Охлаждаемая воздухом электрическая машина с ребрами охлаждения из статорной листовой стали

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к электрической машине и транспортному средству, содержащему такую машину. Технический результат – улучшение охлаждения. Электрическая машина содержит ротор (1), установленный в подшипниках (2) с возможностью вращения вокруг оси (3) вращения, статор (4), который окружает ротор (1). Статор (4) состоит из стальных листов (5, 6), которые имеют, относительно оси (3) вращения, радиально снаружи несколько выемок (9), образующих в совокупности проходящие параллельно оси (3) вращения канавки (10). В канавках (10) расположены стяжные планки (11). Статорные стальные листы (5) имеют каждый по меньшей мере одно большое ушко (13), которое выступает между обеими, при рассматривании в окружном направлении вокруг оси (3) вращения, примыкающими к большому ушку стяжными планками (11) за обе примыкающие стяжные планки (11) радиально наружу и имеет там проходящие вокруг оси (3) вращения консоли (14), которые охватывают обе примыкающие стяжные планки (11). 2 н. и 39 з.п. ф-лы, 16 ил.

 

Данное изобретение относится к электрической машине, при этом

- электрическая машина имеет ротор, который установлен в подшипниках с возможностью вращения, так что обеспечивается возможность вращения ротора вокруг оси вращения,

- электрическая машина имеет статор, который окружает ротор радиально снаружи относительно оси вращения,

- статор состоит из статорных стальных листов, которые, при рассматривании в направлении оси вращения, штабелированы друг на друге.

Такие электрические машины широко известны. В частности, почти каждая вращающаяся электрическая машина, ротор которой выполнен в виде внутреннего ротора, выполнена таким образом.

Кроме того, данное изобретение относится к наземному транспортному средству, при этом

- наземное транспортное средство имеет приводные колеса,

- ротор электрической машины воздействует по меньшей мере на одно из приводных колес,

- ось вращения ротора проходит поперек направления движения наземного транспортного средства.

Такие наземные транспортные средства также хорошо известны, в частности, в виде рельсовых транспортных средств.

В наземных транспортных средствах, если они приводятся в действие с помощью электрических машин, часто используются непосредственные приводы. На основании низких скоростей вращения непосредственного привода и часто ограниченного конструктивного пространства нельзя применять собственные вентиляторы для охлаждения. Водяное охлаждение, хотя и возможно, однако приводит к увеличению стоимости. Поэтому из уровня техники известно окружение статора литым корпусом, который в свою очередь имеет ребра охлаждения. Возникающее в статоре тепло потерь направляется в корпус и там за счет обтекающего воздушного потока, конвекции и излучения отдается в окружение. Недостатком этой конструкции является то, что должно быть обеспечено небольшое сопротивление переносу тепла от статора к литому корпусу. Поэтому должна быть тщательно выполнена посадка. Толщина стенки корпуса, соответственно, большая. Кроме того, по соображениям технологии литья, минимальная толщина ребер охлаждения не должна быть слишком малой. Поэтому ребра охлаждения становятся относительно толстыми и тяжелыми. Кроме того, ограничена реализуемая поверхность ребер охлаждения.

Кроме того, из уровня техники известны электрические машины без корпуса. В таких электрических машинах часто снаружи на статоре расположены массивные стяжные планки. Стяжные планки в значительной мере закрывают статорные стальные листы и часто также имеющиеся ребра охлаждения. Поэтому они отрицательно влияют на охлаждение.

Из IT MI 941 458 А1 известна электрическая машина указанного в начале вида, в которой статорные стальные листы имеют, относительно оси вращения, радиально снаружи несколько выемок, которые в своей совокупности образуют проходящие параллельно оси вращения канавки. Из IT MI 941 458 А1 не следует ясно и однозначно, расположены ли в канавках стяжные планки и соединены ли стяжные планки на своих концах с концевыми кольцами. Канавки выполнены в форме ласточкина хвоста.

Из US 2004/0000821 А1 также известна электрическая машина указанного в начале вида. В этой электрической машине статорные стальные листы имеют, относительно оси вращения, радиально снаружи несколько выемок, которые образуют в совокупности проходящие параллельно оси вращения канавки. В канавках расположены стяжные планки, которые на своих концах соединены с концевыми кольцами. Статорные стальные листы содержат первые статорные стальные листы, которые имеют каждый по меньшей мере одно большое ушко, которое, при рассматривании в окружном направлении вокруг оси вращения, выступает между примыкающим к большому ушку стяжными планками радиально наружу за обе примыкающие стяжные планки.

В JP Н06 070 452U раскрыто по существу то же содержание.

Задача данного изобретения состоит в создании возможностейпростого эффективного воздушного охлаждения бескорпусной электрической машины.

Задача решена с помощью электрической машины с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения электрической машины являются предметом зависимых пунктов 2–13 формулы изобретения.

Согласно изобретению, электрическая машина указанного в начале вида дополнительно усовершенствована тем, что

- статорные стальные листы имеют, относительно оси вращения, радиально снаружи множество выемок, которые образуют в совокупности проходящие параллельно оси вращения канавки,

- в канавках расположены стяжные планки, которые на своих концах соединены с концевыми кольцами,

- статорные стальные листы содержат по меньшей мере первые статорные стальные листы, и

- первые статорные стальные листы имеют каждый по меньшей мере одно большое ушко, которое выступает между обеими, при рассматривании в окружном направлении вокруг оси вращения, примыкающими к большому ушку стяжными планками за обе примыкающие стяжные планки радиально наружу и имеет там проходящие вокруг оси вращения консоли, которые охватывают обе примыкающие стяжные планки.

За счет этого обеспечивается возможность, с одной стороны, реализации с помощью первых статорных стальных листов ребер охлаждения, которые, при рассматривании в радиальном направлении относительно оси вращения, выступают за стяжные планки. С другой стороны, с помощью консолей стяжные планки фиксируются в радиальном направлении. Поэтому, если на электрическую машину воздействует изгибающий момент, то стяжные планки не могут подниматься со статора. За счет этого, в противоположность уровню техники, все стяжные планки воспринимают часть изгибающего момента. Следовательно, подлежащий восприятию отдельной стяжной планкой изгибающий момент меньше, чем в уровне техники. Поэтому стяжные планки могут быть выполнены с меньшими размерами.

