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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Beim Bewickeln von Polzähnen für Statoren und Rotoren elektrischer Maschinen, die Polköpfe aufweisen, muss zwischen den benachbarten Polköpfen ein Korridor freigehalten werden, damit der Wickeldraht und/oder das Wickelwerkzeug zwischen den Polköpfen hindurchgeführt werden kann. Dadurch ist der Kupferfüllfaktor, das ist das Verhältnis der Summe der Querschnittsflächen der eingelegten Kupferdrähte zwischen zwei benachbarten Polzähnen zu der zwischen den benachbarten Polzähnen zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche, sehr gering. Üblicherweise liegt der Kupfertüllfaktor von Statoren und Rotoren, bei denen die Polzähne mittels Nadelwickeln bewickelt sind, bei etwa 35%.
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Häufig reicht die Leistungsdichte von Elektromotoren mit solchen Polzähnen jedoch nicht aus. Daher werden Statoren und Rotoren auch mit Polzähnen ohne Polköpfe oder mit Polzähnen mit sehr kleinen Polköpfen ausgestattet, so dass zwar der Kupfertüllfaktor größer ist und die Leistungsdichte dieser Elektromotoren ausreicht. Jedoch weisen solche elektrischen Maschinen ein hohes Rastmoment und eine hohe Momentenwelligkeit auf.
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Daher ist es bekannt, für Elektromotoren, bei denen insbesondere gleichzeitig ein geringes Rastmoment und eine geringe Momentenwelligkeit erforderlich sind, Polzähne getrennt von einem Joch und in dieses einfügbar zu fertigen. Die Polzähne werden dafür üblicherweise mit einem schwalbenschwanzförmigen Polfuß versehen, wobei im Joch für jeden Polzahn eine schwalbenschwanzförmige Nut vorgesehen ist, in die jeweils ein Polfuß eines Polzahns einfügbar ist. Solche Statoren und Rotoren, deren Polzähne schwalbenwanzförmige Polfüße aufweisen, zeigen beispielsweise die Druckschriften
US 2003/0094876 A1 und
EP 1 276 206 A1 . Um einen möglichst hohen Kupferfüllfaktor zu erreichen, offenbaren diese Druckschriften außerdem die Verwendung einer Hülse. Jeder Polzahn wird mit einer solchen Hülse versehen, so dass die Wicklung an der Hülse und nicht am Polzahn und/oder dem Joch anliegt, wobei die Hülse entweder vor dem Fügen an den Polzahn mit der Wicklung bewickelt wird, oder danach. Anschließend wird der Polzahn an das Joch gefügt.
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Die Wicklung wird allerdings unter großer Vorspannung aufgebracht, so dass sie zwar einen guten Halt erhält. Nachteilig ist jedoch, dass sich die Hülse, insbesondere an ihrer dem Polfuß zugewandten Seite, verformt. Dadurch ist entweder das Fügen eines solchen Polzahns an das Joch sehr aufwändig oder gar nicht möglich, oder es muss für die Verformung der Hülse, insbesondere an der dem Polfuß zugewandten Seite, Bauraum vorgehalten werden, so dass zwar der Polzahn gut in das Joch einfügbar ist, aber der Kupferfüllfaktor wiederum reduziert ist. Außerdem ist aufgrund der Verformung der Hülse der Zusammenhalt des Polzahns mit der Hülse und der Wicklung nur mäßig hergestellt.
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Nachteilig ist bei einem solchen herkömmlichen schwalbenschwanzförmigen Polfuß weiterhin, dass er sehr schmal ist, häufig sogar schmaler als der Polzahn in seinem zum Bewickeln vorgesehenen Bereich. Dadurch wirken sich Herstellungstoleranzen erheblich auf die Einbaulage aus, was häufig zu einer Schiefstellung des Polzahns führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Polzahn für einen Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine zu schaffen, mit dem eine hohe Leistungsdichte, und insbesondere weiterhin ein geringes Rastmoment sowie eine geringe Momentenwelligkeit erzielbar ist, der einen möglichst hohen Kupferfüllfaktor ermöglicht, und der einfach zu fertigen ist, wobei das Fügen des insbesondere bewickelten Polzahns an ein Joch eines Stators oder Rotors einfach und/oder mit sehr geringer Toleranz der Einbaulage, und insbesondere nach dem Bewickeln des Polzahns, möglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Polzahn, der zum Anordnen an ein Joch eines Stators oder eines Rotors einer elektrischen Maschine vorgesehen ist, der an seinem dem Joch zugewandten Ende einen Polfuß aufweist, und der mit einer Wicklung bewickelbar ist, wobei der Polfuß an seiner der Wicklung zugewandten Seite eine Stützfläche aufweist, an der sich die Wicklung und/oder eine Isolierhülle abstützt.
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Der Polfuß ermöglicht, dass der Polzahn nachträglich in das Joch des Stators oder Rotors montierbar ist. Dadurch ist der Polzahn mit einer Wicklung bewickelbar, bevor er an das Joch gefügt wird. Durch die nachträgliche Montage des Polzahns an das Joch muss für die Montage kein Korridor für den Wickeldraht und/oder das Wickelwerkzeug freigehalten werden. Außerdem stören auch das Joch und/oder ein am Polzahn angeordneter Polkopf den Wickelvorgang nicht. Der Polzahn kann daher in Bezug auf seine Bauform aus Sicht der elektrischen Auslegung optimiert werden, und daher mit einem im Wesentlichen idealen Polkopf gefertigt werden. Denn insbesondere elektrische Maschinen mit idealem Polkopf weisen ein minimiertes Leerdurchdrehmoment, das ist das durch Ummagnetisierungsverluste im unbestromten Motor entstehende und einer Umdrehung entgegen wirkende Moment, auf und die im Stator oder Rotor erzeugte Wärme ist reduziert. Weiterhin ist dadurch auch für Statoren oder Rotoren mit Polzähnen, die einen großen Polkopf aufweisen, ein optimaler Kupferfüllfaktor erreichbar.
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Weiterhin sind bei einem vor dem Fügen an das Joch bewickelten Polzahn nahezu alle gängigen Wickeltechniken anwendbar, so dass eine preisgünstige Anlagentechnik verwendbar ist, mit der das Bewickeln gleichzeitig sehr schnell möglich ist.
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Die nachträgliche Montage des Polzahns ermöglicht außerdem, dass das Joch des Stators oder Rotors über seinen gesamten Umfang ungeteilt fertigbar ist, oder nur wenige Trennstellen aufweist. Dies ermöglicht eine hohe Eigensteifigkeit des Stators oder Rotors, und die Biegeeigenfrequenz des Stators oder Rotors ist erhöht, so dass das Geräusch einer den Stator und/oder Rotor aufweisenden elektrischen Maschine im Betrieb reduziert ist. Weiterhin ist dadurch der Stator oder Rotor mit geringem Aufwand sehr genau herstellbar. Beispielsweise ist dadurch der Außendurchmesser eines Stators mit sehr geringer Toleranz herstellbar, so dass der Stator mit wenig Aufwand, beispielsweise durch Pressen oder Schrumpfen, in einem Gehäuse im Wesentlichen unmittelbar am Gehäuse anliegend befestigbar ist. Der Begriff „im Wesentlichen” beschreibt hier und im Folgenden Differenzen, die durch Fertigungstoleranzen entstehen. Bei einem solchen Stator ist die im Stator erzeugte Wärme über das Gehäuse ableitbar, und die Temperatur der Bauteile daher gering, was zu einer guten Lebensdauer der Bauteile führt und/oder die Verwendung kostengünstiger Bauteile, insbesondere einer kostengünstigen Isolierhülle, ermöglicht. Außerdem verhindert die gute Wärmeableitung, dass die Temperatur von in der elektrischen Maschine angeordneten Magneten auf eine Entmagnetisierungstemperatur ansteigt und die elektrische Maschine dadurch ihre Leistung verliert und/oder das Rastmoment und/oder die Momentenwelligkeit unzulässig hoch wird.
