专利摘要:
Die Erfindung betrifft ein Außenstator-Rückschlusselement einer Statorbaueinheit für den Einsatz in elektrischen Maschinen. DOLLAR A Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: DOLLAR A - Das Außenstator-Rückschlusselement ist wenigstens dreiteilig ausgeführt, umfassend zwei in axialer Richtung einander benachbart angeordnete Polschuhe, die über ein Querelement in Form eines Jochpaketes miteinander verbunden sind; DOLLAR A - jeder Polschuh umfasst wenigstens zwei in axialer Richtung hintereinander angeordnete Elektrobleche; DOLLAR A - das Jochpaket umfasst wenigstens zwei aus quer zu den Elektroblechen der Polschuhe hintereinander angeordnete Elektrobleche.
公开号:DE102004018523A1
申请号:DE200410018523
申请日:2004-04-14
公开日:2005-11-10
发明作者:Uwe Mühlberger
申请人:Voith Turbo GmbH and Co KG;
IPC主号:H02K1-06
专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft ein Außenstator-Rückschlusselementfür denEinsatz in Statoreinheiten elektrischer Maschinen, insbesondereStatoreinheiten von Synchronmaschinen mit transversaler Flussführung, imEinzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1;ferner eine Statorbaueinheit.
[0002] Rückschlusselementesind in einer Vielzahl von Ausführungenaus dem Stand der Technik vorbekannt. Diese sind je nach Ausführung derelektrischen Maschinen in entsprechender Weise ausgebildet. EinBespiel füreine Synchronmaschine mit transversaler Flussführung ist aus der Druckschrift EP 1 005 136 A1 vorbekannt.Diese elektrische Maschine umfasst einen Rotor und einen Stator.Im Rotor sind in Umfangsrichtung im Wechsel Permanentmagnete undFlussleitstückemontiert. Die Magnete sind dabei in Umfangsrichtung und mit alternierender Polarität magnetisiert.Die dem Rotor zugeordnete Statorbaueinheit umfasst eine Vielzahleinzelner weichmagnetischer Statorelemente, welche transversal zurRotationsrichtung angeordnet sind. Diese Statorelemente sind inForm von U-Jochenausgeführt.Die U-Joche sind dabei gegenübereiner zur Drehachse der Maschine parallelen Richtung versetzt orientiert,so dass aufgrund der magnetischen Potentialdifferenz ein drehmomentbildendermagnetischer Fluss erzeugt wird. Die Versetzung der Schenkel derU-förmigenStatorelemente gegenüber einerzur Drehachse der Maschine parallelen Richtung erfolgt um eine Polteilung.Gleiche Eigenschaften könnenerreicht werden, wenn anstelle der Statorelemente die Flussleitstücke schräg ausgebildet werden.Zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten sind diese vorzugsweiseaus verpresstem weichmagnetischem Pulver mit isotropen Eigenschaftenausgeführt.Für diemagnetisch leitfähigenStatorelemente werden in dieser Druckschrift mehrere Bauformen vorgeschlagen.Bezüglichder Verluste durch Wirbelströmebieten die Pressteile aus weichmagnetischem Pulverwerkstoff jedochdie besten Eigenschaften. Bei Verwendung dieses Werkstoffes können dieStatorelemente sowohl verschwenkt als auch nicht verschwenkt ausgeführt werden.Nachteilig erweist sich jedoch die gegenüber ferromagnetischem Material wesentlich schlechteremagnetische Leitfähigkeit, sowiehohe Ummagnetisierungsverluste. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dieStatorelemente als schnittbandkernähnliche Elemente auszuführen. Dafür wird kornorientiertesBlech verwendet, wobei die Blechung entlang dem Verlauf des magnetischen Flussesverläuft.Bezüglichder magnetischen Leitfähigkeitund der Verlustbildung weisen derartige Statorelemente zwar guteEigenschaften auf. Diese sind jedoch in der Herstellung vergleichsweiseaufwendig und damit sehr kostspielig. Mit einer derartigen Ausführung istaußerdemdie Herstellung von in Umfangsrichtung verschwenkten Statorelementen,insbesondere den zahnbildenden Schenkeln, nicht ohne weiteres möglich. Gemäß einemin dieser Druckschrift beschriebenen weiteren dritten Lösungsansatzwerden die Statorelemente aus gestanzten Blechsegmenten zusammengefügt. DieBlechung erfolgt dabei in Umfangsrichtung. Bei dem die Spule umschließenden Statorflussverhindert die Blechung weitgehend die Wirbelstrombildung. Da derluftspaltnahe kraftbildende Fluss an den Polkanten jedoch senkrechtzur Blechung eintritt, ist in diesem Bereich mit nicht unerheblichenWirbelstromverlusten zu rechnen. Auch diese Lösung gestaltet sich bezüglich derAnbindung der einzelnen Statorelemente an das Gehäuse relativaufwendig.
[0003] DerErfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Statorrückschlusselementeiner Statoreinheit der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln,dass die Vorteile der aus dem Stand der Technik für unterschiedlicheAusführungenverwendeten unterschiedlichen Materialien mit einer einfachen Außenstator-Rückschlusselmentkonfiguration erzieltwerden könnenund ohne zusätzlichenRaumbedarf eine höhereFlussdichte, das heißtdie Bereitstellung höhererMomente durch die elektrische Maschine realisiert werden kann. Gleichzeitigsind die an der Statoreinheit auftretenden Verluste zu senken.
[0004] Dieerfindungsgemäße Lösung istdurch die Merkmale der Ansprüche1 und 19 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in denUnteransprüchenbeschrieben.
