DE10048492A1 - Axialfeldmaschine - Google Patents

Abstract

Ein Stator für eine elektrische Maschine verfügt über eine Mehrzahl von separaten Spulen (2), die in einem Statorgehäuse (1) angeordnet sind. Zwecks einfacher Herstellbarkeit des Stators, guter Wärmeabfuhr und hoher Leistungsfähigkeit weist das Statorgehäuse (1) einen Statorring (1a) und daran befestigte, radial nach innen gerichtete Stege (1b) auf, zwischen denen die Spulen (2) angeordnet sind. Die Spulen (2) stehen mit dem Statorring (1a) und den Stegen (1b) in wärmeübertragender Berührungsverbindung. Die Stege (1b) sind bevorzugt einstückig mit dem Statorring (1a) ausgebildet und die Spulen (2) in das Statorgehäuse (1) eingeklebt, das aus einem gut wärmeleitfähigen Material besteht. Der Statorring (1a) kann mit am Außenumfang angeordneten Kühlrippen (1c) versehen sein, die bevorzugt umlaufend ausgebildet sind. Die Spulen (2) weisen jeweils einen Spulenkern (2a) aus magnetisch leitendem Material und eine außenliegende Spulenwicklung (2b) auf. Zumindest auf einer Stirnseite des Statorgehäuses (1) ist mindestens eine mit den Spulen (2) elektrisch verbundene Stromschiene (3a bzw. 3b) angeordnet. Der Stator wird bevorzugt für eine elektrische Maschine in Scheibenläuferbauweise verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine mit einer Mehrzahl von separaten Spulen, die in einem Statorgehäuse angeordnet sind.

Ein gattungsgemäßer Stator ist in der DE 198 47 813 A1 offenbart. Die sektorförmigen Spulen sind dabei zu einem geschlossenen, selbsttragenden Kranz miteinander ver­ bunden, wodurch eine Statorscheibe zum Tragen der Spulen entfällt. Der Spulenkranz wird durch eine Außenprofilierung, die in eine Innenprofilierung des ringförmigen Statorgehäuses eingreift, mit dem Statorgehäuse verbunden. Die Wicklung jeder einzeln herstellbaren Spule ist jeweils in einen Spulenkörper eingelegt und umspritzt. Zur Wärmeabfuhr aus dem Stator sind mit einem Rotor verbundene Lüfterflügel vor­ gesehen, mit deren Hilfe das Innere der elektrischen Maschine durch einen Luftstrom gekühlt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Stator der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der einfach herzustellen ist, eine gute Wärme­ abfuhr aufweist und eine hohe Leistung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Statorgehäuse einen Statorring und damit verbundene, radial nach innen gerichtete Stege aufweist, zwischen denen die Spulen angeordnet sind, wobei die Spulen mit dem Statorring und den Stegen in wärmeübertragender Berührungsverbindung stehen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Statorgehäuses wird einerseits die Montage der einzelnen Spulen vereinfacht, anderseits ergibt sich eine verbesserte Kühlung der Spulen.

Die vorgefertigten Spulen werden ohne vorherige Verbindung untereinander oder mit einer Statorscheibe direkt in das Statorgehäuse eingebracht, wobei die Stege eine einfache Integration der Spulen ermöglichen. Durch den modularen Aufbau des Stators kann dieser sehr leicht automatisiert hergestellt werden.

Darüber hinaus dienen die Stege einer verbesserten Kühlung der Spulen. Die Kontakt­ fläche zwischen dem Statorgehäuse und den einzelnen Spulen ist dabei erheblich vergrößert. Die Spule liegt nicht nur mit ihrer radial äußeren Umfangsfläche am Statorring an, sondern auch mit zwei Seitenflächen an den Streben. Insgesamt wird deshalb die Wärmeabfuhr von den Spulen in das Statorgehäuse erheblich verbessert.

Insgesamt lässt sich die Leistung einer mit dem erfindungsgemäßen Stator ausge­ rüsteten elektrischen Maschine deutlich erhöhen.

Da das Statorgehäuse aus einem gut wärmeleitfähigen Material, z. B. Aluminium, besteht, wird die Wärme rasch zur Außenseite des Stators transportiert und kann dort an die Umgebung abgegeben werden.

