Außenläufermaschine mit Statorsegmenten Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Außenläufer und einem Innenstator, der mit dem Außenläufer koaxial angeordnet ist.

In elektrischen Maschinen und insbesondere in Elektromotoren für Fahrzeuganwendungen wie Hybridfahrzeuge oder E-Cars wird durch die Verwendung von segmentierten Statoren die Statorfertigung wesentlich vereinfacht und verbilligt. Aus techni ^¬ scher Sicht ist durch die Verwendung von segmentierten Statoren eine höhere Packungsdichte der Wicklung und damit der Bau von Maschinen mit deutlich höherer Leistungsdichte bzw. geringerer Baugröße möglich.

Benötigt man aufgrund der effektiveren Bauraumnutzung (unter Berücksichtigung von Schnittstellenanforderungen des Fahr- zeugherstellers) eine Außenläufer-Maschine, so befindet sich der Stator innerhalb des Rotors. Damit stehen die Statorseg ^¬ mente radial nach außen (Richtung Rotor) und können nicht durch ein umhüllendes Gehäuse gehalten werden, sondern müssen auf andere Weise fixiert werden.

Beim Bau von Elektromotoren mit Innenläufer und segmentiertem Stator wird typischerweise der Ring aus mehreren Statorseg ^¬ menten in ein Statorgehäuse eingepresst. Dies ist aufgrund des geometrischen Aufbaus einer Außenläufer-Elektromaschine nicht möglich.

Aus der Druckschrift DE 10 2008 050 450 AI ist ein Stator für einen Außenläufermotor bekannt. Der Stator umfasst identische Statorsegmente, die in Umfangsrichtung aufeinander folgend über Formschlussverbindungen zusammengehalten sind. Jedes

Statorsegment umfasst ein Polteil mit einem Fußabschnitt, ei ^¬ nem Armabschnitt und einem Kopfabschnitt , die zusammen ähnli ^¬ che Geometrie aufweisen, wie ein Wickelkörper. Auf die Polteile werden Einzelwicklungen aufgewickelt, wodurch man identische Statorsegmente erhält, die dann zusammengesetzt werden. Die auf den Stator wirkenden Radialkräfte müssen dabei von den Formschlussverbindungen aufgenommen werden. Dies kann unter Umständen zu Stabilitätsproblemen führen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine elektrische Maschine vorzuschlagen, die einen Außenläu ^¬ fer besitzt und deren segmentierter Innenstator stabiler auf- gebaut ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektri ^¬ sche Maschine mit einem Außenläufer und einem Innenstator, der mit dem Außenläufer koaxial angeordnet ist, wobei der In- nenstator einen Träger aufweist, an dessen Umfang mehrere

Statorsegmente jeweils einzeln, in radialer Richtung kraft ^¬ schlüssig, direkt an dem Träger befestigt sind.

In vorteilhafter Weise ist also jedes Statorsegment nicht nur an seinen benachbarten Segmenten fixiert, sondern unmittelbar an dem Träger. Somit kann der Träger die wesentlichen radialen Kräfte auf die Statorsegmente direkt aufnehmen.

Darüber hinaus wird so ein guter thermischer Kontakt zwischen Statorsegmenten und Statorträger erreicht.

Vorzugsweise besitzt jedes Statorsegment ein Blechpaket mit genau einem Zahn, auf den eine Spule gewickelt ist. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Statorsegmente wesentlich einfacher, insbesondere automatisiert bewickelt werden kön- nen. Alternativ kann ein Statorsegment natürlich auch mehrere Zähne aufweisen, die dann entsprechend aufwändiger zu bewickeln sind.

Darüber hinaus kann mindestens eines der Statorsegmente eine Nut, die zu einem benachbarten der Statorsegmente gerichtet ist, und das benachbarte Statorsegment eine korrespondierende Feder aufweisen, wobei die beiden Statorsegmente durch die Nut und die Feder formschlüssig miteinander verbunden sind. Damit werden die einzelnen Statorsegmente nicht nur unmittel ^¬ bar durch den Träger, sondern auch durch die benachbarten Statorsegmente in Position gehalten.

Der Träger kann insbesondere ringförmig ausgebildet sein. Derartige Träger können kostengünstig hergestellt werden, und sie besitzen außerdem eine sehr hohe Festigkeit. Alternativ kann der Träger auch die Form eines Polygons besitzen. Dies hat den Vorteil, dass der Kopf eines Statorpols eben gefertigt werden kann.