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Ein Trennstellen aufweisendes und daher nicht einstückig gefertigtes Joch hat im Vergleich zu einem einstückig gefertigten Joch den Vorteil, dass es mit nur wenig Materialverschnitt fertigbar und daher sehr kostengünstig herstellbar ist.
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Da der Polfuß erfindungsgemäß an seiner der Wicklung zugewandten Seite eine Stützfläche aufweist, an der sich die Wicklung und/oder eine Isolierhülle abstützen, kann sich weder die Wicklung noch die gegebenenfalls vorgesehene Isolierhülle im Bereich des Polfußes verformen. Dabei ist die Stützfläche relativ zur Außenfläche des Polfußes an seiner der Wicklung abgewandten Seite groß gewählt. Daher ist das Fügen des Polzahns an das Joch nicht durch eine Verformung der Wicklung und/oder Isolierhülle erschwert und es muss auch kein Bauraum für eine solche Verformung vorgehalten werden, so dass auch diesbezüglich ein optimaler Kupferfüllfaktor erreichbar ist. Da die Verformung entfällt, erlaubt der erfindungsgemäße Polzahn die Anwendung sehr hoher Zug- beziehungsweise Wickelkräfte beim Bewickeln, so dass auch große Drahtdurchmesser verwendbar sind.
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Weiterhin ist eine gegebenenfalls verwendete Isolierhülle mit nur geringem Spiel oder sogar spielfrei auf dem Polzahn anbringbar, und die Wicklung ist spielfrei auf die Isolierhülle wickelbar, und zwar insbesondere ohne die Isolierhülle zuvor an eine Vorrichtung anzubringen, um sie dort zu bewickeln. Ein solches Anbringen an die Vorrichtung sowie nach dem Bewickeln das Entnehmen der Isolierhülle von der Vorrichtung entfällt, so dass die Fertigung des erfindungsgemäßen und bewickelten Polzahns weniger aufwändig ist.
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Bevorzugt erstrecken sich sowohl der Polzahn als auch die Stützfläche in einem Einbauzustand entlang einer Axialrichtung, so dass die Stützfläche die Wicklung entlang des gesamten Polzahns stützt. Die Axialrichtung erstreckt sich im Wesentlichen parallel der Motorachse.
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Ebenfalls bevorzugt weist der Polzahn eine Mittenebene auf, die durch die Motorachse sowie eine sich radial zur Motorachse erstreckende Linie aufgespannt ist, wobei der Polfuß zwei Stützflächen aufweist, die symmetrisch zur Mittenebene angeordnet sind. Dadurch sind die Wicklung und/oder die Isolierhülle beidseitig eines zum Bewickeln des Polzahns vorgesehenen Wickelbereiches durch die Stützfläche gestützt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform, die die Aufgabe weiterhin löst, erstreckt sich der Polzahn in einem Einbauzustand in Axialrichtung, wobei zwischen der Wicklung und dem Polzahn eine Isolierhülle vorgesehen ist, die in oder entgegen der Axialrichtung auf den Polzahn, insbesondere reversibel, aufschiebbar ist.
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Da die Isolierhülle in der Axialrichtung auf den Polzahn aufschiebbar ist, ist sie getrennt vom Polzahn fertigbar. Weiterhin ist sie daher sowohl für Polzähne verwendbar, die beim Fügen der Hülse auf den Polzahn nicht am Joch des Stators angeordnet sind, als auch für Polzähne, die beim Fügen am Joch des Stators angeordnet sind. Dabei ist das Anordnen der Isolierhülle an den Polzahn möglich, wenn der Polzahn sowohl einen Polkopf als auch einen Polfuß aufweist, die beide breiter sind, als der zu bewickelnde Bereich des Polzahns. Weiterhin ist eine solche Isolierhülle auch an einen Polzahn anordbar, der einen Polkopf aufweist und unlösbar, insbesondere einstückig, am Joch des Stators angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist die Isolierhülle eine Hülse, die aus zwei gleichen Hülsenteilen besteht, die an gegenüberliegende axiale Enden des Polzahns aufschiebbar sind, wobei der erste Hülsenteil in der Axialrichtung und der zweite Hülsenteil gegen die Axialrichtung auf den Polzahn aufgeschoben werden.
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Unabhängig davon, ob an den Wickeldrähten der Wicklung eine insbesondere ununterbrochene Isolierung, beispielsweise durch eine Ummantelung aus einem Stoff, Lack oder Kunststoff, vorgesehen ist oder nicht, ist es bevorzugt, die Isolierhülle zwischen dem Polzahn und der Wicklung vorzusehen, wobei die Isolierhülle die Wicklung zumindest teilweise trägt. Die Isolierhülle ist beispielsweise ein Kappe, eine Hülse, eine Umspritzung oder ein Papier. Sie umgibt den zum Bewickeln vorgesehenen Bereich des Polzahns bevorzugt vollumfänglich. Eine Kappe oder Hülse besteht üblicherweise aus einem nicht stromleitenden Stoff oder Kunststoff, oder sie ist auch aus Papier fertigbar. Alternativ sind das Joch sowie der Polzahn im Bereich der Wicklung mit einem nicht stromleitenden Stoff, Kunststoff oder Lack umspritzt, so dass diese Umspritzung die Isolierhülle bildet. Die Kappe, die Hülse oder die Umspritzung sind bevorzugt so aufgebaut, dass sie die Wicklung gegenüber dem Polzahn isolieren, den Wickeldraht beim Wickeln führen und/oder der Wicklung im Betrieb der elektrischen Maschine Halt geben.
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Der Polzahn weist bevorzugt an seinem dem Joch abgewandten Ende einen Polkopf auf. Dadurch sind das Rastmoment sowie die Momentenwelligkeit eines mit einem solchen Polzahn ausgestatteten Stators oder Rotors gering.
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In einer bevorzugten Ausführungsform, die die Aufgabe weiterhin löst, weist der Polfuß eine Anlagefläche auf, die zum Anliegen an eine Gegenanlagefläche des Jochs vorgesehen ist, wobei die Anlagefläche gekrümmt ist. Diese Anlagefläche und ihre Gegenanlagefläche bestimmen im Wesentlichen die Einbaulage des Polzahns. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gegenanlagefläche korrespondierend zur Anlagefläche ausgebildet, so dass die Anlagefläche im eingebauten Zustand an der Gegenanlagefläche anliegt. Weiterhin erstreckt sich die Anlagefläche im Einbauzustand bevorzugt in Axialrichtung. Ebenfalls bevorzugt weist der Polfuß zwei Anlageflächen auf, die symmetrisch zur Mittelebene angeordnet sind. Dadurch liegt der Polfuß im Einbauzustand mit den zwei symmetrisch angeordneten Anlageflächen am Joch an.