[0005] Erfindungsgemäß ist dasAußenstator-Rückschlusselementwenigstens dreiteilig ausgeführt. Diesesumfasst zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Polschuhe,die überein Querelement in Form eines Jochpaketes zumindest in funktionalerWeise verbunden sind. Jeder Polschuh umfasst wenigstens zwei inaxialer Richtung hintereinander angeordnete Elektrobleche. Das Jochpaket umfasstwenigstens zwei quer zu den Elektroblechen der Polschuhe hintereinanderangeordnete Elektrobleche.
[0006] Dieerfindungsgemäße Lösung ermöglicht es,die Flussführungwenigstens abschnittsweise zweidimensional zu gestalten. Die Flussführung erfolgtdabei an den Polschuhen in vertikaler Richtung zum Jochpaket hinbzw. vom Jochpaket weg und am Jochpaket auf kürzestem Weg zwischen den Polschuhenparallel zur Rotationsachse eines im Außenstator zugeordneten Rotors.Mit dieser AusführungkönnenWirbelströmeam Außenstator-Rückschlusselementweitestgehend vermieden werden. Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Außenstator-Rückschlusselement durch einehohe magnetische Leitfähigkeitund hoheSättigungsinduktionbei geringsten Unmagnetisierungsverlusten aus.
[0007] DasJochpaket erstreckt sich dabei überdie axiale Erstreckung der Anordnung der beiden Polschuhe einesAusßenstator-Rückschlusselementes. DiePolschuhe weisen an ihrem zum Jochpaket gerichteten Stirnflächen Anlageflächen auf,die an den dazu komplementärausgeführtenFlächenam Jochpaket zum Anliegen kommen. Die Flächen können eben, gekrümmt oderandersartig gestaltet sein. Entscheidend ist lediglich, dass einflächigesAnliegen realisiert wird. Zwischen den Anlageflächen am Jochpaket und an denPolschuhen ist erfindungsgemäß zur Vermeidungvon Wirbelströmenjeweils eine Isolation vorgesehen.
[0008] Dieeinzelnen Elektrobleche der Einheiten Polschuh und/oder Jochpaketsind miteinander vorzugsweise stoffschlüssig unter Bildung der Einheit Polschuhund/oder Jochpaket. verbunden Der Stoffschluss erfolgt dabei beispielsweisedurch Laserschweißenoder aber Verbacken. Andere Möglichkeitensind ebenfalls denkbar. Die so entstandenen Einheiten können dabeiin einfacher Art und Weise in ihrer Lage zueinander positioniertwerden. Ferner sind Mittel zur Fixierung der Polschuhe und des Jochpaketesin axialer Richtung zueinander sowie Mittel zur Fixierung der Polschuheund des Jochpaketes in radialer oder vertikaler Richtung zueinandervorgesehen. Diese könnenunterschiedlich ausgeführtsein. Dies hängtim einzelnen davon ab, ob das Außenstator-Rückschlusselement als eigenständige vormontierteEinheit vorgefertigt und gehandhabt wird oder aber erst beim Zusammenbauin der Statoreinheit die Einheit Außenstator-Rückschlusselemententsteht. Im erst genannten Fall sind entsprechende Mittel vorzusehen,die kraft- oder formschlüssigausgeführt seinkönnen.Am einfachsten kann auch hier ein Stoffschluss zwischen den Polschuhenund dem Jochpaket hergestellt werden, wobei dieser gleichzeitigdie Fixierung auch in radialer bzw. vertikaler Richtung und zusätzlich inUmfangsrichtung mit übernimmt.
[0009] Imzweiten Fall erfolgt die Lagezuordnung zwischen Polschuh und Jochpaketzueinander und die Fixierung aufgrund der Anordnung bzw. Befestigungan einem Tragelement, welches Bestandteildes Stators ist und voneinem Gehäuseoder einem separaten Element, beispielsweise einem leistenförmigen Elementgebildet werden kann. Vorzugsweise wird die Lagezuordnung durchFormschluss realisiert. In diesem Fall sind sogenannte Halteleistenbzw. Haltelemente vorgesehen, die in Umfangsrichtung zwischen deneinzelnen Außenstator-Rückschlusselementenangeordnet sind und sich jeweils in axialer Richtung erstreckenund die überBefestigungselemente mit dem Tragelement oder dem Gehäuse des Statorsverbunden sind. Durch die entsprechende Geometrie des Außenstator-Rückschlusselementes im Querschnitt,insbesondere der Polschuhe werden die einzelnen Baueinheiten-Jochpaketund Polschuhe in radialer Richtung sowie Umfangsrichtung zueinanderfixiert. Die zusätzlicheaxiale Fixierung kann überentsprechend ausgebildete Anlageflächen am Tragelement erfolgen,wozu dieses sich in radialer Richtung wenigstens teilweise vom Außenumfang desAußenstator-Rückschlusselementesausgehend in Richtung zum Polschuh hin erstreckt, wobei wenigstensdas Jochpaket in axialer Richtung an diesem abgestützt wird,vorzugsweise auch die Polschuhe. Zur Gewährleistung dieser Möglichkeitist wie bereits ausgeführtdie Querschnittsgeometrie des Außenstator- Rückschlusselementesentsprechend zu gestalten. Vorzugsweise sind davon lediglich diePolschuhe betroffen. Diese weisen wenigstens einen Bereich von inEinbaulage betrachtet in Umfangsrichtung größeren Abmessungen auf, der diein Richtung zur Rotationsachse gerichteten Anschlagsflächen für das Zusammenwirkenmit dem jeweiligen Haltelement bildet. Andere Geometrien sind ebenfallsdenkbar.
[0010] DieWahl der Mittel zur Fixierung in axialer und radialer bzw. vertikalerRichtung sowie Umfangsrichtung erfolgt immer aufeinander abgestimmt.Dabei ist es möglich,dass die einzelnen Mittel auch Funktionen der anderen Mittel mit übernehmen.