Darüber hinaus kann jedes Statorsegment eine radial nach in- nen zur Achse der elektrischen Maschine gerichtete Befesti ^¬ gungsnut mit Hinterschneidung aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass jedes Statorsegment durch einen einfachen Form ^¬ schluss radial an dem Träger gehalten werden kann. Die Befestigungsnut ist günstigerweise an einem Abschnitt des jeweiligen Statorsegments angeordnet, der beim Betrieb der elektrischen Maschine magnetisch weniger belastet ist als die meisten anderen Abschnitte des Statorsegments. Hierdurch wird der magnetische Kreis im Stator durch die Befestigungsnut am wenigsten beeinträchtigt. Eine besonders vorteilhafte Stelle für die Befestigungsnut liegt mittig über einem Polzahn im Kopf des Pols.

Vorzugsweise ist in der Nut ein Nutstein angeordnet, der mit der Hinterschneidung der Befestigungsnut einen Formschluss eingeht. Ein derartiger Nutstein ist für die Montage leicht in die Nut einzuführen und sollte aus einem ferromagnetischen Material hergestellt sein. Ferner kann der Nutstein mit einem Bolzen an dem Träger befestigt sein. Ein derartiger Bolzen ist leicht zu montieren und kann in ausreichendem Maße die radialen Kräfte aufnehmen. Vorteilhaft ist außerdem, wenn der Bolzen und der Nutstein miteinander verschraubt sind. Derartige Verschraubungen las ^¬ sen sich mit geringem Aufwand realisieren. Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

FIG 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße

elektrische Maschine senkrecht zur Maschinenachse; und

FIG 2 einen Ausschnitt von FIG 1 mit dem Statorträger und einem einzelnen Statorsegment. Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.

Entsprechend dem Beispiel von FIG 1 ist eine Außenläuferma- schine mit einem Außenläufer 1 und einem Innenstator 2 vorgesehen. Der Außenläufer 1 besitzt am Innenumfang verteilt Permanentmagnete 3, die zum Innenstator 2 gerichtet sind.

Der Stator 2 weist im vorliegenden Beispiel exemplarisch sechs Statorsegmente 4 auf. Diese Anzahl ist natürlich genau ^¬ so veränderbar wie die Anzahl der Permanentmagnete 3 am Au ^¬ ßenläufer 1.

Jedes Statorsegment 4 weist ein Blechpaket 5 auf (vergleiche FIG 2) . Mit dem Blechpaket 5 ist ein Polzahn 6 ausgebildet, auf den eine Wicklung gewickelt wird, die in den Figuren nicht dargestellt ist. Der Polzahn 6 ist radial nach außen zum Außenläufer 1 hin mit einem Polschuh 7 und radial nach innen mit einem Zahnkopf 8 begrenzt. Der Zahnkopf 8 ist hier unmittelbar auf einem Statorträger 9 befestigt, der hier ringförmige Gestalt besitzt. An diesem Statorträger 9 sind gemäß FIG 1 die mehreren Statorsegmente 4 einzeln befestigt. Der Übersicht halber ist in FIG 2 lediglich ein einzelnes Statorsegment 4 auf dem ringförmigen Statorträger 9 befestigt. Alternativ kann der Statorträger 9 auch eine andere Geometrie, z. B. polygonförmig, besitzen. In dem in den Figuren dargestellten Beispiel enthält das

Blechpaket 5 jedes Statorsegments 4 eine Befestigungsnut 10, die in Stapelrichtung des Blechpakets 5 bzw. in axialer Richtung der elektrischen Maschine verläuft und eine Hinter- schneidung besitzt. Die Befestigungsnut 10 verläuft über die gesamte Dicke des Blechpakets 5. In der Befestigungsnut 10 findet ein Nutstein 11 Platz, der sich ebenfalls über die gesamte Blechpaketlänge erstreckt und der eine oder mehrere Ge ^¬ winde besitzt. Die Statorsegmente 4 werden auf dem Statorträger 9 befestigt, indem von innen Schrauben 12 durch den Statorträger 9 in die Gewinde der Nutsteine 11 geschraubt werden. Somit werden die Blechpakete 5 der Statorsegmente 4 durch die Schrauben 12 ra ^¬ dial nach innen auf den Trägerring 9 gezogen und fixiert. Durch die feste Verschraubung wird auch ein guter thermischer Kontakt zwischen Blechpaket 5 und Statorträger 9 erreicht.