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In einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Anlagefläche im Wesentlichen kreisrund gekrümmt, so dass sich die Anlagefläche sowie die Gegenanlagefläche im Wesentlichen entlang einer fiktiven Kreislinie um die Motorachse erstrecken. Eine solche im Wesentlichen kreisrunde Anlagefläche sowie Gegenanlagefläche ist sehr genau fertigbar. Dadurch kann sich der Polfuß im Einbauzustand, solange er nicht fixiert ist, mit seiner Anlagefläche nur entlang der Gegenanlagefläche verschieben, und zwar entlang der fiktiven Kreislinie. Dadurch ist ein schräger Einbau des Polfußes, und daher eine schräge Einbaulage, in der sich die Mittelebene des Polfußes im Einbauzustand nicht im Wesentlichen radial zur Motorachse erstreckt, nicht möglich. Ein Fehler in der tangentialen Positionierung des Polzahns in der Nut des Jochs erzeugt somit keine Schrägstellung des Zahns.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die die Aufgabe weiterhin löst, weist der Polfuß eine Anlagefläche auf, die zum Anliegen an eine Gegenanlagefläche des Jochs vorgesehen ist, wobei sie eine Verformung gegenüber der Gegenanlagefläche aufweist. Die Verformung ist in einer bevorzugten Ausführungsform so vorgesehen, dass die Anlagefläche gegenüber der Gegenanlagefläche um einen Winkel geneigt ist. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch als Verformung auch Anformungen an die oder Krümmungen der Anlagefläche so vorgesehen, dass die Anlagefläche gegenüber der Gegenanlagefläche vor dem Einbau in das Joch eine Überdeckung aufweist. Um den Polzahn in das Joch zu fügen, wird jeweils der die Anlageflächen aufweisende Teil des Polfußes so verformt, dass der Polfuß in die Nut des Jochs fügbar ist. Der Polfuß wird bei dieser Ausführungsform daher unter Vorspannung in das Joch gefügt. In dieser Ausführungsform ist der Polfuß im Einbauzustand somit aufgrund einer durch die Verformung der Anlagefläche bewirkten Kraft auf das Joch zwischen der Anlagefläche und einer Konterfläche am Joch fixiert. Bevorzugt bildet das Joch eine Verspannschiene, die zumindest teilweise durch die Anlagefläche und die Konterfläche begrenzt ist. Besonders bevorzugt bildet das Joch zwei Verspannschienen, die symmetrisch zur Mittelebene angeordnet sind und sich weiterhin bevorzugt in Axialrichtung erstrecken. Dabei bewirkt die Konterfläche eine Gegenkraft auf das Joch. Die Konterfläche ist bevorzugt am Polfuß des Polzahns angeordnet. Ebenfalls bevorzugt ist die Konterfläche am Wickelbereich des Polzahns angeordnet.
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Bevorzugt ist der Polfuß kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig im Joch fixierbar, so dass nach dem Fixieren, und somit im Einbauzustand, kein Verschieben des Polfußes im Joch, insbesondere der Anlagefläche entlang der Gegenanlagefläche, mehr möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Polfuß ein Mittel zum Verspannen des Polfußes im Joch auf. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist das Mittel zum Verspannen zwischen dem Joch und dem Polfuß anordbar. Das Mittel zum Verspannen ist bevorzugt an der der Wicklung abgewandten Seite des Polfußes angeordnet beziehungsweise anordbar. Besonders bevorzugt ist das Mittel zum Verspannen entweder mittig des Polfußes angeordnet oder anordbar, und/oder es sind zumindest zwei Mittel zum Verspannen symmetrisch zur Mittelebene angeordnet oder anordbar. Weiterhin bevorzugt erstreckt sich das Mittel zum Verspannen in Axialrichtung, so dass der Polfuß entlang seiner axialen Länge gleichmäßig im Joch verspannt wird.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist das Mittel zum Verspannen ein Näschen, welches in einer Axialnut im Polfuß vorgesehen ist, und mit dem eine Presspassung des Polfußes im Joch bewirkbar ist. Das Näschen ist bevorzugt so vorgesehen, dass es die Außenfläche des Polfußes an der der Wicklung abgewandten Seite überragt, und somit eine Überdeckung mit dem Joch aufweist. Die Axialnut ermöglicht, dass sich das Näschen beim Fügen des Polzahns in das Joch zumindest teilweise verformt, so dass der Polfuß im Einbauzustand form- und/oder kraftschlüssig im Joch angeordnet und somit verspannt ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Mittel zum Verspannen eine Anformung, die beim Fügen des Polzahns in das Joch die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung des Polfußes mit dem Joch bewirkt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Mittel zum Verspannen ein Verspannstift, insbesondere der in die Axialnut im Polfuß einfügbar ist, und mittels dem der Polfuß im Joch verspannbar ist. Auch mittels des Verspannstiftes wird eine Presspassung des Polfußes im Joch bewirkt. Dabei ist der Verspannstift bevorzugt elastisch und/oder plastisch, besonders bevorzugt elastisch ausgebildet. Dadurch verformt er sich beim Fügen in die Axialnut elastisch oder elastisch-plastisch und das Fügen führt zu einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit dem Polzahn und dem Joch. Die Elastizität und/oder Plastizität des Verspannstiftes und/oder eine Elastizität des Jochs ermöglichen in allen Toleranzlagen eine ausreichend große Überdeckung des Verpannstiftes in der Axialnut, so dass der Polzahn nach dem Fügen sicher im Joch fixiert ist. Im Vergleich zu einem in der Axialnut vorgesehenen Näschen hat die Verwendung eines nachträglich in die Axialnut einfügbaren Verspannstiftes den Vorteil, dass der Polzahn im Wesentlichen kraftfrei in das Joch fügbar ist, und erst durch Fügen des Verspannstiftes verspannt und somit fixiert wird.
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Bevorzugt ist der Verspannstift aus einem Stahl gefertigt, besonders bevorzugt aus einem nicht ferromagnetischen Stahl, um einen Einfluss auf den magnetischen Fluss und Wirbelströme zu vermeiden. Ebenfalls bevorzugt ist der Verspannstift aus einem Nichteisenmetall und/oder aus Kunststoff gefertigt.
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Weiterhin bewirken die Kontaktstellen zwischen dem Polfuß, dem Mittel zum Verspannen, dem Joch sowie gegebenenfalls zusätzlich zwischen dem Joch und einem Gehäuse eine sehr hohe Dämpfung in einer den erfindungsgemäßen Polfuß aufweisenden elektrischen Maschine, so dass Schwingungen und Geräuschabgabe der elektrischen Maschine deutlich reduziert sind.
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Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, den Polfuß im Joch durch Verkleben zu fixieren. Dabei wird beispielsweise die Axialnut oder der gesamte Polfuß mit Klebstoff versehen. Insbesondere bei kleiner Baugröße und geringem zur Verfügung stehendem Bauraum ist es gegebenenfalls vorteilhaft, dass die Überdeckung des Verspannstiftes in der Axialnut nur gering ist. Dann ist es bevorzugt, den Polfuß zusätzlich im Joch zu verkleben.
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Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, den Polzahn durch Anschweißen oder Verstemmen im Joch zu fixieren.