В одном предпочтительном варианте выполнения электрической машины предусмотрено, что первые статорные стальные листы дополнительно имеют другие ушки, которые, при рассматривании в окружном направлении вокруг оси вращения, выступают радиально наружу между обеими примыкающими к соответствующему другому ушку стяжными планками. За счет этого обеспечивается возможность более гибкого выполнения ребер охлаждения.

Предпочтительно предусмотрено, что по меньшей мере одно из других ушек выступает наружу за обе соответствующие примыкающие стяжные планки. Эти другие ушки могут, но не обязательно, иметь аналогично большому ушку консоли, которые проходят вокруг оси вращения и охватывают обе примыкающие стяжные планки. В качестве альтернативного решения или дополнительно возможно, что другие ушки первых статорных стальных листов выступают различно далеко радиально наружу. За счет этих выполнений можно структуру ребер охлаждения настраивать на оптимальный отвод тепла.

Количество стяжных планок может определяться по потребности. Особенно предпочтительно, количество составляет 6. В частности, такие статорные стальные листы можно применять, как правило, независимо от количества статорных канавок в каждой питаемой трехфазным током электрической машине.

Уже в случае, когда статорные стальные листы содержат исключительно первые статорные стальные листы, возможно множество вариантов выполнения электрической машины с высокоэффективным охлаждением. Однако предпочтительно предусмотрено, что

- статорные стальные листы дополнительно к первым статорным стальным листам содержат вторые статорные стальные листы,

- вторые статорные стальные листы имеют каждый несколько ушек, которые, при рассматривании в окружном направлении вокруг оси вращения, выступают между обеими примыкающими к соответствующему ушку стяжными планками радиально наружу за обе примыкающие стяжные планки,

- однако ушки вторых статорных стальных листов выступают радиально наружу не так далеко, как большие ушки первых статорных стальных листов, и не имеют проходящих вокруг оси вращения консолей, которые охватывают обе соответствующие примыкающие стяжные планки.

Наличие также вторых статорных стальных листов обеспечивает намного большую гибкость при выборе конструкции ребер охлаждения. В частности, можно гибко устанавливать расстояние друг от друга в направлении оси вращения больших ушек, которые расположены в окружном направлении вокруг оси вращения в одинаковом тангенциальном положении.

Предпочтительно, когда ушки вторых статорных стальных листов выступают радиально наружу различно далеко.

Как правило, количество ушек вторых статорных стальных листов равно количеству ушек первых статорных стальных листов.

С помощью первых и вторых статорных стальных листов обеспечивается, как правило, вполне достаточная гибкость при выполнении статора. Возможно также, что статорные стальные листы не имеют других статорных стальных листов.

Поперечное сечение стяжных планок можно выбирать по потребности. Предпочтительно, стяжные планки имеют прямоугольное или трапециевидное поперечное сечение. Это обеспечивает возможность выполнения относительно легкой и стабильной и, тем не менее, дешевой конструкции. Это относится в особенности к случаю, когда, относительно оси вращения, широкие стороны прямоугольного поперечного сечения, соответственно, параллельные стороны трапециевидного поперечного сечения ориентированы в окружном направлении, а другие стороны - в радиальном направлении.

Предпочтительно предусмотрено, что статорные стальные листы объединены в группы, при рассматривании в направлении оси вращения, непосредственно следующих друг за другом статорных стальных листов, при этом группы имеют соответствующий единообразный контур группы, и контур группы изменяется от группы к группе статорных стальных листов. За счет этого обеспечивается хорошее охлаждающее действие при хорошей механической стабильности ушек, без оказания отрицательного влияния на электрические свойства электрической машины.

Количество статорных стальных листов в группе можно выбирать по потребности. Как правило, количество статорных стальных листов в группе составляет между 4 и 10. Точно также толщину групп в направлении оси вращения можно выбирать по потребности. Как правило, толщина составляет между 2,5 мм и 6,0 мм, например, между 3,5 мм и 5,0 мм.

В одном особенно предпочтительном варианте выполнения данного изобретения предусмотрено, что, при рассматривании в направлении оси вращения, группы статорных стальных листов в середине следуют друг за другом с первой последовательностью, а в ограничивающих середину с обеих сторон краевых зонах следуют друг за другом в отличной от первой последовательности второй последовательности. За счет этого можно оптимировать электрическую машину в середине по-другому, чем на краях.

Кроме того, задача решена с помощью наземного транспортного средства с признаками пункта 14 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения наземного транспортного средства, согласно изобретению, являются предметом зависимых пунктов 15 и 16 формулы изобретения.

Согласно изобретению, наземное транспортное средство указанного в начале вида дополнительно усовершенствовано тем, что

- электрическая машина выполнена в виде электрической машины, согласно изобретению, и

- большие ушки первых статорных стальных листов расположены так, что они не выступают вниз.

За счет этого выполнения может достигаться, в частности, хорошее охлаждающее действие, когда по причинам небольшого просвета снизу, в нижней зоне не могут быть расположены ребра охлаждения.

В зависимости от потребности можно располагать большие ушки первых статорных стальных листов так, что они также не выступают вверх. За счет этого выполнения может быть также минимизирована вертикальная конструктивная высота электрической машины.

Наземное транспортное средство можно выполнять по потребности. Однако, в частности, возможно, что приводные колеса выполнены в виде ходовых колес наземного транспортного средства. В этом случае наземное транспортное средство применяется, в частности, в местных пассажирских перевозках. Например, наземное транспортное средство может быть выполнено в виде поезда метро или в виде трамвая.