[0011] Vorzugsweisewird das Tragelement zur Vermeidung einer negativen Auswirkung aufdenmagnetischen Fluss immer dem Außenumfang in Einbaulage betrachtetzugeordnet, das heißt,das Tragelement ist in der Regel zwischen dem Rückschlusselement und dem Gehäuse angeordnetoder wird von diesem sogar gebildet.
[0012] Dieerfindungsgemäße Ausführung eines Außenstator-Rückschlusselementesfindet in Statorbaueinheiten mit mindestens einem AußenstatorVerwendung. Dieser umfasst dabei eine Vielzahl von in Umfangsrichtungzueinander beabstandet hintereinander angeordneten Außenstator-Rückschlusselementender beschriebenen Art. Entsprechend der Ausgestaltung von Synchronmaschinenmit transversaler Flussführungals zwei oder mehrpolige Maschinen können die entsprechenden Tragelementedabei auch derart ausgebildet werden, dass diese nicht nur für einenPol sondern fürmehrere Pole verwendbar sind. Dies wird dadurch realisiert, dasssich beispielsweise das Tragelement über die axiale Erstreckung derbeiden Pole erstreckt, wobei das Tragelement dann derart ausgeführt ist,dass entweder ein Versatz in Umfangsrichtung zwischen den Rückschlusselementender beiden Pole erzielt werden kann oder aber vorzugsweise das Tragelementals ringförmiges Elementbeide Außenstator-Rückschlusselemente der beidenPole umschließt.
[0013] Dieerfindungsgemäße Lösung wirdnachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnenfolgendes dargestellt:
[0014] 1a und 1b verdeutlichenanhand zweier Ansichten den Grundaufbau eines erfindungsgemäß gestaltetenAußenstator-Rückflusselementes;
[0015] 2:verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus einem Axialschnitt einerStatorbaueinheit die Fixierung des Außenstator-Rückschlusselementesin axialer Richtung an einem Tragelement.
[0016] Die 1a und 1b verdeutlichenin schematisch vereinfachter Darstellung anhand zweier Ansichtenden Grundaufbau eines erfindungsgemäß gestalteten Außenstator-Rückschlusselementes 1 für den Einsatzin Statoreinheiten von elektrischen Maschinen, insbesondere Synchronmaschinenmit transversaler Flussführung.Das einzelne Außenstator-Rückschlusselement 1 istin axialer Richtung betrachtet dreiteilig aufgebaut. Dieses umfasst zweiin axialer Richtung nebeneinander angeordnete Einzelelemente inForm von sogenannten Polschuhen 2 und 3, die jeweilsein sogenanntes Zahnelement 4 und 5 bilden. Diebeiden Zahnelemente 4 und 5 sind zur Realisierungdes Flusses zwischen diesen mittels eines Querelementes 6 inForm eines sogenannten Jochpaketes 7 miteinander verbunden.Das heißt,zwischen den beiden Polschuhen 2 und 3 ist dasQuerelement 6 in Form des Jochpaketes 7 angeordnet,welches aus quer zur . Flussrichtung an den Zahnelementen 4 und 5 gestapeltenElektroblechen besteht. Dies bedeutet, dass in Einbaulage betrachtetdas Jochpaket 7 aus einer Mehrzahl von hintereinander inUmfangsrichtung betrachtet angeordneten einzelnen Elektroblechen,vorzugsweise wenigstens zwei Elektroblechen, besteht. Die Polschuhe 2 und 3 bestehenerfindungsgemäß aus inaxialer Richtung hintereinander angeordneten Elektroblechen 8.1 bis 8.n für den Polschuh 2 und 9.1 bis 9.n für den Polschuh 3.Die Blechung des Jochpaketes 7 durch Anordnung der Elektrobleche 10.1 bis 10.n erfolgtquer zur Blechung der Polschuhe 2 und 3. Mit dieserLösungwird gewährleistet,dass der magnetische Fluss am Außenstator-Rückschlusselement 1 vollständig zweidimensionalgeführtwerden kann, das heißtjeweils überdie einzelnen Polschuhe 2 und 3, wobei aufgrundder Blechung in diesem Fall der Fluss in Einbaulage betrachtet inradialer Richtung geführt wird,für diedargestellte Ausführungmittels eines Pfeils verdeutlicht in vertikaler Richtung am Polschuh 2 undam Jochpaket 7 quer, das heißt in horizontaler Richtungzum jeweils anderen Polschuh, hier beispielhaft dem Polschuh 3.Am Polschuh 3 beziehungsweise am Übergang zwischen dem Jochpaket 7 zumPolschuh 3 erfolgt darum eine Umkehr des magnetischen Flusses.Mit dieser Lösungwerden die Vorteile bei der Ausführungmit Schnittbandkernen genutzt, wobei beliebige Geometrien einesAußenstator-Rückschlusselementes 1 wählbar sind.Die einzelnen Elektrobleche 8.1 bis 8.n, 9.1 bis 9.n der Polschuhe 2, 3 unddes Jochpaketes 7 10.1 bis 10.n können dabeials aus kornorientiertem oder aber auch nicht kornorientiertem Elektroblechbestehen. Bei Einsatz kornorientierter Elektrobleche besteht derenGefügeaus kubisch raumzentrierten Kristallgittern, aus denen sich diemagnetischen Hauptrichtungen ergeben, nämlich in Richtung der Würfelkantenund der Flächen- und/oder der Raumdiagonalen, wobeiin Richtung der Würfelkantendie Magnetisierbarkeit am leichtesten ist. Die Ausrichtung der Würfelkantenfür dasGitter erfolgt dabei durch entsprechend bekannte Maßnahmenbeim Walzen und Glühender Werkstoffe. Die magnetische Flussrichtung ist bei diesem zumindestdadurch festgelegt, dass immer wenigstens die magnetische Hauptrichtung bestimmteRichtungskomponenten fürdie Polschuhe 2, 3 in vertikaler Richtung undam Querelement 6 in Form des Jochpaketes 7 inaxialer Richtung verläuft. Beiden Elektroblechen handelt es sich dabei beispielsweise um siliziumlegierte,kaltgewalzte Feinbleche, deren Dicke vorzugsweise in der Regel ineinem Bereich zwischen einschließlich 0,05 mm und 0,5 mm liegen.Diese weisen besondere magnetische Eigenschaften nach DIN 46400auf. Vorzugsweise ist die geometrische Ausgestaltung des Querelementes 6,insbesondere der einzelnen Elektrobleche 10.1 bis 10.n desJochpaketes 7 derart gewählt, dass in axialer Richtungmit den Polschuhen 2 und 3 eine feste Lagezuordnungvorgegeben ist.