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Der Polfuß ist vorzugsweise zumindest annähernd so breit wie oder breiter als der zum Bewickeln mit einer Wicklung vorgesehene Wickelbereich des Polzahns, wobei die Anlageflächen weiterhin bevorzugt möglichst weit voneinander beabstandet sind, so dass sich günstige Hebelverhältnisse ergeben und der Polfuß im Einbauzustand sehr robust im Joch fixiert ist.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine mit einem erfindungsgemäßen Polzahn. Der Stator oder Rotor umfasst bevorzugt ein Joch mit einer Nut, in die der Polfuß fügbar ist.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer elektrischen Maschine mit einem Stator und/oder Rotor, der einen erfindungsgemäßen Polzahn aufweist. Die elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Polzahn weist eine geringe Momentenwelligkeit sowie ein geringes Rastmoment auf, wobei gleichzeitig der Kupferfüllfaktor optimiert ist. Aufgrund des guten Kupferfüllfaktors ist die Leistungsdichte der elektrischen Maschine sehr hoch.
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Die Erfindung ist beispielsweise für elektrische Maschinen wie einen Elektromotor, einen Starter oder einen Generator anwendbar. Eine besonders bevorzugte Verwendung der elektrischen Maschine ist die eines Elektromotors für die elektrische Verstellung von beweglichen Teilen im Kraftfahrzeug, insbesondere zur Lenkunterstützung. Der Elektromotor ist aber auch für andere Anwendungen, beispielsweise als Antriebsmotor einer Handwerkzeugmaschine, verwendbar.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Montieren eines erfindungsgemäßen Polfußes, in einen Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine, wobei der Stator oder Rotor ein Joch umfasst, wobei der Polfuß kraftlos in das Joch gefügt und danach im Joch verspannt wird.
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Das Verfahren hat den Vorteil, dass das Fügen des Polfußes in das Joch sehr leicht ist und das nachträgliche Verspannen so ausführbar ist, dass keine unzulässige Verformung des Polzahns und/oder des Jochs entsteht.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Stator mit einem erfindungsgemäßen Polzahn einer Ausführungsform,
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2 zeigt einen Ausschnitt aus einem weiteren Stator mit einem erfindungsgemäßen Polzahn einer weiteren Ausführungsform,
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3 zeigt einen Ausschnitt aus einem weiteren Stator mit einem erfindungsgemäßen Polzahn einer weiteren Ausführungsform,
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4 zeigt einen Ausschnitt aus einem weiteren Stator mit einem erfindungsgemäßen Polzahn einer weiteren Ausführungsform,
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5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Stator mit einer Vielzahl von Polzähnen der Ausführungsform der 1 beziehungsweise 2 in einer perspektivischen Ansicht,
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6 zeigt in 6(a) schematisch einen Schnitt durch einen Elektromotor mit einem Stator, der eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Polzähnen einer weiteren Ausführungsform aufweist, in einer Draufsicht, in 6(b) den Polzahn des Stators, und in 6(c) einen Ausschnitt aus dem Joch des Stators dieser Ausführungsform,
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7 zeigt einen Ausschnitt aus einem weiteren Stator mit einem erfindungsgemäßen Polzahn einer weiteren Ausführungsform,
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8 zeigt einen Ausschnitt aus einem weiteren Stator mit einem erfindungsgemäßen Polzahn einer weiteren Ausführungsform, wobei in der 8(b) ein Ausschnitt aus der 8(a) vergrößert dargestellt ist,
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9 zeigt in 9(a) und 9(b) jeweils Ausschnitte weiteren Statoren mit einem erfindungsgemäßen Polzahn weiterer Ausführungsformen.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Stator 21 mit einem erfindungsgemäßen Polzahn 1 einer Ausführungsform. Beispielhaft sind an dem Stator 21 ein Polzahn 1 ohne eine Isolierhülle 8 sowie ein Polzahn 1 mit Isolierhülle 8 gezeigt.
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Die Isolierhülle 8 ist hier eine Hülse, die bevorzugt aus einem Kunststoff gefertigt ist. Im Folgenden werden die Begriffe Isolierhülle 8 und Hülse synonym verwendet. Die 1(a) zeigt einen Einbauzustand E, wobei aber der Übersicht halber an keinem der Polzähne 1 eine Wicklung 4 angeordnet ist. In 1(b) ist ein Ausschnitt aus einem Joch 12 des Stators 21 dargestellt, und 1(c) zeigt einen Polzahn 1 in einem Fertigungszustand, in dem er noch nicht in das Joch 12 gefügt ist.
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Das Joch 12 des Stators 21 ist im Wesentlichen zylindrisch geformt und weist einen im Querschnitt kreisrunden Außenmantel 171 sowie einen im Querschnitt kreisrunden Innenmantel 172 auf, die sich jeweils in einer Axialrichtung 93 (s. 5), die im Wesentlichen parallel der Motorachse 91 verläuft, erstrecken. Im Innenmantel 172 des Jochs 12 sind sich in Axialrichtung 93 erstreckende Nuten 13 gleichmäßig im Joch 12 verteilt angeordnet, die jeweils zur Aufnahme eines Polzahns 1 vorgesehen sind.
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Der Polzahn 1 weist an einem dem Joch 12 des Stators 21 zugewandten Ende 51 einen Polfuß 31 auf, der in der Nut 13 des Jochs 12 anordbar ist.
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Der Polfuß 31 ist in der Ausführungsform der 1(a) durch Kleben in der Nut 13 des Jochs 12, und daher stoffschlüssig, fixiert. An ihrem dem Joch 12 abgewandten Ende 52 weist der Polzahn 1 einen Polkopf 32 auf. Zwischen dem Polfuß 31 und dem Polkopf 32 ist ein Wickelbereich 33 zum Bewickeln mit einer Wicklung 4 (s. 6) vorgesehen.
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Der Polfuß 31 dieser Ausführungsform weist an seiner der Wicklung 4, also dem Wickelbereich 33, zugewandten Seite 61 zwei Stützflächen 7 auf. Die Stützflächen 7 sind symmetrisch zu einer Mittelebene 18, die durch die Motorachse 91 sowie eine sich radial zur Motorachse 91 erstreckende Linie 181 aufgespannt ist, angeordnet (s. hierzu auch 5). Die Stützflächen 7 erstrecken sich außerdem in Axialrichtung 93.
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Die Wicklung 4 wird bevorzugt vor dem Fügen des Polzahns 31 in die Nut 13 des Jochs 12 auf den Wickelbereich 33 aufgebracht. Dabei wird vorzugsweise zunächst die Hülse 8 am Polzahn 1 angeordnet, und zwar indem sie in der Axialrichtung 93 (s. 5) auf den Polzahn 1 aufgeschoben wird. Es ist auch eine Ausführungsform möglich, in der zwischen dem Polzahn 1 und der Wicklung 4 keine Hülse 8 vorgesehen ist. Weiterhin ist auch eine Ausführungsform bevorzugt, bei der zunächst die Hülse 8 bewickelt wird, um sie anschließend auf dem Polzahn 1 anzuordnen und den Polzahn 1 danach in das Joch 12 zu fügen, insbesondere bei einem Polzahn 1 ohne Polkopf 32.
