück
10: Eingriffsmittel
11, 11A: Nut
12, 12A: Feder
13: Symmetrieebene
14: Lücke
15: Einschubrichtung

Claims

Segmentierter Stator (1) für eine oder in einer Axialflussmaschine, mit einer Mehrzahl von Statorsegmenten (2, 3), welche aus Stapeln gerader Bleche (5) gebildet sind, die untereinander mit einer Klebschicht (6) verbunden sind, wobei die Statorsegmente (2, 3) untereinander formschlüssig verbunden sind und gemeinsam eine polygonale Struktur (7) bilden.
Segmentierter Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorsegmente (2, 3) zu einem geschlossenen Ring (8) zusammengesetzt sind.
Segmentierter Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Mehrzahl gleich geformter erster Statorsegmente (2) und eine zweite Mehrzahl gleich geformter zweiter Statorsegmente (3) vorgesehen ist, wobei die ersten und zweiten Statorsegmente (2, 3) eine unterschiedliche Form aufweisen und in der polygonalen Struktur (7) abwechselnd angeordnet sind.
Segmentierter Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Statorsegmente (2, 3) in Längsrichtung (L) der Bleche (5) nebeneinander angeordnet sind und die zweiten Statorsegmente (3) eine größere Blechbreite (B3) aufweisen als die ersten Statorsegmente (2).
Segmentierter Stator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Statorsegmente (3) durch die größere Blechbreite (B3) in der polygonalen Anordnung (7) jeweils höher, insbesondere als Zahn, und die ersten Statorsegmente (2) durch ihre geringere Blechbreite (B2) in der polygonalen Anordnung (7) jeweils niedriger, insbesondere als Joch, ausgebildet sind.
Segmentierter Stator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten oder die zweiten Statorsegmente (2; 3) jeweils ein formschlüssig damit verbindbares Kopfstück (9) aufweisen, insbesondere ein aus einem Stapel gerader und mit einer Klebschicht verbundener Bleche (5) gebildetes Kopfstück (9).
Segmentierter Stator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorsegmente (2, 3) durch daran vorgesehene, insbesondere durch mit der Form der Bleche (5) gebildete, Eingriffsmittel (10) untereinander formschlüssig verbindbar sind.
Segmentierter Stator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsmittel (10) eine Nut-Feder Verbindung umfassen.
Segmentierter Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut-Feder Verbindung eine T-förmige und/oder O-förmige und/oder schwalbenschwanzförmige und/oder tannenbaumförmige Fügekontur oder Verbindungselemente mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften aufweist.
Segmentierter Stator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die ersten oder die zweiten Statorsegmente (2; 3) mit jeweils zwei Nuten (11) und die anderen der ersten oder zweiten Statorsegmente (2; 3) mit jeweils zwei Federn (12) ausgebildet sind.
Segmentierter Stator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Federn (12) ausgebildeten ersten oder zweiten Statorsegmente (2; 3) eine Symmetrieebene (13) aufweisen und die Federn (12) jeweils parallel zu der Symmetrieebene (13) verlaufen.
Verwendung von Stapeln gerader ausgestanzter und untereinander mit einer Klebschicht (6) verbundener Bleche (5) als Statorsegmente (2; 3) für einen oder in einem segmentierten Stator (1) einer Axialflussmaschine.
Verfahren zur Herstellung eines segmentierten Stators (1), insbesondere eines segmentierten Stators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit den Schritten: Bereitstellen von ersten und zweiten Statorsegmenten (2; 3), welche jeweils aus Stapeln gerader und untereinander mit einer Klebschicht (6) verbundener Bleche (5) gebildet sind, Anordnen zweier zweiter Statorsegmente (3) mit einer dazwischenliegenden Lücke (14), welche der Größe eines ersten Statorsegments (2) entspricht, an einer zur Bildung eines aus den ersten und zweiten Statorsegmenten (2, 3) aufgebauten polygonalen Rings (8) vorgesehenen Position; Herstellen einer formschlüssigen Verbindung durch Einschieben eines ersten Statorsegments (2) in einer vorbestimmten Einschubrichtung (15) in die Lücke (14), wobei parallel zu der Einschubrichtung verlaufende Eingriffsmittel (10) der ersten und zweiten Statorsegmente (2, 3) ineinander eingreifen.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsmittel (10) als eine Nut-Feder-Verbindung vorgesehen werden, wobei die zwei zweiten Statorsegmente (3) jeweils eine in der Einschubrichtung (15) verlaufende Nut (11) und das erste Statorsegment (2) zwei in der radialen Einschubrichtung (15) verlaufende Federn (12) aufweist, wobei die Nuten (11) und Federn (12) zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung durch das Einschieben des ersten Statorsegments (2) ineinander geschoben werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschubrichtung (15) parallel zu einer oder in einer Symmetrieebene (13) des ersten Statorsegments (2) und/oder radial verläuft.