Zweckmäßigerweise sind die Stege einstückig mit dem Statorring ausgebildet. Auf diese Weise wird ein bestmöglicher Wärmetransport innerhalb des Statorgehäuses erzielt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Spulen in das Stator­ gehäuse eingeklebt. Die vorgefertigten Spulen können dadurch fertigungstechnisch günstig mit dem Statorkörper verbunden werden.

Sofern der Statorring mit am Außenumfang angeordneten Kühlrippen versehen ist, kann die von den Spulen erzeugte Wärme gut an die Umgebung abgeführt werden.

Dabei ist es fertigungstechnisch von Vorteil, wenn die Kühlrippen umlaufend aus­ gebildet sind. Die Kühlrippen können dann auf einfache Weise durch spanabhebende Bearbeitung z. B. auf einer Drehmaschine, aus dem Statorring herausgearbeitet werden.

Alternativ oder zusätzlich zur Kühlung mit Hilfe von Kühlrippen kann das Stator­ gehäuse - je nach thermischer Anforderung - mit Kühlkanälen versehen sein (Stator­ ring und/oder Stege), die zur Führung von Kühlflüssigkeit vorgesehen sind.

Die Spulen weisen mit Vorteil einen Spulenkern aus magnetisch leitendem Material und eine außenliegende Spulenwicklung auf. Durch diese Bauweise sind die einzelnen Spulen auf einfache Weise herstellbar. Darüber hinaus herrscht größtmögliche Gestal­ tungsfreiheit hinsichtlich Form und Aufbau der Spule.

So kann der Spulenkern mit oder ohne Polschuhe ausgeführt sein. Als Werkstoffe kommen verschiedenste, magnetisch leitende Materialen in Frage. Der Spulenkern kann z. B. aus gesintertem Material oder aus Blechpaketen bestehen.

Die Spulenwicklungen können aus Flachdraht, Runddraht oder Litzen hergestellt werden.

Der erfindungsgemäße Stator ermöglicht einen hohen Kupferfüllfaktor. Damit werden die Wärmeverluste klein gehalten.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest auf einer Stirnseite des Statorgehäuses mindestens eine mit den Spulen elektrisch verbundene Stromschiene angeordnet ist. Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass bei Verwendung von mehrphasigen Spulen die Stromschienen aus mehreren, untereinander isolierten Teilen bestehen können. Darüber hinaus ist es möglich, auf jeder Stirnseite (oder auch nur auf einer Stirnseite) mehrere, voneinander isolierte Stromschienen parallel zueinander anzuordnen.

Der erfindungsgemäße Stators eignet sich besonders gut für die Verwendung in einer elektrischen Maschine in Scheibenläuferbauweise. Solche Maschinen, die ein axiales Magnetfeld aufweisen, weisen eine hohe Leistung auf und sind sehr kompakt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schemati­ schen Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 das Statorgehäuse eines erfindungsgemäßen Stators in räumlicher Darstellung,

Fig. 2 die Spulen und die Stromschienen eines erfindungsgemäßen Stators in räumlicher Darstellung,

Fig. 3 einen vollständigen erfindungsgemäßen Stator in räumlicher Darstellung,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Stators gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 einen Schnitt durch den Stator gemäß Linie V-V in Fig. 4.

Der erfindungsgemäße Stator weist ein Statorgehäuse 1 auf, das aus einem Statorring 1a und daran befestigten, radial nach innen gerichteten Stegen 1b besteht (Fig. 1). An der Außenumfangsfläche des Statorrings 1a sind umlaufende Kühlrippen 1c ange­ ordnet. Sowohl die Stege 1b als auch die Kühlrippen 1c sind bevorzugt einstückig mit dem Statorring 1a gebildet. Die Stege 1b sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel sektorförmig ausgebildet. Die zur Aufnahme von Spulen vorgesehenen Räume zwischen den Stegen 1b sind - bedingt durch die Formgebung der Stege 1b - an­ nähernd trapezförmig. Es sind auch andere Formgebungen der Stege 1b und der Zwischenräume möglich.