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Die beiden Stützflächen 7 stützen die Wicklung 4 und/oder die Hülse 8 an ihrer dem Polfuß 31 zugewandten Seite 83. Dadurch ist der Polzahn 1 vor dem Fügen an das Joch 12 mit einem Wickeldraht 41 (s. 6) mit großer Vorspannung bewickelbar, ohne das eine Verformung der Wicklung 4 und/oder der Isolierhülle 8 entsteht, die das Fügen des Polzahns 1 an das Joch 12 erschwert oder sogar verhindert. Dadurch sind auch Wickeldrähte 41 (s. 5) verwendbar, die einen großen Leiterquerschnitt aufweisen.
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Der Polfuß 31 weist zwei Anlageflächen 10 auf, die symmetrisch zur Mittelebene 18 angeordnet sind. Im Einbauzustand E liegen die Anlageflächen 10 jeweils an einer korrespondierenden Gegenanlagefläche 100 der Nut 13 an. Die Anlageflächen 10 sowie die Gegenanlageflächen 100 erstrecken sich in Axialrichtung 93 und sind so gekrümmt, dass sie sich im Wesentlichen entlang einer fiktiven Kreislinie 90 um die Motorachse 91 erstrecken und ihre Krümmung somit im Wesentlichen kreisrund verläuft. Die Anlageflächen 10 können sich daher nur entlang der Gegenanlageflächen 100, und somit entlang der fiktiven Kreislinie 90 um die Motorachse 91 verschieben, so dass der Polfuß 1 immer radial zur Motorachse 91 ausgerichtet ist. Dadurch beeinflusst ein Spiel zwischen den sich näherungsweise quer zur Stützfläche 7 und/oder der Anlagefläche 10 erstreckenden Flächen 16 des Polzahns 31 und des Jochs 12 die Einbaulage des Polzahns 31 nicht, so dass dadurch keine Schrägstellung des Polzahns 31 entsteht.
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Dabei umfasst die Formulierung „sich näherungsweise quer zur Stützfläche 7 und/oder der Anlagefläche 10 erstreckende Flächen 16” auch Flächen 16, die einen Winkel zur Stützfläche und/oder Anlagefläche aufweisen, der kein rechter Winkel ist.
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In dieser Ausführungsform des Polfußes 1 weist dieser an seiner der Wicklung 4 abgewandten Seite 62 eine Axialnut 141 auf. Die Axialnut 141 ermöglicht, dass ein Verspannstift als ein Mittel zum Verspannen 15 in die Axialnut 141 einfügbar ist (s. 2), so dass der Polfuß 1 mittels des Verspannstiftes alternativ oder zusätzlich zu dem Verkleben in der Nut 13 des Jochs 12 fixierbar ist.
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Zum Verkleben ist beispielsweise ein Harz, ein Klebstoff oder ein Kunststoff verwendbar.
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Im Rahmen der Figurenbeschreibungen der 1, 2, 5, 6, 7 und 9 werden die Begriffe Mittel zum Verspannen 15 und Verspannstift synonym verwendet. Als Verspannstift 15 ist beispielsweise ein Stift, ein Rohr oder ein Federelement verwendbar.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus einem weiteren Stator 21 mit einem erfindungsgemäßen Polzahn 1 einer weiteren Ausführungsform. Der Übersichtlichkeit halber ist auch in dieser 2 nur ein Wickelbereich 33 eines Polzahns 1 mit einer Hülse 8 versehen, und keiner der Polzähne 1 trägt eine Wicklung 4.
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Der Polzahn 1 dieser Ausführungsform weist zwei Wickelbereiche 33 auf, an denen jeweils ein Polkopf 32, aber nur ein gemeinsamer Polfuß 31 vorgesehen ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, um die Bauteilezahl in der Fertigung zu reduzieren, hat jedoch den Nachteil, dass der Kupferfüllfaktor zwar hoch aber nicht optimal hoch ist.
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Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform der 1 weiterhin durch die Fixierung des Polfußes 31 im Joch 12 des Stators 21. Und zwar weist der Polfuß 1 an seiner der Wicklung 4 abgewandten Seite 62 die Axialnut 141 auf, die sich in Axialrichtung 93 (s. 5) erstreckt, und in die als Mittel zum Verspannen 15 der Verspannstift eingefügt ist. Dadurch wird die Anlagefläche 10 des Polfußes 31 an die Gegenanlagefläche 100 der Nut 13 gepresst, so dass der Polzahn 1 im Joch 12 fixiert ist.
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Ohne die Fixierung des Polfußes 31 in der Nut 13 des Jochs 12 mittels des in die Axialnut 141 gefügten Verspannstiftes 15 entspricht diese Ausführungsform der 2 der Ausführungsform der 1.
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3 zeigt einen Ausschnitt aus einem weiteren Stator 21 mit einem erfindungsgemäßen Polzahn 1 einer weiteren Ausführungsform. Der Übersichtlichkeit halber ist auch in dieser 3 nur ein Wickelbereich 33 eines Polzahns 1 mit einer Hülse 8 versehen, und keiner der Polzähne 1 trägt eine Wicklung 4. Und auch diese Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Polzahns 1 unterscheidet sich von denen der 1 und 2 durch seine Fixierung im Joch 12.
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Denn als Mittel zum Verspannen 142 ist hier an der der Wicklung 4 abgewandten Seite 62 des Polfußes 31 mittig ein Näschen vorgesehen, das in der Axialnut 141 angeordnet ist. An dieser Seite 62 weist der Polfuß 31 weiterhin eine Außenfläche 622 auf, wobei das Näschen 142 über die Außenfläche 622 hinausragt. Beim Fügen des Polzahns 1 in die Nut 13 des Jochs 12 überdeckt das Näschen 142 daher das Joch 12. Das Näschen 142 ist bevorzugt elastisch und/oder plastisch ausgebildet, so dass es sich aufgrund der Überdeckung 191 beim Fügen elastisch oder elastisch-plastisch verformt, und der Polzahn 1 im Joch 12 verspannt wird. Die Passung ist dabei als Presspassung ausgelegt. Dadurch wird die Anlagefläche 10 des Polzahns 1 an die korrespondierende Gegenanlagefläche 100 des Jochs 12 gepresst und der Polzahn 1 im Joch 12 fixiert, wobei die Überdeckung 191 so wählbar ist, dass der Polzahn 1 zwar einerseits sicher und stabil im Joch 12 fixiert ist, durch die Vorspannung aber keine unzulässige Verformung des Polzahns 1 und/oder des Jochs 12 entsteht.
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Auch in dieser Ausführungsform weist der Polfuß 31 die zwei zur Mittelebene 18 symmetrisch angeordneten Anlageflächen 10 auf. Außerdem erstrecken sich die Anlageflächen 10 sowie ihre korrespondierenden Gegenanlageflächen 100 des Jochs 12 hier ebenfalls kreisförmig um die Motorachse 91, und sind voneinander möglichst weit beabstandet, um die Hebelverhältnisse zu optimieren und eine möglichst stabile und robuste Verbindung zwischen dem Polzahn 1 und das Joch 12 zu bewirken. Der Abstand der beiden Anlageflächen 10 zueinander ist hier durch den Pfeil 192 gezeigt.
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In dieser Ausführungsform sind keine zusätzlichen Maßnahmen und/oder Bauteile wie beispielsweise zusätzliches Verkleben oder zusätzliche Verspannstifte 15 zum Fixieren des Polzahns 1 in der Nut 13 des Jochs 12 erforderlich. Daher ist diese Ausführungsform sehr kostengünstig herstellbar. Grundsätzlich ist aber auch eine Ausführungsform denkbar, in der der Polzahn 1 durch weitere Maßnahmen zusätzlich im Joch 12 fixiert wird, beispielsweise durch Kleben.