Указанные выше свойства, признаки и преимущества данного изобретения, а также способы их достижения следуют из приведенного ниже более подробного пояснения примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг. 1 - электрическая машина, в изометрической проекции;

фиг. 2 - продольный разрез электрической машины из фиг. 1;

фиг. 3 - поперечный разрез электрической машины из фиг. 1;

фиг. 4 - отдельный первый статорный стальной лист;

фиг. 5 - отдельный второй статорный стальной лист;

фиг. 6 - возможные ориентации первых статорных стальных листов;

фиг. 7 - возможная первая последовательность первых и вторых статорных стальных листов;

фиг. 8-11 - соответствующие геометрические формы ребер охлаждения;

фиг. 12 - возможная вторая последовательность первых и вторых статорных стальных листов;

фиг. 13 - возможные ориентации вторых статорных стальных листов;

фиг. 14 - другие возможные ориентации первых статорных стальных листов;

фиг. 15 - электрическая машина, на виде сбоку; и

фиг. 16 - наземное транспортное средство.

Как показано на фиг. 1-3, электрическая машина имеет ротор 1. Ротор 1 установлен с возможностью вращения в подшипниках 2. За счет этого обеспечивается возможность вращения ротора 1 вокруг оси 3 вращения.

При применении в последующем понятий «осевой», «радиальный» или «тангенциальный» они всегда указываются относительно оси 3 вращения. Осевым является направление, которое ориентировано параллельно оси 3 вращения. Радиальным является направление, которое проходит перпендикулярно оси 3 вращения, т.е. прямо к оси 3 вращения или от нее. Тангенциальным является направление, которое ориентировано на постоянном радиальном расстоянии от оси 3 вращения в окружном направлении вокруг оси 3 вращения.

Кроме того, электрическая машина имеет статор 4. Статор 4 состоит из статорных стальных листов 5, 6. Статорные стальные листы 5, 6, при рассматривании в осевом направлении, штабелированы друг на друге. Статорные стальные листы 5, 6 имеют, как показано на фиг. 4 и 5, на своей обращенной к ротору 1 стороне (т.е. радиально внутри) зубцы 7, которые выступают в направлении ротора 1. Между зубцами 7 расположена статорная обмотка. От статорной обмотки 8 можно видеть на фиг. 2 лишь лобовые части обмотки. Радиально снаружи статорные стальные листы 5, 6 имеют несколько выемок 9. Выемки 9 образуют в совокупности (т.е. в осевом направлении по всей длине статора 4) проходящие в осевом направлении канавки 10. В канавках 10 расположены стяжные планки 11. Стяжные планки 11 соединены на своих концах с концевыми кольцами 12. С помощью стяжных планок 11 и концевых колец 12 удерживается вместе статор 4. Соединение стяжных планок 11 и концевых колец 12 друг с другом может выполняться в зависимости от потребности. Например, стяжные планки 11 могут быть сварены с концевыми кольцами 12. Стяжные планки имеют предпочтительно прямоугольное или трапециевидное поперечное сечение. На концевые кольца 12 в осевом направлении снаружи насажены, как правило, подшипниковые щиты 12', в которых расположены подшипники 2.

Статорные стальные листы 5, 6 содержат по меньшей мере первые статорные стальные листы 5. Первые статорные стальные листы 5 имеют одинаковую выкройку листа. Отдельный первый статорный стальной лист 5 показан на фиг. 4. Как показано на фиг. 4, изображенный первый статорный стальной лист 5 имеет большое ушко 13. Большое ушко 13 проходит в тангенциальном направлении между обеими тангенциально примыкающими стяжными планками 11. Большое ушко 13 выступает радиально наружу за эти обе стяжные планки 11. В выступающей за эти обе стяжные планки 11 зоне большое ушко 13 имеет консоли 14, которые проходят тангенциально и охватывают эти обе стяжные планки 11 радиально снаружи.

Как показано на фиг. 4, первые статорные стальные листы 5 имеют каждый одно единственное большое ушко 13. Однако в некоторых случаях может быть целесообразным, когда первые статорные стальные листы 5 имеют больше, чем одно большое ушко 13. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения электрической машины может быть достаточным, что первые статорные стальные листы 5 имеют исключительно большое ушко 13, соответственно, большие ушки 13, но не другие ушки 15, 16. Однако часто эти другие ушки 15, 16 имеются. В этом случае другие ушки 15, 16 проходят в тангенциальном направлении между обеими тангенциально примыкающими стяжными планками 11, однако не так далеко, как большое ушко 13, соответственно, большие ушки 13. Кроме того, другие ушки 15, 16 также выступают радиально наружу между обеими соответствующим примыкающими стяжными планками 11. Другие ушки 15, 16 не имеют, как показано на фиг. 4, в противоположность большому ушку 13, консоли, которые охватывают обе соответствующие примыкающие стяжные планки 11 радиально снаружи. Кроме того, другие ушки 15, 16 ограничены, относительно оси 3 вращения, радиально снаружи предпочтительно секущими. Это находится в противоречии с большим ушком 13, которое ограничено, относительно оси 3 вращения, радиально снаружи предпочтительно (возможно, за исключением его тангенциальных концевых зон) круговой дугой. В зависимости от положения в отдельном случае, другие ушки 15, 16 могут быть ограничены снаружи, в качестве альтернативы секущей, круговой дугой.

Возможно, что другие ушки 15, 16 первых статорных стальных листов 5, при рассматривании в радиальном направлении, не выходят радиально наружу за обе соответствующие примыкающие стяжные планки 11. В качестве альтернативного решения возможно, что по меньшей мере одно из других ушек 15, 16, при рассматривании в радиальном направлении, выступает радиально наружу за обе соответствующие примыкающие стяжные планки 11. В этом случае соответствующие другие ушки 15, 16 могут также иметь консоли, аналогично большому ушку 13. Кроме того, возможно, что другие ушки 15, 16 первых статорных стальных листов 5 выступают одинаково далеко радиально наружу. Однако предпочтительно, что другие ушки 15, 16 первых статорных стальных листов 5 выступают различно далеко радиально наружу, как показано на фиг. 4.