Die Befestigungsnut 10 ist in einem magnetisch schwach be ^¬ lasteten Bereich des Eisenkreises ausgeführt. Der magnetische Fluss in dem Polzahn 6 teilt sich nämlich in Richtung zur linken Hälfte des Zahnkopfes 8 und zur rechten Hälfte des Zahnkopfes 8. Die Befestigungsnut 10 liegt genau zwischen diesen beiden Zahnkopfhälften . Demzufolge ist die Reduktion des Drehmoments aufgrund der Befestigungsnut 10 sehr gering und kann durch Ausführung von ferromagnetischen Nutsteinen 11 nochmals verringert werden.

Seitlich an den Statorsegmenten 4, insbesondere an den Zahnköpfen 8 befinden sich auf einer Seite eine Nut 13 und auf der in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seite eine Feder

14. Dadurch werden die Statorsegmente 4 gut zueinander ausgerichtet und erhalten zusätzliche Stabilität in der ringförmi ^¬ gen Anordnung. Sollte sich die Befestigung eines Statorseg- ments 4 während des Betriebs der Maschine lockern, so wird dieses Segment aufgrund der beschriebenen Anordnung weiterhin durch die benachbarten Segmente in seiner Position gehalten. Entsprechend einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Befestigung der Statorsegmente 4 auf dem Statorträger 9 nicht durch eine Verschraubung sondern durch Verschweißen oder Hartlöten von Statorträger 9 und Bolzen zum Halten der Statorsegmente 4 (in den Figuren nicht dargestellt) . Dabei ist darauf zu achten, dass die Blechpakete 5 der Statorsegmente 4 gut auf den Statorträger 9 gepresst und in dieser Position gehalten werden (gegebenenfalls durch eine geeignete Hilfs ^¬ vorrichtung) , bis die Verschweißung bzw. Verlötung der beiden Komponenten abgeschlossen ist. Nur so kann garantiert werden, dass neben dem guten mechanischen Halt auch eine gute thermische Verbindung zwischen Statorsegmenten 4 und Statorträger 9 erreicht wird. Die Nutensteine 11 bleiben also erhalten und werden zusätzlich mit nach innen gerichteten Bolzen ausgeführt. Diese Bolzen können dann mit dem Trägerring ver- schweißt oder verlötet werden.

In vorteilhafter Weise ist also durch die Befestigung von Statorsegmenten 4 auf dem Statorträger 9 die Möglichkeit erschlossen, eine Außenläufermaschine mit segmentiertem Stator 2 zu fertigen. Derartige Elektromotoren können in Hybridfahrzeugen und sogenannten E-Cars eingesetzt werden. So wird es möglich, eine platzsparende und hocheffiziente Elektromaschi- ne zu entwickeln, die zumindest unter gewissen Randbedingungen, welche beispielsweise von einem Kraftfahrzeughersteller definiert werden, gegenüber einer Innenläufermaschine Bau ^¬ raumvorteile aufweist.

Der segmentierte Stator 2 erlaubt außerdem eine wesentlich einfachere und damit kostengünstigere Fertigung von Statoren für Elektromotoren. Zur Fertigung reichen weniger aufwändige Wickelmaschinen aus. Die Wicklungen können zudem schneller hergestellt werden. Durch die einfachere Zugänglichkeit des Wickelraums der seg ^¬ mentierten Statorblechpakete wird auch eine bessere Ausnut ^¬ zung des Wickelraums und damit eine größere Wicklungsdichte erreicht. Damit kann eine Elektromaschine mit höherer Leis- tungsdichte (im Vergleich zu konventionellen Statoren) gebaut werden, da der verfügbare Wicklungsraum effizienter genutzt wird. Durch die höhere Leistungsdichte im Vergleich zu Ma ^¬ schinen mit konventionellen Statoren wird ermöglicht, dass hocheffiziente Elektromaschinen mit geringerer Baugröße rea- lisiert werden. Die segmentierte Ausführung spart ferner Ma ^¬ terial, da die Ausnutzung des Blechs beim Stanzen wesentlich höher ist. Darüber hinaus ist eine automatisierte Fertigung eines solchen Stators einfacher möglich als bei einer Einzelwicklung oder bei nicht segmentiert ausgeführten Statoren.