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Durch die mittige Anordnung des Näschens 142 ist der Einfluss des Näschens 142 auf den magnetischen Fluss minimiert. Grundsätzlich ist das Näschen 142 oder sind mehrere Näschen 142 auch beabstandet von der Mittelebene 18 am Polfuß 31 anordbar.
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Der Polfuß 31 ist in einer bevorzugten Ausführungsform aus einer Vielzahl von aneinander anliegenden Lamellen 20 (s. 5) hergestellt, die vorzugsweise aus Stanzblechen gestanzt und dann aneinander gefügt werden. Die Lamellen 20 sind dabei in Axialrichtung 93 geschichtet. In der hier beschriebenen Ausführungsform wird das Näschen 142 besonders bevorzugt einstückig mit zumindest einigen der Lamellen 20 des Polzahns 1 gebildet.
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Die Elastizität beziehungsweise die Steifigkeit des Näschens 142 ist durch seine Kontur und/oder eine Tiefe 143 der Axialnut 141 beeinflussbar. Zusätzlich ist die Elastizität des Näschens 142 veränderbar, indem das Näschen 142 nicht an allen Lamellen 20 des Polzahns 1 vorgesehen ist. Dadurch weist der Polzahn 1 Lamellen 20 mit Näschen 142 auf, denen Lamellen 20 ohne Näschen 142 benachbart sind. Dabei ist die Anzahl und Reihenfolge von Lamellen 20 mit Näschen 142 und Lamellen 20 ohne Näschen 142 variierbar.
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4 zeigt einen Ausschnitt aus einem weiteren Stator 21 mit einem erfindungsgemäßen Polzahn 1 einer weiteren Ausführungsform. Auch diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polzahns 1 unterscheidet sich von denen der 1–3 durch seine Fixierung im Joch 12. Der Übersichtlichkeit halber ist auch in dieser 4 nur ein Wickelbereich 33 eines Polzahns 1 mit einer Hülse 8 versehen, und keiner der Polzähne 1 trägt eine Wicklung 4.
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In dieser Ausführungsform sind an der der Wicklung 4 abgewandten Seite 62 des Polfußes 31 symmetrisch zur Mittelebene 18 zwei Axialnute 141 so weit wie möglich voneinander beabstandet vorgesehen, in die jeweils ein Verspannstift 15 als Mittel zum Verspannen einfügbar ist. Dadurch ermöglicht diese Ausführungsform eine äußerst robuste Verbindung des Polzahns 1 mit dem Joch 12, da die Kraftangriffspunkte hier noch günstiger sind, als bei den Ausführungsformen der 2 und 3. Außerdem ist die Gefahr, dass sich das Joch 12 beim Fixieren des Polzahns 1 ungewollt verformt, reduziert. Denn die so weit wie möglich voneinander beabstandeten Axialnute 141 sind hier jeweils in einer Ecke 131 der Nut 13 vorgesehen, in der das Joch 12 eine höhere Steifigkeit besitzt, als in der Mitte der Nut 13.
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Anstatt der Verspannstifte 15 sind zur Fixierung auch Näschen 142 oder andere Befestigungsmittel (nicht dargestellt) verwendbar.
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5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Stator 21 mit einer Vielzahl von Polzähnen 1 der Ausführungsform der 1 beziehungsweise 2 in einer perspektivischen Ansicht. Die Polzähne 1. sind jeweils in die Nuten 13 des Jochs 12 gefügt. Ihre Polfüße 31 weisen eine Axialnut 141 auf, in die ein Mittel zum Verspannen 15 einfügbar ist, aber hier noch nicht mittels Verspannstiften 15 (s. 2) verspannt ist. Außerdem ist hier der Übersichtlichkeit halber lediglich auf einen einzigen Polzahn 1 ein erster Teil 81 einer zweiteiligen Hülse 8 in einer Axialrichtung 93 parallel der Motorachse 91 aufgeschoben, wobei die anderen Polzähne 1 keine Hülse 8 und keiner der Polzähne 1 eine Wicklung 4 tragen. Der zweite Teil (nicht gezeigt) der Hülse 8 ist durch Aufschieben entgegen der Axialrichtung 93 am Polzahn 1 anordbar.
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Sowohl die Polzähne 1 als auch das Joch 12 des Stators 21 sind aus einer Vielzahl von aneinander anliegenden Lamellen 20 gefertigt. Die Dicke der Lamellen 20 ist bevorzugt überall gleich, oder sie variiert. Außerdem sind die Polzähne 1 und der Stator 21 sowohl aus Lamellen 20 derselben Dicke und desselben Materials herstellbar, als auch aus Lamellen 20 verschiedener Dicke und verschiedenen Materials. Die Lamellen 20 sind bevorzugt gestanzt und mittels Stanznoppen (nicht gezeigt) aneinander gehalten und/oder genietet und/oder verbacken und/oder geschweißt und/oder zusammengeklebt. Sie sind aber auch mittels anderer Verfahren herstellbar, beispielsweise mittels Laserschnitt.
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Die Polzähne 1 und das Joch 12, insbesondere die Nuten 13 im Joch 12 sowie der Außenmantel 171, sind mit sehr geringen geometrischen Toleranzen, d. h. bezüglich ihrer Ausmaße, ihrer Form sowie ihrer Lage, herstellbar, beispielsweise mittels Stanzen oder Lasern aus einem Blech. Sie sind aber auch als massive Bauteile herstellbar.
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Das Joch 12 dieses Stators 21 ist nicht einstückig gefertigt, sondern es weist Trennstellen 121 auf, an denen Teilstücke 122 des Jochs 12 aneinander gefügt sind. Ein solches Trennstellen 121 aufweisendes Joch 12 wird vorteilhaft durch ein Gehäuse 24 oder auf eine andere Weise, beispielsweise durch Schweißen, verbunden (s. 6).
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Die 5 zeigt außerdem eine Mittelebene 18 eines der Polzähne 1, die durch die Motorachse 91 und die radial zur Motorachse 91 verlaufende Linie 181 aufgespannt ist.
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6 zeigt in 6(a) schematisch einen Schnitt durch einen Elektromotor 25 mit einem Stator 21, der eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Polzähnen 1 einer weiteren Ausführungsform aufweist, in einer Draufsicht, in 6(b) den Polzahn 1 des Stators 21, und in 6(c) einen Ausschnitt aus dem Joch 12 des Stators 21 dieser Ausführungsform.
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Der Elektromotor 25 ist in einem Gehäuse 24 angeordnet und weist einen drehbar um eine Motorwelle 9 angeordneten Rotor 22 sowie einen Stator 21 auf, der am Gehäuse 24 angeordnet ist. Die Motorwelle 9 erstreckt sich entlang der Motorachse 91. Weiterhin sind sowohl der Rotor 22 als auch der Stator 21 koaxial zur Motorachse 91 angeordnet.