Как показано на фиг. 4, другие ушки 15, 16 проходят, при рассматривании в тангенциальном направлении вокруг оси 3 вращения, слегка конически. Таким образом, кромки образуют с радиальным направлением угол α, который хотя и мал, однако отличен от 0. Угол α может лежать, например, между 2° и 5°. На основании угла α, примыкающие к другим ушкам 15, 16 выемки 9 могут иметь радиально снаружи параллельное поперечное сечение или сужаться. В качестве альтернативного решения, кромки других ушек 15, 16 проходят чисто радиально наружу. Кромки большого ушка 13 имеют, независимо от того, проходят ли кромки других ушек 15, 16 чисто радиально или слегка конически, предпочтительно то же прохождение, что и кромки других ушек 15, 16. Относительно большого ушка 13 может иметься, но не обязательно, та же конусность.

Как показано на фиг. 4, количество стяжных планок 11 равно шести. Это является предпочтительным вариантом выполнения. Однако возможны варианты выполнения с большим или меньшим количеством стяжных планок 11.

Возможно, что статорные стальные листы 5, 6 содержат исключительно первые статорные стальные листы 5, но не содержат другие статорные стальные листы. В этом случае первые статорные стальные листы 5 могут быть штабелированы так, как это пояснено ниже со ссылками на фиг. 6.

На фиг. 6 первые статорные стальные листы 5 штабелированы с четырьмя различными ориентациями, а именно,

- с основной ориентацией, которая показана на фиг. 6 слева, а также на фиг. 4;

- с первой просто повернутой ориентацией, при которой соответствующий первый статорный стальной лист 5, относительно основной ориентации, повернут на 180° вокруг вертикальной оси 17 (смотри фиг. 4); это положение изображено на фиг. 6 справа рядом с первой просто повернутой ориентацией;

- со второй просто повернутой ориентацией, при которой соответствующий первый статорный стальной лист 5, относительно основной ориентации, повернут на 60° по часовой стрелке вокруг оси 3 вращения; это положение показано на фиг. 6 справа рядом с первой просто повернутой ориентацией;

- со второй просто повернутой ориентацией, при которой соответствующий первый статорный стальной лист 5, относительно основной ориентации, повернут сначала на 60° по часовой стрелке вокруг оси 3 вращения, а затем на 180° вокруг вертикальной оси 17; это положение показано на фиг. 6 совсем справа.

Последовательность, в которой ориентации следуют друг за другом, можно выбирать по потребности. В простейшем случае последовательность состоит из основной ориентации, первой просто повернутой ориентации, второй просто повернутой ориентации, дважды повернутой ориентации. В качестве альтернативного решения возможна последовательность из основной ориентации, второй просто повернутой ориентации, первой просто повернутой ориентации, дважды повернутой ориентации. В зависимости от отдельного случая возможны также другие последовательности, а также другие ориентации первых статорных стальных листов 5.

Статорные стальные листы 5, 6 имеют (при рассматривании в осевом направлении), как правило, относительно небольшую толщину. В большинстве случаев толщина отдельных статорных стальных листов 5, 6 лежит ниже 1 мм. Поэтому для повышения стабильности, в частности, больших ушек 13, первые статорные стальные листы 5 при штабелировании объединены в группы. Группы имеют несколько первых статорных стальных листов 5, которые следуют непосредственно друг за другом в осевом направлении, имеют одинаковую ориентацию и тем самым также одинаковый контур, называемый в последующем групповым контуром. Однако от группы к группе первых статорных стальных листов 5 групповой контур изменяется. Указанные выше в связи с фиг. 6 ориентации (или же другие ориентации) относятся предпочтительно не к отдельному первому статорному стальному листу 5, а к соответствующей группе первых статорных стальных листов 5.

Количество первых статорных стальных листов 5 в группе может определяться по потребности. Как правило, оно составляет между 4 и 10, например, 5 - 8. В частности, оно может составлять 6. На основании образования групп группы имеют (в осевом направлении) большую толщину, чем один единственный первый статорный стальной лист 5. Толщина группы составляет, как правило, между 2,5 мм и 6,00 мм, например, между 3,0 мм и 5,0 мм. В частности, она может составлять между 3,5 мм и 4,0 мм.

Возможно, что кроме первых статорных стальных листов 5 нет других статорных стальных листов 5, 6. Однако предпочтительно статорные стальные листы 5, 6 содержат дополнительно к первым статорным стальным листам 5 вторые статорные стальные листы 6. Вторые статорные стальные листы 6 имеют одинаковый крой стального листа. Отдельный второй статорный стальной лист 6 показан на фиг. 5. Как показано на фиг. 5, второй статорный стальной лист 6 имеет несколько ушек 18, 19, 20. Ушки 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6 проходят в тангенциальном направлении между обеими тангенциально примыкающими стяжными планками 11. Кроме того, ушки 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6 также выступают радиально наружу между обеими примыкающими стяжными планками 11. Однако ушки 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6 выступают не так далеко радиально наружу, как большие ушки 13 первого статорного стального листа 5. Ушки 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6, аналогично другим ушкам 15, 16 первых статорных стальных листов 5, не имеют консолей, которые охватывают обе соответствующие примыкающие стяжные планки 11.

Как показано на фиг. 5, количество ушек 18, 19, 20 второго статорного стального листа 3 оставляет 3. Таким образом, количество ушек 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6 равно количеству ушек 13, 15, 16 первого статорного стального листа 5. Это выполнение, как правило, предусмотрено, но не обязательно.

Возможно, что ушки 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6 все имеют одинаковый размер. Однако предпочтительно ушки 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6 выступают радиально наружу различно далеко. Некоторые из ушек 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6 хотя и могут иметь единообразную радиальную длину, однако по меньшей мере одно из ушек 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6 больше или, как показано на фиг. 5, меньше чем другие ушки 19, 20 второго статорного стального листа 6. Меньшие из ушек 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6 ограничены, относительно оси 3 вращения, радиально снаружи секущими. Это противоположно большим из ушек 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6, которые, относительно оси 3 вращения, ограничены радиально снаружи предпочтительно круговой дугой. В зависимости от каждого отдельного случая, в качестве альтернативного решения, меньшие из ушек 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6 могут быть ограничены радиально снаружи не секущей, а также круговой дугой.