[0017] Diesbedeutet, dass die Polschuhe 2 und 3 nicht beliebighinsichtlich ihrer Lagezuordnung in axialer Richtung zueinandergegenüberdem Jochpaket 7 beziehungsweise den einzelnen Elektroblechen 10.1 bis 10.n angeordnetwerden können,sondern zumindest in axialer Richtung ein gewisser Zwischenabstanda zwischen diesen realisiert wird. Dabei weist das Jochpaket 7 anseiner zu den Polschuhen 2 und 3 gerichteten Außenfläche 11 einenVorsprung 12 auf, der sich zwischen den beiden Polschuhen 2 und 3 wenigstensteilweise überderen Erstreckung in vertikaler Richtung erstreckt. Der Vorsprung 12 ermöglicht einebesonders vorteilhafte Lösung,da der magnetische Querschnitt vergrößert werden kann.
[0018] Dieeinzelnen Polschuhe 2 und 3 sowie das Jochpaket 7 liegenvorzugsweise vor der Montage jeweils als bauliche Einheit für sich alleinbetrachtet vor, wobei die einzelnen Elektrobleche 8.1 bis 8.n beziehungsweise 9.1 bis 9.n und 10.1 bis 10.n lasergeschweißt oderverbacken sein können.Dies bedeutet, dass die Verbindung mittels Stoffschluss zwischenden einzelnen Elektroblechen einer Einheit- der Polschuhe 2 und 3 und/oderdes Jochpaketes 7 realisiert wird.
[0019] DieFixierung der einzelnen Einheiten – Polschuh 2, 3 undJochpaket 7 – kannbeim Einsatz in Statoreinheiten elektrischer Maschinen bereits als vormontiertesAußenstator-Rückschlusselement 1 undsomit als vormontierte Einheit erfolgen oder aber erst beim Einbau.Im erstgenannten Fall sind Mittel 14 zur Fixierung derPolschuhe 2 und 3 in vertikaler Richtung am Jochpaket 7 vorgesehenund ferner Mittel 15 zur Fixierung der Polschuhe 2 und 3 unddes Jochpaketes 7 in axialer Richtung zueinander. Dabei können dieMittel 14 auch gleichzeitig die Mittel 15 bilden.Dies hängtim Einzelnen von der Art der gewähltenVerbindung ab. Insbesondere bei reiner stoffschlüssiger Verbindung zwischendem Jochpaket 7 und den Polschuhen 2 und 3 werdenbeide Funktionen von der Verbindung übernommen, wie beispielhaftin 1a verdeutlicht. Ausführungen mit Verbindungselementenwären ebenfallsdenkbar oder aber ein reiner Formschluss, wobei in diesem Fall dasQuerelement 6 in Form des Jochpaketes 7 in entsprechenderWeise auszuführenwäre undferner auch die Polschuhe 2 und 3. Dies betrifft insbesonderedie Anlageflächen 16 und 17 anden Polschuhen 2 und 3 und 18, 19 ander Jocheinheit 7 bildenden Bereiche der Polschuhe 2 und 3 undder Jocheinheit 7 betrifft. Dies kann beispielsweise durchdie entsprechend komplementäreGeometriegestaltung in diesem Bereich erfolgen, wodurch ein Formschlussrealisiert werden kann. In diesem Fall kann das gesamte Außenstator-Rückschlusselement 1 alseine komplett vormontierte Einheit in den Stator einer elektrischenMaschine eingesetzt werden. Es sind dann lediglich noch zusätzlicheMittel erforderlich, die eine Befestigung am Statorgehäuse odereinem anderen Tragsystem ermöglichen.In diesem Fall sind hinsichtlich der geometrischen Gestaltung vonJochelement 7 und Polschuh 2 und 3 keineGrenzen gesetzt. Dies betrifft insbesondere die geometrische Gestaltungin Einbaulage betrachtet in Umfangsrichtung. Dazu verdeutlicht 1b eineentsprechend möglicheAusgestaltung, aus der noch einmal die Blechung ersichtlich istin einer Ansicht von rechts.