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Die Polzähne 1 sind in Nuten 13 des Jochs 12 angeordnet, die gleichmäßig am Joch 12 verteilt sind. Sie weisen jeweils einen Polfuß 31, einen Wickelbereich 33 sowie einen Polkopf 32 auf. Die Polzähne 1 tragen jeweils eine Wicklung 4, wobei zwischen der Wicklung 4 und den Polzähnen 1 jeweils eine Hülse 8 vorgesehen ist. Um die Wickeldrähte 41 der Wicklungen 4 miteinander verschalten zu können, weist der Elektromotor 25 bevorzugt eine Verschaltungsplatte (nicht gezeigt) auf.
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Zum Verspannen der Polzähne 1 in den Nuten 13 des Jochs 12 weisen die Polzähne 1 jeweils die Axialnut 141 auf, die an der der Wicklung 4 abgewandten Seite 62 des Polfußes 31 angeordnet ist, so dass in die Axialnut 141 ein Verspannstift 15 als Mittel zum Verspannen einfügbar ist.
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Analog den Ausführungsformen der 1–5 weist der Polfuß 1 dieser Ausführungsform zwei symmetrisch zur Mittelebene 18 angeordnete Stützflächen 7 auf, an denen sich die Wicklung 4 und/oder die Hülse 8 abstützt.
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Auch weist der Polfuß 1 zwei symmetrisch zur Mittelebene 18 angeordnete Anlageflächen 10 auf, die im Einbauzustand E an korrespondierenden Gegenanlageflächen 100 anliegen. Jedoch sind die Anlageflächen 10 sowie die Gegenanlageflächen 100 nicht kreisrund (s. 1–5) vorgesehen, sondern verlaufen geradlinig, und zwar in einem Winkel 182 zur Mittelebene 18, so dass sie gegenüber der Mittelebene 18 schräg angeordnet sind.
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Zwischen den Anlageflächen 10 und den Außenflächen 622 des Polfußes 1 ist in dieser Ausführungsform jeweils eine sich im Wesentlichen quer zur Stützfläche 7 erstreckende Fläche 16 vorgesehen.
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Da die Anlageflächen 10 der Polzähne 1 dieser Ausführungsform nicht kreisrund um die Motorachse 91 vorgesehen sind, nehmen die Polzähne 1 beim Fügen in das Joch 12 nicht automatisch eine konzentrische Position, und somit eine im Wesentlichen senkrechte Position zur Mittelachse 18, ein. Daher muss bei der Montage des Polzahns 1 in das Joch 12 durch geeignete Maßnahmen sichergestellt werden, dass der Polzahn 1 nicht schief im Joch 12 eingebaut wird. Außerdem wirken sich in dieser Ausführungsform Fertigungsfehler der Anlageflächen 10 und/oder Gegenanlageflächen 100 auf den Abstand des Polzahns 1 von der Motorachse 91 sowie die Rundheit des Innenmantels 172 des Stators 21 aus.
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Jedoch ist diese Ausführungsform sehr kompakt fertigbar und vorteilhaft anwendbar, wenn beispielsweise der für das Joch 12 zur Verfügung stehende Bauraum sehr gering ist, so dass die Dicke 123 des Jochs 12 für einen Polzahn 1 einer der Ausführungsformen der 1–5 nicht ausreicht. Da auch die Ausführungsform der 6 günstige Hebelverhältnisse ermöglicht, stellt diese Ausführungsform außerdem ebenfalls eine sehr robuste Verbindung des Polzahns 1 mit dem Joch 12 sicher.
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7 zeigt einen Ausschnitt aus einem weiteren Stator 21 mit einem erfindungsgemäßen Polzahn 1 einer weiteren Ausführungsform. Der Polzahn 1 dieser Ausführungsform weist analog der Ausführungsform der 6 eine in einem Winkel 182 zur Mittelebene 18 verlaufende Anlagefläche 10 auf. Außerdem sind hier die in der Axialnut 141 angeordneten Verspannstifte 15 gezeigt. Im Gegensatz zur Ausführungsform der 6 weist dieser Polfuß 31 jedoch keine sich zwischen den Anlageflächen 10 und den Außenflächen 622 des Polfußes 31 und jeweils im Wesentlichen quer zu den Stützflächen 7 erstreckende Flächen 16 (s. 6) auf. Die Ausführungsform der 7 ist besonders geeignet, wenn wenig Bauraum zur Verfügung steht.
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8 zeigt einen Ausschnitt aus einem weiteren Stator 21 mit einem erfindungsgemäßen Polzahn 1 einer weiteren Ausführungsform, wobei in der 8(b) ein Ausschnitt aus der 8(a) vergrößert dargestellt ist.
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Beispielhaft ist in der 8(a) ein Polzahn 1 einstückig mit dem Joch 12 gebildet, während ein benachbarter Polzahn 1 separat gefertigt und mit seinem Polfuß 31 in eine Nut 13 des Jochs 12 fügbar ist. Sowohl der einstückig mit dem Joch 12 gefertigte Polzahn 1' als auch der fügbare Polzahn 1 tragen der Übersichtlichkeit halber hier weder eine Hülse 8 noch eine Wicklung 4 (s. 5). Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass die einstückig mit dem Joch 12 gefertigten Polzähne 1' die an den Stator 21 gefügten Polzähne 1 stützen, insbesondere nachdem die im Stator 21 verbleibenden Freiräume ausgegossen sind. Ein so gefertigter Stator 21 ist, nachdem alle Polzähne 1, 1' bewickelt und in das Joch 12 gefügt sind, und insbesondere nachdem die Freiräume ausgegossen sind, sehr robust. Ein solches Ausgießen stützt zudem die Wicklungen 4 und gibt ihnen Halt. Das Ausgießen erfolgt bevorzugt mit Kunststoff.
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Der fügbare Polzahn 1 weist im Gegensatz zu den Polzähnen 1 der 1–7 keine Stützfläche 7 auf. Jedoch weist er symmetrisch zur Mittelebene 18 zwei Anlageflächen 10 auf, die gegenüber zwei sich ebenfalls symmetrisch zur Mittelebene 18 erstreckende Gegenanlageflächen 100 des Jochs 12 eine Verformung 112 (s. 8(b)) aufweisen. Die Verformung 112 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel so vorgesehen, dass die Anlagefläche 10 gegenüber der Gegenanlagefläche 100 um einen Neigungswinkel geneigt ist, so dass die Anlagefläche 10 die Gegenanlagefläche 100 überdeckt. Es sind aber auch andere Ausführungsformen bevorzugt, die eine Überdeckung 191 der Anlagefläche 10 gegenüber der Gegenanlagefläche 100 bewirken. Im Folgenden werden die Begriffe Verformung 112 und Neigungswinkel synonym verwendet.
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Die Überdeckung 191 ist hier durch einen gestrichelten Bereich gezeigt. Die Überdeckungen 191 der beiden Anlageflächen 10 weisen dabei bevorzugt einen möglichst großen Abstand 192 voneinander auf, so dass die Hebelverhältnisse zum Verspannen des Polzahns 1 im Joch 12 günstig sind. Dadurch ist eine robuste Verbindung des Polzahns 1 im Joch 12 sichergestellt. Ebenfalls bevorzugt ist der Neigungswinkel 112 klein gewählt, damit ein Luftspalt zwischen der Anlagefläche 10 und der Gegenanlagefläche 100 möglichst klein ist, und damit die Beeinflussung durch den Magnetfluss möglichst gering ist.