Возможно, что ушки 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6, при рассматривании в радиальном направлении, не выступают радиально наружу за обе соответствующие примыкающие стяжные планки 11. В качестве альтернативного решения возможно, что по меньшей мере одно из ушек 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6, при рассматривании в радиальном направлении, выступают наружу за обе соответствующие примыкающие стяжные планки 11.

Как показано на фиг. 5, ушки 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6 проходят, аналогично другим ушкам 15, 16 первых статорных стальных листов 5, в тангенциальном направлении вокруг оси 3 вращения слегка конически. Таким образом, кромки образуют с радиальным направлением угол α. На основании угла α, примыкающие к ушкам 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6 выемки 9 сужаются радиально наружу или имеют параллельное поперечное сечение. В качестве альтернативного решения, кромки ушек 18, 19, 20 второго статорного стального листа 6, аналогично другим ушкам 15, 16 первого статорного стального листа 5, могут проходить чисто радиально наружу.

В частности, когда статорные стальные листы 5, 6 содержат как первые статорные стальные листы 5, так и вторые статорные стальные листы 6, то не требуется, чтобы статорные стальные листы 5, 6 содержали другие статорные стальные листы. А именно, за счет наличия как первых, так и вторых статорных стальных листов 5, 6 обеспечивается большая гибкость при выполнении охлаждающих ребер 21.

Ниже приводится пояснение сначала применительно к фиг. 7-11 первой возможной последовательности первых и вторых статорных стальных листов 5, 6, а затем в связи с фиг. 12 - второй возможной последовательности первых и вторых статорных стальных листов 5, 6. Независимо от того, реализуется ли одна из обеих поясняемых со ссылками на фиг. 7 - 12 последовательностей или другая последовательность, для последовательностей первых и вторых статорных стальных листов 5, 6 справедливо, как и указывалось выше для последовательностей (исключительно) первых статорных стальных листов 5, что для повышения стабильности образованных охлаждающих ребер 21 первые и вторые статорные стальные листы 5, 6 в рамках штабелирования в большинстве случаев объединяются в группы. Поэтому приведенные выше выкладки относительно образования групп, включая предпочтительное количество статорных стальных листов 5, 6 и относительно предпочтительной толщины образуемых групп, справедливы также для выполнений применительно к фиг. 7-12.

Применительно к фиг. 7-11, относительно первых статорных стальных листов 5 необходимы уже поясненные выше в связи с фиг. 4 ориентации (основная ориентация - первая просто повернутая ориентация - вторая просто повернутая ориентация - дважды повернутая ориентация). Относительно вторых статорных стальных листов 6 необходимы три ориентации, которые показаны на фиг. 13 и называются в последующем основной ориентацией, первой повернутой ориентацией и второй повернутой ориентацией.

- В основной ориентации, которая показана слева на фиг. 13, а также на фиг. 6, малое ушко 18 второго статорного стального листа 6 направлено вниз.

- В первой повернутой ориентации соответствующий второй статорный стальной лист 6 повернут, относительно основной ориентации, на 60° в направлении по часовой стрелке вокруг оси 3 вращения. Эта ориентация показана на фиг. 13 справа рядом с основной ориентацией.

- Во второй повернутой ориентации соответствующий второй статорный стальной лист 6 повернут, относительно основной ориентации, на 60° в направлении против часовой стрелки вокруг оси 3 вращения. Эта ориентация показана на фиг. 13 справа рядом с первой повернутой ориентацией.

На фиг. 7 показан ряд первых и вторых статорных стальных листов 5, 6 в соответствии с первой последовательностью. Первые и вторые статорные стальные листы 5, 6 (соответственно, соответствующие группы) следуют друг за другом в соответствии с указанной ниже последовательностью ориентаций:

- первый статорный стальной лист 5 в основной ориентации,

- первый статорный стальной лист 5 во второй просто повернутой ориентации,

- второй статорный стальной лист 6 в первой повернутой ориентации,

- второй статорный стальной лист 6 в основной ориентации,

- второй статорный стальной лист 6 во второй повернутой ориентации,

- первый статорный стальной лист 5 в дважды повернутой ориентации,

- первый статорный стальной лист 5 в первой просто повернутой ориентации,

- второй статорный стальной лист 6 в основной ориентации.

С помощью этой последовательности первых и вторых статорных стальных листов 5, 6 образуется, относительно изображенной на фиг. 4 системы координат, в обоих обозначенных позициями I и II квадрантах узор из охлаждающих ребер 21, как показано на фиг. 8. В обоих обозначенных позициями III и IV квадрантах образуется узор их охлаждающих ребер 21, как показано на фиг. 9. В зоне перехода от квадранта I к квадранту II образуется узор из охлаждающих ребер 21, как показано на фиг. 10. В зоне перехода от квадранта III к квадранту IV образуется узор из охлаждающих ребер 21, как показано на фиг. 11.

Для показанного на фиг. 12 ряда первых и вторых статорных стальных листов 5, 6 в соответствии со второй последовательностью необходимы четыре другие ориентации первых статорных стальных листов 5. Эти ориентации показаны на фиг. 14 и называются и определяются в последующем, исходя из уже поясненной основной ориентации первого статорного стального листа 5, следующим образом:

- Ориентация А: первый статорный стальной лист 5 поворачивается как вокруг оси 3 вращения, так и вокруг вертикальной оси 17 на 180°. Последовательность обоих поворотов не имеет значения. Эта ориентация показана на фиг. 14 слева снаружи.

- Ориентация В: первый статорный стальной лист 5 сначала поворачивается на 180° вокруг вертикальной оси 17, затем на 120° по часовой стрелке вокруг оси 3 вращения. Эта ориентация показана на фиг. 14 второй слева.

- Ориентация С: первый статорный стальной лист 5 поворачивается против часовой стрелки на 120° вокруг оси 3 вращения. Эта ориентация показана на фиг. 14 третьей слева.

- Ориентация D: первый статорный стальной лист 5 поворачивается на 180° вокруг оси 3 вращения. Эта ориентация показана на фиг. 14 справа снаружи.