[0020] Diezweite Ausführung,bei welcher die Komplettmontage erst im eingebauten Zustand erfolgt,ist in schematisch vereinfachter Darstellung in 1c anhandeiner Ansicht von rechts auf eine Mehrzahl von in Umfangsrichtunghintereinander angeordneten erfindungsgemäß gestalteten Außenstator-Rückschlusselementen 1 wiedergegeben.Der Grundaufbau des Außenstator-Rückschlusselementes 1 in axialerRichtung entspricht dem in der 1a beschriebenen.Der einzelne Polschuh 2, 3, hier nur für den Polschuh 2 dargestellt,ist dabei im Querschnitt betrachtet durch einen Anschlag in vertikalerRichtung, der hier mit 20 bezeichnet ist, charakterisiert. DerPolschuh 2 weist dabei wenigstens zwei Bereiche unterschiedlicherAbmessungen im Querschnitt betrachtet auf, einen ersten Bereich,der in Einbaulage in Richtung zur Rotationsachse R des Rotors weistund mit 21 bezeichnet ist, und ein zweiter Bereich, dermit 22 bezeichnet ist und die Anlagefläche 16 beziehungsweise 17 für den Polschuh 2 beziehungsweise 3 zurAnlage an der Anlagefläche 18 beziehungsweise 19 derJocheinheit 7 bildet. Diese Anlageflächen 16 und 17 anden Polschuhen 2 und 3 sind dabei vorzugsweiseeben ausgeführt.Andere Geometrien sind denkbar, wobei hier eine entsprechend komplementäre Ausgestaltungder Anlageflächen 18 beziehungsweise 19 vonPolschuh 2 und Jocheinheit 7 sowie Polschuh 3 undJocheinheit 7 vorzusehen wäre, um ein flächiges Anliegenbeziehungsweise weitgehend flächigesAnliegen der Polschuhe 2 und 3 an der Jocheinheit 7 zuermöglichen. Dererste Bereich 21 ist dabei in Umfangsrichtung betrachtetdurch geringere Abmessungen charakterisiert, als der zweite Bereich 22 deseinzelnen Polschuhs 2 beziehungsweise 3, wodurchin vertikaler Richtung Anschlagflächen 20.1 beziehungsweise 20.2 gebildetwerden, die in Richtung der Rotationsachse R in Einbaulage weisenbeziehungsweise von den Anlageflächen 16 und 17 weggerichtetsind. Dadurch wird es möglich,die Befestigung eines einzelnen Außenstator-Rückschlusselementes 1 mittels sogenanntenBefestigungselementen an einem Tragsystem, insbesondere beispielhafteinem Tragelement 23 eines Außenstators vorzusehen, wobeidas Tragelement in Umfangsrichtung ringförmig oder mit Unterbrechungausgestaltet ist. Es kann sich dabei auch um ein nicht ringförmiges Element,sondern lediglich ein zumindest teilweise oder eine Vielzahl von inUmfangsrichtung hintereinander angeordneten gebogenen Leistenelementenhandeln, die wiederum an einem Gehäuse des Stators befestigt werdenkönnen.Das Tragelement 23 ermöglichtim Zusammenwirken mit Befestigungselementen 24 und sogenanntenHalteelementen 25, vorzugsweise in Form von Leisten, die über dieBefestigungselemente 24 an dem Tragelement 23 beziehungsweiseeinem Leistenabschnitt befestigbar sind, eine formschlüssige Anbindungder Außenstator-Rückschlusselemente 1 unddamit auch der Lagefixierung in radialer, axialer als auch in Umfangsrichtungder einzelnen Elemente – Polschuh 2 und 3 sowieJochpaket 7 – zueinander. Indiesem Fall ist das Halteelement 25 derart ausgeführt, dasses in radialer Richtung in Einbaulage betrachtet beziehungsweisein vertikaler Richtung eine in Richtung zum Jochpaket 7 vorgeseheneAnschlagfläche 27.1 und 27.2 für zwei inUmfangsrichtung einander benachbart angeordnete erfindungsgemäß gestalteteAußenstator-Rückschlusselemente 1 bildet undferner aufgrund der Anordnung einer Mehrzahl von hintereinanderangeordneten Außenstator-Rückschlusselementen 1 mitdazwischen vorgesehenen Halteelementen 25 auch das Außenstator-Rückschlusselement 1 wenigstensim Bereich der Polschuhe 2 und 3 in Umfangsrichtung,vorzugsweise auch teilweise des Jochpaketes 7 in Umfangsrichtungfixiert. Die Fixierung in vertikaler beziehungsweise radialer Richtungerfolgt wie bereits ausgeführt durchdas Verspannen der Halteelemente 25 gegenüber demTragelement 23 und damit des Dazwischenklemmens der Anordnungaus Polschuh 2, 3 und Jochpaket in vertikalerRichtung.
[0021] Die 1c verdeutlichtdabei eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der einzelnen Polschuhe 2 und 3 imQuerschnitt betrachtet und eine besonders vorteilhafte Möglichkeitder Befestigung der einzelnen Außenstator-Rückschlusselemente 1 aneinem Stator beziehungsweise einem Statorgehäuse über das Tragelement 23,welches Bestandteil des Stators direkt sein kann oder aber mit demStatorgehäuseverbunden ist. Andere geometrische Ausführungen der Polschuhe 2, 3 imQuerschnitt betrachtet sind ebenfalls denkbar. Entscheidend istlediglich, dass auf einfache Art und Weise eine Befestigung am Statorgehäuse möglich ist.Bei der in der 1c dargestellten Ausführung übernehmendabei das System aus Tragelement 23 sowie Haltelement 25,welches überBefestigungselemente 24 mit dem Tragelement 23 verbundenist zum Zwecke des Dazwischenspannens des Außenstator-Rückschlusselementes 1 gleichzeitigdie Funktion der Fixierung der einzelnen Einheiten Polschuh 2, 3 undJochpaket 7 zueinander in radialer sowie in Umfangsrichtung.