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Daher ist der Polzahn 1 nur in das Joch 12 fügbar, indem jeweils der die Anlageflächen 10 aufweisende Teil des Polfußes 31 so verformt wird, dass die Anlagefläche 10 die Gegenanlagefäche 100 beim Fügen nicht überdeckt. Der Polfuß 31 wird unter Vorspannung in das Joch 12 gefügt und dabei verspannt. Im eingebauten Zustand E wirkt somit eine durch die Verformung 112 der Anlagefläche 10 bewirkte Kraft 113 auf die Gegenanlagefläche 100.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der Polfuß 31 so ausgebildet, dass er zwei symmetrisch zur Mittelebene 18 angeordnete Konterflächen 11, die an der dem Joch 12 zugewandten Seite 63 des Wickelbereichs 33 angeordnet sind, aufweist. Im Einbauzustand E liegen die Konterflächen 11 jeweils an einer Gegenkonterfläche 111 des Jochs 12 an, wobei die Gegenkonterflächen 111 ebenfalls symmetrisch zur Mittelebene 18 angeordnet sind. Dabei sind die Konterflächen 11 so vorgesehen, dass sie der durch die Verformung 112 bewirkten Kraft 113 mit einer Gegenkraft 114 entgegen wirken. Und zwar begrenzen die Gegenkonterflächen 111 sowie die Gegenanlageflächen 100 zwei sich in Axialrichtung 93 (s. 5) erstreckende und symmetrisch zur Mittelebene 18 angeordnete Verspannschienen 122 des Jochs 12, so dass der Polzahn 1 die Verspannschienen 122 jeweils zumindest teilweise durch seinen Polfuß 31 und zumindest teilweise durch seinen Wickelbereich 33 umgreift. Der Polzahn 1 ist daher aufgrund der durch die Verformung 112 bewirkten Kraft 113 zwischen der Anlagefläche 10 und der Konterfläche 11 am Joch 12 fixiert, wodurch der Polzahn 1 kraft- und/oder formschlüssig am Joch 12 angeordnet ist.
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Die Konterflächen 11 und die Gegenkonterflächen 111 sind hier jeweils in einem Keilwinkel 115 zur Mittelebene 18 angeordnet. Da die Konterflächen 11 und die Gegenkonterflächen 111 jeweils symmetrisch zur Mittelebene 18 angeordnet sind, bilden die Konterflächen 11 einen Keil, so dass der Polzahn 1 im Joch 12 zentriert ist. Bevorzugt sind die Keilwinkel 115 spitze Winkel, besonders bevorzugt im Bereich zwischen etwa 50°–80°. Beim Fügen ermöglicht diese Anordnung, dass der Polzahn 1 ohne Kollision mit dem Joch 12 in dieses fügbar ist, auch wenn er über seinen gesamten zum Bewickeln vorgesehenen Wickelbereich 33 bewickelt ist. Außerdem ist der Polzahn 1 bei dieser Wahl der Keilwinkel 115 sehr gut im Joch 12 zentriert.
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Die Ausführungsform der 8 ermöglicht außerdem, dass zunächst die die Wicklung 4 tragende Hülse 8 bewickelt wird, um diese anschließend am Polzahn 1 anzuordnen und den Polzahn 1 danach an das Joch 12 zu fügen.
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9 zeigt in 9(a) und 9(b) jeweils Ausschnitte weiteren Statoren 21 mit einem erfindungsgemäßen. Polzahn 1 weiterer Ausführungsformen. Auch in den 9(a), (b) sind die Polzähne 1 der Übersichtlichkeit halber ohne Hülse 8 und Wicklung 4 (s. 5) gezeigt. Im Gegensatz zu der Ausführungsform der 8 weisen diese beiden Ausführungsformen jeweils Stützflächen 7 für die Wicklung 4 und/oder die Hülse 8 auf.
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Um dies zu ermöglichen, greifen die Verspannungsschienen 122 hier jeweils in den Polfuß 31 ein, so dass die Konterfläche 11 in den hier gezeigten Ausführungsformen am Polfuß 31 des Polzahns 1 angeordnet ist.
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Bei der Ausführungsform der 9(a) ist der Anlagebereich 10 an der dem Wickelbereich 33 abgewandten Seite 64 der Verspannschiene 122 angeordnet, während er bei der Ausführungsform der 9(b) an der dem Wickelbereich 33 zugewandten Seite 65 der Verspannschiene 122 angeordnet ist.
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Weiterhin unterscheiden sich die Ausführungsformen der 9 darin, dass in der Ausführungsform der 9(a) die Außenfläche 622 des Polfußes 31 an seiner der Wicklung 4 abgewandten Seite 62 sowie die dieser Außenfläche 622 gegenüberliegende Innenfläche 173 des Jochs 12 kreisbogenförmig um die Motorachse 91 vorgesehen ist, während die Außenfläche 622 des Polfußes 31 an seiner der Wicklung 4 abgewandten Seite 62 sowie die dieser Außenfläche 622 gegenüberliegende Innenfläche 173 des Jochs 12 der 9(b) eben und quer zur Mittelebene 18 vorgesehen ist.
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Die Erfindung ermöglicht, dass die Kontur der Polzähne 1 und Polköpfe 32 den Erfordernissen entsprechend anpassbar ist. beispielsweise sind die Ausmaße der Stützflächen 7, des Polkopfes 32 und/oder der Abstand 192 der Anlageflächen 10 voneinander anpassbar. Auch die Anzahl der Polzähne 1 des Stators 21 ist variabel. Weiterhin ist zumindest eine Axialnut 141 vorsehbar (hier gestrichelt gezeigt), in die ein Mittel zum Verspannen 15 (s. 2) einfügbar ist.
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Für die Montage der erfindungsgemäßen Polfüße 31 wird die Isolierhülle 8, beispielsweise als Hülse aus Kunststoff oder Papier oder als Umspritzung, an den Polzähnen 1 angeordnet. Danach werden die Polzähne 1 bewickelt.
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Dabei sind immer nur einzelne Polzähne 1 bewickelbar, oder es werden mehrere Polzähne 1 gruppenweise bewickelt. Nach dem Bewickeln werden die Polzähne 1 an das Joch 12 gefügt. Weiterhin sind die Polzähne 1 aller Ausführungsformen so fügbar, dass sie im eingebauten Zustand E mit Vorspannung an den Anlageflächen 10 des Jochs 12 anliegen. Dabei sind die Ausführungsformen besonders bevorzugt, bei denen die Polzähne 1 zunächst ohne Vorspannung, also nahezu kraftfrei, in das Joch 12 fügbar sind, um sie anschließend jeweils, beispielsweise mittels eines Verspannstiftes 15, zu verspannen.
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Die Figuren zeigen durchweg Statoren 21 mit einem erfindungsgemäßen Polfuß 1. Je nach Anwendungsfall sind die erfindungsgemäßen Polfüße 1 aber auch für Rotoren 22 verwendbar.
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Weiterhin zeigen alle Figuren Statoren 21 mit zylindrischem Außenmantel 171 des Jochs 12. Die Figuren schließen aber auch Statoren 21 ein, die Verbindungsmittel zum Verbinden des Stators 21 mit einem Gehäuse 24 aufweisen, beispielsweise Vertiefungen und/oder Taschen für Spannmittel und/oder Federklammern und/oder Klebstoff oder weitere.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2003/0094876 A1 [0003]
- EP 1276206 A1 [0003]