Кроме того, требуется дополнительная ориентация вторых статорных стальных листов 6, называемая в последующем третьей повернутой ориентацией. В третьей повернутой ориентации соответствующий второй статорный стальной лист 6, относительно основной ориентации, повернут на 180° вокруг оси 3 вращения. Эта ориентация показана на фиг. 13 справа снаружи.

В рамках показанной на фиг. 12 последовательности, первые и вторые статорные стальные листы 5, 6 (соответственно, соответствующие группы) следуют друг за другом следующим образом:

- первый статорный стальной лист 5 в ориентации А,

- первый статорный стальной лист 5 в ориентации В,

- второй статорный стальной лист 6 в основной ориентации,

- второй статорный стальной лист 6 в третьей повернутой ориентации,

- второй статорный стальной лист 6 в основной ориентации,

- первый статорный стальной лист 5 в ориентации С,

- первый статорный стальной лист 5 в ориентации D,

- второй статорный стальной лист 6 в третьей повернутой ориентации.

С помощью этой последовательности первых и вторых статорных стальных листов 5, 6 образуется другой узор охлаждающих ребер 21. Однако как в последовательности, согласно фиг. 7, так и в последовательности, согласно фиг. 12, как вверху (т.е. в зоне переходя от квадранта I к квадранту II), так и внизу (т.е. в зоне переходя от квадранта III к квадранту IV) не расположены большие ушки 13 первых статорных стальных листов 5.

Во многих случаях достаточно применять в рамках штабелирования первых и вторых статорных стальных листов 5, 6 исключительно штабелирование, согласно фиг. 7, или исключительно штабелирование, согласно фиг. 12. Однако в некоторых случаях целесообразно, как показано на фиг. 15, при рассматривании в осевом направлении, в середине электрической машины, с одной стороны, и в ограничивающих с обеих сторон середину краевых зонах иметь следующие друг за другом различные последовательности. Например, в середине можно применять первую, поясненную со ссылками на фиг. 7 последовательность, а в краевых зонах вторую, поясненную выше последовательность, показанную на фиг. 12. Краевые зоны могут проходить, при рассматривании в осевом направлении, по потребности, например, по наружным 10-25% длины статора 4.

Электрическая машина, согласно изобретению, обеспечивает принципиально универсальное применение. Например, как показано на фиг. 16, ее можно применять для привода наземного транспортного средства. В этом случае наземное транспортное средство имеет приводные колеса 22, при этом ротор 1 электрической машины, согласно изобретению, воздействует по меньшей мере на одно, возможно, также на два приводных колеса 22. Ротор 1 может, в частности, воздействовать непосредственно (т.е. без промежуточно включенной передачи) по меньшей мере на одно приводное колесо. Ось 3 вращения проходит, как показано на фиг. 14, поперек направления движения наземного транспортного средства. Как правило, ось 3 вращения проходит, кроме того, параллельно основанию наземного транспортного средства, т.е. в большинстве случаев горизонтально. В частности, большие ушки 13 первых статорных стальных листов 5 в применяемой в наземных транспортных средствах электрической машине предпочтительно ориентированы так, как это пояснено выше в связи с фиг. 6, 7 и 12. Таким образом, большие ушки 13 первых статорных стальных листов 5 не выступают, в частности, вниз и вверх. Возможен выбор последовательности первых статорных стальных листов 5 и вторых статорных стальных листов 6, в которых большие ушки 13 первых статорных стальных листов 5 выступают вверх. Однако по меньшей мере вниз большие ушки 13 первых статорных стальных листов 5 не должны выступать.

В остальном, наземное транспортное средство может быть выполнено по потребности, например, в виде электрического автомобиля. Однако наземное транспортное средство предпочтительно выполнено в виде рельсового транспортного средства. Поэтому приводные колеса 22 предпочтительно выполнены в виде ходовых колес рельсового транспортного средства, которые во время работы рельсового транспортного средства катятся по рельсам 23.

Данное изобретение имеет множество преимуществ. В частности, может быть простым образом создана легко охлаждаемая, механически стабильная электрическая машина, которая имеет относительно небольшой вес. Может быть максимизирована поверхность охлаждающих ребер 21. Стоимость штамповки и стоимость инструмента едва повышается по сравнению с обычными электрическими машинами, поскольку даже в самом неблагоприятном случае требуются лишь два различных статорных стальных листа 5, 6. Имеющееся конструктивное пространство может быть хорошо использовано. Последовательность охлаждающих ребер 21 и их осевое расстояние друг от друга можно выбирать, в частности, за счет обеих поясненных в связи с фиг. 7 и 12 последовательностей статорных стальных листов 5, 6, так что обеспечивается возможность эффективного охлаждения, как при остановке за счет конвекции, так и с помощью ветра при движении.

По сравнению с электрическими машинами с литым корпусом достигаются значительные улучшения. Так, например, может быть реализована примерно на 50% большая поверхность. В частности, может быть достигнуто в целом уменьшение веса примерно на 10%. Кроме того, отпадает сопротивление переносу тепла между статором 4 и литым корпусом. Конструктивная длина электрической машины (в осевом направлении) может быть уменьшена при неизменном размере в радиальном направлении примерно на 13%. Может достигаться также примерно на 10% уменьшенный ход изменения температуры в режиме движения.

Хотя подробное пояснение изобретения приведено с помощью предпочтительного примера выполнения, однако изобретение не ограничивается раскрытыми примерами, и специалисты в данной области техники могут вывести другие варианты выполнения, без выхода за объем защиты изобретения.