[0022] DieFixierung in axialer Richtung wird anhand eines Ausschnittes auseinem Axialschnitt einer elektrischen Maschine aus dem Außenstatorverdeutlicht. Wie bereits ausgeführtkönnenhier je nach Ausgestaltung die Außenstator-Rückschlusselemente 1 alsEinzelelemente komplett vormontiert werden oder aber erst beim Einbauin einer Statoreinheit 28 gemäß einer besonders vorteilhaftenAusgestaltung gemäß 2 inihrer Lage zueinander in axialer Richtung fixiert werden. Die Statoreinheit 28 umfasst dabeieinen Außenstator 29,welcher aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung hintereinanderbeabstandet angeordneten Außenstator-Rückschlusselementen 1 besteht.Jedes der einzelnen Außenstator-Rückschlusselemente 1 weistdabei den Grundaufbau aus den beiden Polschuhen 2 und 3 unddem Jochelement 7 beziehungsweise Jochpaket 7 auf. DieFixierung der Außenstator-Rückschlusselemente 1,insbesondere der Polschuhe 2 und 3 sowie des Jochpakets 7 inihrer axialen Lage zueinander erfolgt gemäß 2 durchin axialer Richtung ausgebildete Anschläge an einem Tragelement inForm einer Tragleiste 30. Das Tragelement 23 kanndabei in besonders vorteilhafter Ausführung komplett vom Gehäuse gebildetwerden und den Außenstator 29 inUmfangsrichtung umschließenoder aber sich an diesem abstützen.Die Anschlägesind hier mit 31 und 32 bezeichnet und fixierendie Polschuhe 2, 3 mit dem dazwischen angeordnetenJochpaket 7 in axialer Richtung. Dazu weisen die Polschuhe 2, 3 anihren voneinander wegweisenden Stirnseiten 33 und 34 Flächenbereicheauf, die als Anschlagflächen 35, 36 fungieren.Dies gilt auch fürdas Jochpaket 7. Die Anlageflächen werden von den voneinanderin axialer Richtung wegweisenden Stirnseiten 40, 41 gebildet.
[0023] DasTragelement 23 erstreckt sich vorzugsweise über einenwesentlichen Teil der axialen Erstreckung des einzelnen Außenstator-Rückschlusselementes 1,jedoch wenigstens überdas Jochpaket 7 und einen Teilbereich der Polschuhe 2 und 3,wobei diese in ihrer Lage zueinander fixiert werden. Die Fixierungselbst kann auf unterschiedlichste Art erfolgen. Im einfachstenFall überBefestigungselemente. Fürdie Ausgestaltung des Tragelements 23 selbst bestehen ebenfallseine Vielzahl von Möglichkeiten. Imeinfachsten Fall ist das Tragelement als leistenförmiges Element 30 inForm einer Halteleiste ausgeführt,die beispielsweise aus Kunststoff besteht. In diesem Fall kann imZusammenwirken mit den Mitteln 15 und 14 zur Fixierungder Einheiten Polschuh 2, 3 und Jochpaket 7 invertikaler beziehungsweise in Einbaulage in radialer Richtung zueinanderund in axialer Richtung des Außenstator-Rückschlusselementes 1 dieGesamteinheit als separate vormontierte Einheit in Form der Statoreinheit 28 gehandhabt werden.Ausführungen,bei denen die Funktion des Tragelementes beispielsweise direkt vomStatorgehäuse übernommenwird, sind ebenfalls denkbar.
[0024] DieFixierung der Außenstator-Rückschlusselemente 1,insbesondere der Polschuhe 2, 3 und des Jochpaketes 7 invertikaler beziehungsweise in Einbaulage in radialer Richtung, erfolgtentsprechend 1c über die geometrische Ausgestaltungder Polschuhe 2, 3 im Querschnitt betrachtet,das heißtin Umfangsrichtung, im Zusammenwirken mit den Halteelementen 25 unddem Tragelement 23.
[0025] Beider in der 2 dargestellten Ausführung anhandeines Ausschnittes aus dem Axialschnitt einer Synchronmaschine mittransversaler Flussführungerstreckt sich das Tragelement vorzugsweise über die Rückschlusselemente 1 undhier nicht dargestellt 1' zweierPole. Denkbar wäreauch die Zuordnung eines Tragelementes 23 jeweils nur zuden Rückschlusselementen 1 einesPols. Allerdings wärein diesem Fall füreine zusätzlicheFixierung der einzelnen Tragelemente 23, die den einzelnenPolen zugeordnet sind, am Gehäusezu sorgen. Das Tragelement 23 kann dabei als ringförmiges Elementausgebildet sein, welches vorzugsweise dem Außenumfang beziehungsweise derradial äußeren Außenfläche desRückschlusselementes 1 zugeordnetist. Die Fixierung der Rückschlusselemente 1 in Umfangsrichtunginnerhalb der Statoreinheit 28 erfolgt entweder über dieBefestigungselemente, die die einzelnen Außenstator-Rückschlusselemente 1 inradialer Richtung am Tragelement oder dem Gehäuse befestigen und/oder aber über entsprechende Anschläge, dievon sogenannten Halteelementen 25 sowohl in Umfangsrichtungals auch in vertikaler Richtung gebildet werden und den Anschlägen 31, 32 diebeidseits des Rückschlusselementes 1 angeordnetsind.
[0026] Dieerfindungsgemäße Lösung istbesonders vorteilhafterweise fürden Einsatz in Transversalflussmaschinen geeignet. Bei diesen handeltes sich um Synchronmaschinen mit transversaler Flussführung. Diesekönnenmit Statorbaueinheiten 28 ausgeführt sein, die wenigstens einenAußenstator 29 umfassen,wobei dieser entsprechend 2 ausgebildetist. Vorzugsweise ist jedoch noch ein weiterer Innenstator vorgesehen,der beliebig ausgeführtsein kann. Vorzugsweise wird dabei jedoch eine Ausbildung für den Innenstatorgewählt,bei welcher der Innenstator aus einem ringförmig ausgestalteten Rückschlusselementbesteht. Ferner weist die Synchronmaschine mit transversaler Flussführung wenigstens eineAnkerwicklung auf, welche vorzugsweise vom Innenstator getragenwird. Der Außenstator 29 ist vorzugsweisefrei von einer derartigen Ankerwicklung. Andere Ausführungensind denkbar.