Der Stator weist ferner eine Mehrzahl von separaten Spulen 2 auf, die jeweils aus einem Spulenkem 2a aus magnetisch leitendem Material und einer Spulenwicklung 2b aus Kupfer bestehen (Fig. 2). Die Spulen sind konzentrisch zur Mittelachse des Statorgehäuses 1 angeordnet. Die Wicklungsachsen der Spulen 2 sind dabei parallel zur Mittelachse des Statorgehäuses 1. Diejenigen Enden der Spulenwicklungen 2a, die jeweils in einer gemeinsamem Ebene liegen, sind an eine von zwei ringförmigen Stromschienen 3a bzw. 3b angeschlossen. Dies kann z. B. durch Löten, Schweissen, Quetschen oder durch eine Schnappverbindung erfolgen.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen den erfindungsgemäßen Stator im zusammengebauten Zu­ stand. Die Spulen 2 sind dabei zwischen den Stegen 1b angeordnet und sowohl mit diesen als auch mit der Innenumfangsfläche des Statorrings 1a verklebt. Dabei stehen die Spulen 2 in wärmeübertragender Berührungsverbindung mit den Stegen 1b und der Innenumfangsfläche des Statorrings 1a. Die Stromschienen 3a und 3b befindet sich an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Statorrings 1a. Die Spulenwicklungen 2b der Spulen 2 sind sowohl gegenüber den zugeordneten Spulenkernen 2a als auch gegen­ über dem Statorgehäuse 1 elektrisch isoliert.

Der erfindungsgemäße Stator ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel für eine elektrische Axialfeldmaschine in Scheibenläuferbauweise vorgesehen.

Neben dem fertigungs- und montagetechnisch günstigen modularen Aufbau des erfindungsgemäßen Stators (eine automatisierte Fertigung und Montage ist mit geringem Aufwand möglich) wird die Kühlung der Spulen 2 verbessert, wodurch die Leistung einer elektrischen Maschine erhöht werden kann, die mit diesem Stator ausgerüstet ist.

In diesem Zusammenhang bewirkt die vergrößerte Kontaktfläche zwischen dem Statorgehäuse 1 und den einzelnen Spulen 2 eine erhöhte Wärmeabfuhr von den Spulen 2. Die Übertragung der abgeführten Wärme vom Statorgehäuse 1 an die Umgebung wird durch die am Statorring 1a am Außenumfang angeordneten Kühlrippen 1c erleichtert.

Daneben ist es auch möglich das Statorgehäuse 1 (Statorring 1a und/oder Stege 1b) mit Kühlkanälen zu versehen, die zur Führung von Kühlflüssigkeit vorgesehen sind (in den Figuren nicht dargestellt).

Claims (10)

1. Stator für eine elektrische Maschine mit einer Mehrzahl von separaten Spulen, die in einem Statorgehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (1) einen Statorring (1a) und damit verbundene, radial nach innen gerichtete Stege (1b) aufweist, zwischen denen die Spulen (2) angeordnet sind, wobei die Spulen mit dem Statorring (1a) und den Stegen (1b) in wärmeüber­ tragender Berührungsverbindung stehen.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (1b) einstückig mit dem Statorring (1a) ausgebildet sind.

3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stator­ gehäuse (1) aus einem gut wärmeleitfähigen Material besteht.

4. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (2) in das Statorgehäuse (1) eingeklebt sind.

5. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring (1a) mit am Außenumfang angeordneten Kühlrippen (1c) versehen ist.

6. Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (1c) umlaufend ausgebildet sind.

7. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (1a) mit Kühlkanälen versehen ist, die zur Führung von Kühlflüssig­ keit vorgesehen sind.

8. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (2) jeweils einen Spulenkem (2a) aus magnetisch leitendem Material und eine außenliegende Spulenwicklung (2b) aufweisen.

9. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf einer Stirnseite des Statorgehäuses (1) mindestens eine mit den Spulen (2) elektrisch verbundene Stromschiene (3a bzw. 3b) angeordnet ist.

10. Verwendung eines Stators nach einem der vorangegangenen Ansprüche für eine elektrische Maschine in Scheibenläuferbauweise.