1. Электрическая машина, при этом

- электрическая машина имеет ротор (1), который установлен в подшипниках (2) с возможностью вращения, так что обеспечивается возможность вращения ротора (1) вокруг оси (3) вращения,

- электрическая машина имеет статор (4), который окружает ротор (1) радиально снаружи относительно оси (3) вращения,

- статор (4) состоит из статорных стальных листов (5, 6), которые, при рассматривании в направлении оси (3) вращения, штабелированы друг на друге,

- статорные стальные листы (5, 6) имеют, относительно оси (3) вращения, радиально снаружи несколько выемок (9), которые образуют в совокупности проходящие параллельно оси (3) вращения канавки (10),

- в канавках (10) расположены стяжные планки (11), которые на своих концах соединены с концевыми кольцами (12),

- статорные стальные листы (5, 6) содержат по меньшей мере первые статорные стальные листы (5), и

- первые статорные стальные листы (5) имеют каждый по меньшей мере одно большое ушко (13), которое выступает между обеими, при рассматривании в окружном направлении вокруг оси (3) вращения, примыкающими к большому ушку стяжными планками (11) за обе примыкающие стяжные планки (11) радиально наружу, и имеет там проходящие вокруг оси (3) вращения консоли (14), которые охватывают обе примыкающие стяжные планки (11).

2. Электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что первые статорные стальные листы (5) дополнительно имеют другие ушки (15, 16), которые, при рассматривании в окружном направлении вокруг оси (3) вращения, выступают радиально наружу между обеими примыкающими к соответствующему другому ушку (15, 16) стяжными планками (11).

3. Электрическая машина по п. 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно из других ушек (15, 16) выступает наружу за обе соответствующие примыкающие стяжные планки (11).

4. Электрическая машина по любому из пп. 2 или 3, отличающаяся тем, что другие ушки (15, 16) первых статорных стальных листов (5) выступают различно далеко радиально наружу.

5. Электрическая машина по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что количество стяжных планок (11) составляет шесть.

6. Электрическая машина по п. 4, отличающаяся тем, что количество стяжных планок (11) составляет шесть.

7. Электрическая машина по любому из пп. 1-3 или 6, отличающаяся тем, что

- статорные стальные листы (5, 6) дополнительно к первым статорным стальным листам (5) содержат вторые статорные стальные листы (6),

- вторые статорные стальные листы (6) имеют каждый несколько ушек (18, 19, 20), которые, при рассматривании в окружном направлении вокруг оси (3) вращения, выступают между обеими примыкающими к соответствующему ушку (18, 19, 20) стяжными планками (11) радиально наружу за обе примыкающие стяжные планки (11),

- при этом ушки (18, 19, 20) вторых статорных стальных листов (6) выступают радиально наружу не так далеко, как большие ушки (13) первых статорных стальных листов (5), и не имеют проходящих вокруг оси (3) вращения консолей, которые охватывают обе соответствующие примыкающие стяжные планки (11).

8. Электрическая машина по п. 4, отличающаяся тем, что

- статорные стальные листы (5, 6) дополнительно к первым статорным стальным листам (5) содержат вторые статорные стальные листы (6),

- вторые статорные стальные листы (6) имеют каждый несколько ушек (18, 19, 20), которые, при рассматривании в окружном направлении вокруг оси (3) вращения, выступают между обеими примыкающими к соответствующему ушку (18, 19, 20) стяжными планками (11) радиально наружу за обе примыкающие стяжные планки (11),

- при этом ушки (18, 19, 20) вторых статорных стальных листов (6) выступают радиально наружу не так далеко, как большие ушки (13) первых статорных стальных листов (5), и не имеют проходящих вокруг оси (3) вращения консолей, которые охватывают обе соответствующие примыкающие стяжные планки (11).

9. Электрическая машина по п.5, отличающаяся тем, что

- статорные стальные листы (5, 6) дополнительно к первым статорным стальным листам (5) содержат вторые статорные стальные листы (6),

- вторые статорные стальные листы (6) имеют каждый несколько ушек (18, 19, 20), которые, при рассматривании в окружном направлении вокруг оси (3) вращения, выступают между обеими примыкающими к соответствующему ушку (18, 19, 20) стяжными планками (11) радиально наружу за обе примыкающие стяжные планки (11),

- при этом ушки (18, 19, 20) вторых статорных стальных листов (6) выступают радиально наружу не так далеко, как большие ушки (13) первых статорных стальных листов (5), и не имеют проходящих вокруг оси (3) вращения консолей, которые охватывают обе соответствующие примыкающие стяжные планки (11).

10. Электрическая машина по п. 7, отличающаяся тем, что ушки (18, 19, 20) вторых статорных стальных листов (6) выступают радиально наружу различно далеко.

11. Электрическая машина по п. 8, отличающаяся тем, что ушки (18, 19, 20) вторых статорных стальных листов (6) выступают радиально наружу различно далеко.

12. Электрическая машина по п. 9, отличающаяся тем, что ушки (18, 19, 20) вторых статорных стальных листов (6) выступают радиально наружу различно далеко.

13. Электрическая машина по п. 7, отличающаяся тем, что количество ушек (18, 19, 20) вторых статорных стальных листов (6) равно количеству ушек (13, 15, 16) первых статорных стальных листов (5).

14. Электрическая машина по любому из пп. 8-12, отличающаяся тем, что количество ушек (18, 19, 20) вторых статорных стальных листов (6) равно количеству ушек (13, 15, 16) первых статорных стальных листов (5).

15. Электрическая машина по любому из пп. 1-3, 6, 8-12, 13, отличающаяся тем, что статорные стальные листы (5, 6) не имеют других статорных стальных листов.

16. Электрическая машина по п. 4, отличающаяся тем, что статорные стальные листы (5, 6) не имеют других статорных стальных листов.

17. Электрическая машина по п. 5, отличающаяся тем, что статорные стальные листы (5, 6) не имеют других статорных стальных листов.

18. Электрическая машина по п. 7, отличающаяся тем, что статорные стальные листы (5, 6) не имеют других статорных стальных листов.

19. Электрическая машина по п. 14, отличающаяся тем, что статорные стальные листы (5, 6) не имеют других статорных стальных листов.

20. Электрическая машина по любому из пп. 1-3, 6, 8-12, 13, 16-19, отличающаяся тем, что стяжные планки (11) имеют прямоугольное или трапециевидное поперечное сечение.

21. Электрическая машина п. 4, отличающаяся тем, что стяжные планки (11) имеют прямоугольное или трапециевидное поперечное сечение.