[0027] Beiallen Ausführungengemäß den 1 und 2 ist vorzugsweisejeweils zwischen den Polschuhen 2 und 3 sowiedem Jochpaket 7, insbesondere im Bereich der Anlageflächen 16 und 17 sowie 18 und 19,eine Isolation 37, 38 vorgesehen. Dies dient insbesondereder Vermeidung von Wirbelströmen.
1 Außenstator-Rückschlusselement 2 Polschuh 3 Polschuh 4 Zahnelement 5 Zahnelement 6 Querelement 7 Jochpaket 8.1 – 8.n Elektroblech 9.1 – 9.n Elektroblech 10.1 – 10.n Elektroblech 11 Außenfläche 12 Vorsprung 14 Mittelzur Fixierung der Polschuhe in vertikaler Richtung am Jochpaket 15 Mittelzur Fixierung der Polschuhe und des Jochpaketes in axialer Richtung 16 Anlagefläche 17 Anlagefläche 18 Anlagefläche 19 Anlagefläche 20.1 – 20.n Anschlag 21 ersterBereich 22 zweiterBereich 23 Tragelement 24 Befestigungselement 25 Halteelement 27.1,27.2 Anschlag 28 Statoreinheit 29 Außenstator 30 Tragleiste 31 Anschlag 32 Anschlag 33 Stirnseite 34 Stirnseite 35 Anschlagfläche 36 Anschlagfläche 37 Isolation 38 Isolation 40 Anlagefläche 41 Anlagefläche
权利要求:
Claims (26)
[1] Außenstator-Rückschlusselement(1) füreine Statorbaueinheit (28) für den Einsatz in elektrischen Maschinen;gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.1 das Außenstator-Rückschlusselement(1) ist wenigstens dreiteilig ausgeführt, umfassend zwei in axialerRichtung einander benachbart unter Bildung eines Zwischenraumesangeordnete Polschuhe, die überein Querelement (6) in Form eines Jochpaketes (7)miteinander verbunden sind; 1.2 jeder Polschuh (2, 3)umfasst wenigstens zwei in axialer Richtung hintereinander angeordneteElektrobleche (8.1, 8.n, 9.1, 9.n); 1.3das Jochpaket (7) umfasst wenigstens zwei quer zu den Elektroblechen(8.1, 8.n, 9.1, 9.n) der Polschuhe(2, 3) hintereinander angeordnete Elektrobleche(10.1, 10.n).
[2] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 2.1das Jochpaket (7) erstreckt sich in vertikaler Richtungoberhalb der Polschuhe (2, 3) über die axiale Erstreckungder Anordnung der beiden Polschuhe (2, 3); 2.2die Polschuhe (2, 3) weisen an ihren zum Jochpaket(7) gerichteten StirnflächenAnlageflächen(16, 17) auf, die an dazu komplementär ausgeführten Flächen (18, 19)am Jochpaket (7) zum Anliegen kommen.
[3] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen denAnlageflächen(16, 17, 18, 19) am Jochpaket(7) und an den Polschuhen (2, 3) jeweilseine Isolation (37, 38) vorgesehen ist.
[4] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dassdie einzelnen Elektrobleche (8.1, 8n, 9.1, 9n, 20.1, 10n)der Polschuhe (2, 3) und des Jochpaketes (7)jeweils miteinander stoffschlüssigverbunden sind unter Bildung der Einheit Polschuh (2, 3)und/oder Jochpaket (7).
[5] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnetdurch die folgenden Merkmale: 5.1 mit Mitteln (14)zur Fixierung der Polschuhe (2, 3) und des Jochpaketes(7) in axialer Richtung zueinander; 5.2 mit Mitteln(15) zur Fixierung der Polschuhe (2, 3) unddes Jochpaketes (7) in radialer oder vertikaler Richtungzueinander.
[6] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15)zur Fixierung der Polschuhe (2, 3) und des Jochpaketes(7) in radialer oder vertikaler Richtung zueinander form- oder kraftschlüssige Verbindungendieser miteinander umfassen.
[7] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel (14) zur Fixierung der Polschuhe (2, 3)und des Jochpaketes (7) in axialer Richtung zueinanderform- oder kraftschlüssigeVerbindungen umfassen.
[8] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dassdie Mittel zur Fixierung der Polschuhe (2, 3)und des Jochpaketes (7) in axialer Richtung zueinander und/oderin radialer oder vertikaler Richtung zueinander stoffschlüssige Verbindungendieser miteinander umfassen.
[9] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dassdie einzelnen Elektrobleche (8.1, 8n, 9.1, 9n, 20.1, 10n)der Polschuhe (2, 3) und/oder des Jochpakets (7)aus quergestapelten kornorientiertem Elektroblech bestehen, wobeidie Mehrzahl der die magnetische Hauptrichtung beschreibenden Richtungsvektorenwenigstens mit einer Richtungskomponente in der gewünschtenFlussleitrichtung des Polschuhs (2, 3) zum Jochpaket(7) beziehungsweise vom Jochpaket (7) zum Polschuh(2, 3) weisen.
[10] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel (14, 15) zur Fixierung der Polschuhe(2, 3) und des Jochpaketes (7) in radialer odervertikaler Richtung zueinander und/oder die Mittel zur Fixierungder Lage der Polschuhe (2, 3) und des Jochpaketes(7) in axialer Richtung zueinander eine Verbindung wenigstensder Polschuhe (2, 3) und/oder des Jochpaketes(7) mit einem beliebigen Anschlusselement einer Statoreinheit(28) umfassen.
[11] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieMittel (14) zur Fixierung der Polschuhe (2, 3)und des Jochpakets (7) in axialer Richtung zum Jochpaket(7) und den Polschuhen (2, 3) ausgerichteteAnschlagflächen 31, 32 amAnschlusselement umfassen.
[12] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel (14, 15) zur Fixierung der Polschuhe(2, 3) und/oder des Jochpaketes (7) inaxialer und/oder radialer Richtung ein diesen zugeordnetes Tragelement(23) umfassen, welches sich in axialer Richtung über wenigstenseinen Teil der axialen Erstreckung der Polschuhe (2, 3)erstreckt.
[13] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieMittel (14, 15) zur Fixierung Befestigungselementezwischen dem einzelnen Polschuh (2, 3) und demTragelement (23) umfassen.
[14] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel (14) zur Fixierung der Polschuhe (2, 3)in axialer Richtung formschlüssigeoder kraftschlüssigeVerbindungen zwischen dem einzelnen Polschuh (2, 3)und dem Tragelement (23) umfassen.
[15] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement(23) sich vollständig über dieErstreckung der Polschuhe (2, 3) in axialer Richtungerstreckt und diese wenigstens teilweise in vertikaler Richtungumschließt,wobei an den in vertikaler Richtung ausgebildeten Teilbereichendes Tragelementes (23) zum Jochpaket und zu den Polschuhen(2, 3) ausgerichtete Vorsprünge angeordnet sind, die unter Bildungeiner Klemmverbindung mit den vom Jochpaket (7) wegweisendenStirnseiten der Polschuhe (2, 3) zusammenwirken.
[16] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel (15) zur Fixierung der Polschuhe (2, 3)und des Jochpaketes (7) in vertikaler oder radialer Richtungeine form- oder kraftschlüssigeVerbindung mit wenigstens einem Anschlusselement an der Statoreinheit(28) umfassen.
[17] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieMittel (15) zur Fixierung der Polschuhe (2, 3)und des Jochpaketes (7) in vertikaler oder radialer Richtung amTragelement (23) zwischen den in Umfangsrichtung beabstandetangeordneten Außenstator-Rückschlusselementen(1) Halteelemente (25) umfassen, die mit dem Tragelement(23), lösbarverbindbar sind und in Umfangsrichtung ausgerichtet Vorsprünge aufweisen,die Anschlagsflächen(27.1, 27.2) fürdas Außenstator-Rückschlusselement(1) in Umfangsrichtung und vertikaler Richtung bilden.
[18] Außenstator-Rückschlusselement(1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet,dass dieses als bauliche Einheit ausgebildet ist.
[19] Statorbaueinheit (28) 19.1 mit mindestenseinem Außenstator(28); gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: 19.2der Außenstator(29) umfasst eine Vielzahl von in Umfangsrichtung zueinanderbeabstandet hintereinander angeordneten Außenstator-Rückschlusselementen(1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
[20] Statorbaueinheit (29) nach Anspruch 19,dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (14) zur Fixierungder Außenstator-Rückschlusselement(1) in axialer Richtung von Anschlägen (31, 32)am Innenumfang des Statorgehäusesgebildet werden.
[21] Statorbaueinheit (29) nach Anspruch 19oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zur Fixierungder Lage der Polschuhe (2, 3) und des Jochpaketes(7) zueinander in vertikaler Richtung und in Einbaulagein radialer Richtung von einer Halteleiste (25) gebildetwerden, die am Innenumfang oder Außenumfang des Rückschlusselementes(1) in Einbaulage betrachtet angeordnet ist und diesesgegenüberdem Tragelement (23) oder dem Gehäuse in radialer Richtung verspannt.
[22] Statorbaueinheit (19) nach einem der Ansprüche 19 bis21, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (2, 3)in Umfangsrichtung wenigstens mittelbar über Befestigungselemente amGehäuseoder einem zwischengeordneten Tragelement (23) gesichertsind.
[23] Statorbaueinheit (29) nach Anspruch 22,dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (23) als ringförmige Kunststoffleisteausgeführtist.
[24] Statorbaueinheit (29) nach einem der Ansprüche 19 bis23, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 24.1 mit einer,wenigstens eine Ankerwicklung tragenden Statoreinheit, welche inEinbaulage einen Rotor unter Bildung eines bezogen auf die Symmetrieachseder elektrischen Maschine in radialer Richtung angeordneten Luftspalteszugeordnet ist; 24.2 die Statoreinheit wird vom Innenstatorgebildet und umfasst wenigstens einen, mit einer in Umfangsrichtungverlaufenden Umfangsflächeausgebildetes und aus Pulver metallurgisch hergestelltem und verpresstemMaterial gefertigtes Rückschlusselement; 24.3dem Rückschlusselementsind zwei aus Zahnelementen bildbare Weicheiseneinheiten unter Bildungvon im Bereich der Zahnelemente im Axialschnitt betrachtet im wesentlichenU-förmigenQuerschnittsflächenzugeordnet, wobei die Zahnelemente der einzelnen Weicheiseneinheitendie Schenkel der Querschnittsflächenbilden; 24.4 die Lage der Ankerwicklung ist durch die zum Rotorhinweisende Umfangsflächedes Rückschlusselementessowie die zueinander weisenden Stirnseiten der Weicheiseneinheitenbegrenzt.
[25] Statorhaueinheit nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,dass jede Weicheiseneinheit als ringförmiges Element in Umfangsrichtungin bestimmten vordefinierten Abständen randnahe Aussparungenan den vom ringförmigenUmfang des Rückschlusselementeswegerstreckenden Flächen unterBildung der Zahnelemente aufweist.
[26] Statorbaueinheit nach einem der Ansprüche 24 oder25, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlusselement und die Weicheiseneinheitenformschlüssigoder kraftschlüssigmiteinander gekoppelt sind.
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