22. Электрическая машина по п.5, отличающаяся тем, что стяжные планки (11) имеют прямоугольное или трапециевидное поперечное сечение.

23. Электрическая машина по п.7, отличающаяся тем, что стяжные планки (11) имеют прямоугольное или трапециевидное поперечное сечение.

24. Электрическая машина по п. 14, отличающаяся тем, что стяжные планки (11) имеют прямоугольное или трапециевидное поперечное сечение.

25. Электрическая машина по п. 15, отличающаяся тем, что стяжные планки (11) имеют прямоугольное или трапециевидное поперечное сечение.

26. Электрическая машина по любому из пп. 1-3, 6, 8-12, 13, 16-19, 21-25, отличающаяся тем, что статорные стальные листы (5, 6) объединены в группы, при рассматривании в направлении оси (3) вращения, непосредственно следующих друг за другом статорных стальных листов (5, 6), при этом группы имеют соответствующий единообразный контур группы, и контур группы изменяется от группы статорных стальных листов (5, 6) к группе статорных стальных листов (5, 6).

27. Электрическая машина по п. 4, отличающаяся тем, что статорные стальные листы (5, 6) объединены в группы, при рассматривании в направлении оси (3) вращения, непосредственно следующих друг за другом статорных стальных листов (5, 6), при этом группы имеют соответствующий единообразный контур группы, и контур группы изменяется от группы статорных стальных листов (5, 6) к группе статорных стальных листов (5, 6).

28. Электрическая машина по п. 5, отличающаяся тем, что статорные стальные листы (5, 6) объединены в группы, при рассматривании в направлении оси (3) вращения, непосредственно следующих друг за другом статорных стальных листов (5, 6), при этом группы имеют соответствующий единообразный контур группы, и контур группы изменяется от группы статорных стальных листов (5, 6) к группе статорных стальных листов (5, 6).

29. Электрическая машина по п. 7, отличающаяся тем, что статорные стальные листы (5, 6) объединены в группы, при рассматривании в направлении оси (3) вращения, непосредственно следующих друг за другом статорных стальных листов (5, 6), при этом группы имеют соответствующий единообразный контур группы, и контур группы изменяется от группы статорных стальных листов (5, 6) к группе статорных стальных листов (5, 6).

30. Электрическая машина по п. 14, отличающаяся тем, что статорные стальные листы (5, 6) объединены в группы, при рассматривании в направлении оси (3) вращения, непосредственно следующих друг за другом статорных стальных листов (5, 6), при этом группы имеют соответствующий единообразный контур группы, и контур группы изменяется от группы статорных стальных листов (5, 6) к группе статорных стальных листов (5, 6).

31. Электрическая машина по п. 15, отличающаяся тем, что статорные стальные листы (5, 6) объединены в группы, при рассматривании в направлении оси (3) вращения, непосредственно следующих друг за другом статорных стальных листов (5, 6), при этом группы имеют соответствующий единообразный контур группы, и контур группы изменяется от группы статорных стальных листов (5, 6) к группе статорных стальных листов (5, 6).

32. Электрическая машина по п. 20, отличающаяся тем, что статорные стальные листы (5, 6) объединены в группы, при рассматривании в направлении оси (3) вращения, непосредственно следующих друг за другом статорных стальных листов (5, 6), при этом группы имеют соответствующий единообразный контур группы, и контур группы изменяется от группы статорных стальных листов (5, 6) к группе статорных стальных листов (5, 6).

33. Электрическая машина по п. 26, отличающаяся тем, что количество статорных стальных листов (5, 6) в группе составляет между 4 и 10, и/или толщина групп составляет между 2,5 мм и 6,0 мм.

34. Электрическая машина по любому из пп. 27-32, отличающаяся тем, что количество статорных стальных листов (5, 6) в группе составляет между 4 и 10, и/или толщина групп составляет между 2,5 мм и 6,0 мм.

35. Электрическая машина по п. 26, отличающаяся тем, что, при рассматривании в направлении оси (3) вращения, группы статорных стальных листов (5, 6) в середине следуют друг за другом с первой последовательностью, а в ограничивающих середину с обеих сторон краевых зонах следуют друг за другом в отличной от первой последовательности второй последовательности.

36. Электрическая машина по любому из пп. 27-32, отличающаяся тем, что, при рассматривании в направлении оси (3) вращения, группы статорных стальных листов (5, 6) в середине следуют друг за другом с первой последовательностью, а в ограничивающих середину с обеих сторон краевых зонах следуют друг за другом в отличной от первой последовательности второй последовательности.

37. Электрическая машина по п. 33, отличающаяся тем, что, при рассматривании в направлении оси (3) вращения, группы статорных стальных листов (5, 6) в середине следуют друг за другом с первой последовательностью, а в ограничивающих середину с обеих сторон краевых зонах следуют друг за другом в отличной от первой последовательности второй последовательности.

38. Электрическая машина по п. 34, отличающаяся тем, что, при рассматривании в направлении оси (3) вращения, группы статорных стальных листов (5, 6) в середине следуют друг за другом с первой последовательностью, а в ограничивающих середину с обеих сторон краевых зонах следуют друг за другом в отличной от первой последовательности второй последовательности.

39. Наземное транспортное средство, при этом

- наземное транспортное средство имеет приводные колеса (22),

- ротор (1) электрической машины воздействует по меньшей мере на одно из приводных колес (22),

- ось (3) вращения ротора (1) проходит поперек направления движения наземного транспортного средства,

отличающееся тем, что

- электрическая машина выполнена в виде электрической машины по любому из пп. 1-38, и

- большие ушки (13) первых статорных стальных листов (5) расположены так, что они не выступают вниз.

40. Наземное транспортное средство по п. 39, отличающееся тем, что большие ушки (13) первых статорных стальных листов (5) расположены так, что они также не выступают вверх.

41. Наземное транспортное средство по любому из пп. 39 или 40, отличающееся тем, что приводные колеса (22) выполнены в виде ходовых колес наземного транспортного средства.