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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, der sich entlang einer Achse von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, wobei er an beiden Enden eine ihn begrenzende Stirnfläche, sowie eine ihn begrenzende Außenfläche umfasst, die die Stirnflächen miteinander verbindet, wobei die Stirnflächen einen ersten Abstand zueinander und die Außenfläche einen zweiten Abstand zur Achse aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Baugruppe mit einem solchen Stator und einem Gehäuse, welches an dem Stator angeordnet ist.
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In elektrischen Maschinen bilden sich im Betrieb mechanische Verformungswellen aus, die zu Geräuschentwicklungen führen. Die Geräuschentwicklung ist maßgeblich durch den Aufbau der elektrischen Maschine bestimmt, beispielsweise durch seine Nut- und Polzahl, seine Größe, die Form und den Aufbau von Stator und Rotor, verwendete Materialien und Weiteres. Die Geräusche werden durch die Verbindung des Stators mit einem diesen aufnehmenden Gehäuse nach außen übertragen.
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Um diese Geräuschentwicklung zu reduzieren, offenbart die Druckschrift
DE 10 2009 027 872 A1 , zwischen den Stator und dem Gehäuse Entkopplungsringe anzuordnen, durch die der Stator akustisch vom Gehäuse entkoppelt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stator für eine elektrische Maschine sowie einen Baugruppe, die den Stator sowie gegebenenfalls Bauelemente mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten umfasst, bereit zu stellen, wobei der Stator beziehungsweise die Baugruppe eine sehr geringe Geräuschentwicklung verursacht, und kostengünstig herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Stator für eine elektrische Maschine, der sich von einem ersten Ende in einer axialen Richtung bis zu einem zweiten Ende erstreckt, wobei er an den beiden Enden jeweils eine ihn begrenzende Stirnfläche aufweist, wobei die Stirnflächen in axialer Richtung einen ersten Abstand voneinander aufweisen, und wobei er zudem eine ihn begrenzende Außenfläche aufweist, die die Stirnflächen miteinander verbindet, und die in einer radialen Richtung zur Achse einen zweiten Abstand von der Achse aufweist, wobei sich der erste Abstand in axialer und/oder tangentialer Richtung, und/oder der zweite Abstand in radialer und/oder tangentialer Richtung ändert.
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Da der zweite Abstand der Außenfläche von der Achse entlang der tangentialen Richtung und/oder entlang der Achse variiert, und/oder da der erste Abstand der Stirnflächen voneinander entlang der radialen Richtung und/oder der tangentialen Richtung variiert, verändert sich die Kontur des Stators in axialer, tangentialer und/oder radialer Richtung. Dadurch werden mechanische Verformungswellen verändert, und/oder wird die Ausbreitung der mechanischen Verformungswellen, die sich in axiale, radiale und/oder tangentiale Richtung ausbreiten, behindert oder sogar unterdrückt. Demzufolge sind die mechanischen Verformungswellen in ihrem Betrag und ihrer Phase so verändert, dass die Geräuschentwicklung einer elektrischen Maschine mit dem erfindungsgemäßen Stator im Vergleich zu einer elektrischen Maschine mit einem herkömmlichen Stator bei gleicher elektromagnetischer Anregung geringer ist. Im Vergleich zu einer elektrischen Maschine mit herkömmlichem Stator erlaubt die elektrische Maschine mit erfindungsgemäßem Stator daher eine höhere elektromagnetische Anregung, um dieselbe Geräuschentwicklung zu verursachen. Die Magnetkreise in der elektrischen Maschine mit erfindungsgemäßem Stator können daher mit höheren elektromagnetischen Anregungen im Luftspalt ausgelegt werden. Der Stator beziehungsweise die elektrische Maschine sind daher erheblich kostengünstiger herstellbar.
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Ein erfindungsgemäßer Stator weist in seinem Zentrum eine konzentrisch um eine Achse angeordnete Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Rotors auf. Bevorzugt ist er aus einer Vielzahl von Lamellen, die in axialer Richtung aneinandergereiht angeordnet sind, gefertigt, um Wirbelstromverluste im Stator zu vermeiden. Die Lamellen sind bevorzugt zu einem Lamellenpaket aneinander gefügt. Weiterhin bevorzugt sind sie aus Eisen oder einer eisenhaltigen Metalllegierung hergestellt. Ganz besonders bevorzugt sind sie aus Blechen gestanzt.
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Es ist ebenfalls bevorzugt, dass der Stator gegenüber einer Mantelfläche eines sich konzentrisch um die Achse erstreckenden fiktiven Zylinders, die zumindest teilweise die Außenfläche und/oder die Stirnflächen bildet, Erhebungen aufweist. Die Mantelfläche bildet bevorzugt die Teile der Außenfläche, die den kleinsten zweiten Abstand zur Achse aufweisen, und/oder die Teile der Stirnflächen, die den kleinsten ersten Abstand zueinander aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform, die die Aufgabe ebenfalls löst, ist der Stator für die elektrische Maschine aus einer Vielzahl von Lamellen, die in axialer Richtung aneinandergereiht angeordnet sind, gefertigt, wobei die Lamellen sich in ihrer Form, Außenkontur, Größe, Dicke, Werkstoff und/oder Anordnung zueinander so unterscheiden, dass der Stator gegenüber einer Mantelfläche eines sich konzentrisch um die Achse erstreckenden fiktiven Zylinders Erhebungen aufweist. Die Erhebungen verändern die mechanischen Verformungswellen und/oder behindern die Ausbreitung der mechanischen Verformungswellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Erhebungen in axialer, radialer und/oder tangentialer Richtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Ganz besonders bevorzugt sind sie in axialer, radialer und/oder tangentialer Richtung so verteilt vorgesehen, dass sie Ausbreitungsmoden der Verformungswellen geringer Ordnung verringern oder vermeiden, da diese im Vergleich zu Ausbreitungsmoden der Verformungswellen höherer Ordnung einen größeren Energiegehalt aufweisen. Ganz besonders bevorzugt behindern die Erhebungen die Ausbreitung von Moden erster bis sechster Ordnung, oder sie verhindern sie sogar. Es ist bevorzugt, dass die Anordnung der Erhebungen und/oder ihre Anzahl variiert, so dass die Ausbreitung von mechanischen Verformungswellen bestimmter Moden gezielt behindert oder sogar unterdrückt wird. Dafür ist die Anzahl der Erhebungen in einer bevorzugten Ausführungsform ungleich der Modenzahl. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform entspricht die Anzahl der Erhebungen in axialer, radialer und/oder tangentialer Richtung jeweils einer Primzahl.
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Es ist aber auch eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die Erhebungen in axialer, radialer und/oder tangentialer Richtung ungleichmäßig verteilt angeordnet sind, so dass ihr Abstand voneinander in axialer, radialer und/oder tangentialer Richtung jeweils verschieden ist.
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Die Erhebungen bilden in einer besonders bevorzugten Ausführungsform Lagerungsmittel zum Lagern des Stators in einem ihn zumindest teilweise umgebenden Gehäuse. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Erhebungen elastisch ausgebildet sind, so dass trotz unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten keine zusätzlichen Verbindungselemente zum Verbinden des Stators mit dem Gehäuse erforderlich sind.
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Ebenfalls bevorzugt bilden die Erhebungen einen Teil des Gehäuses oder eines Lagerschildes, eines weiteren Lagers und/oder weiterer Konstruktionsbauteile der elektrischen Maschine.
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In einer bevorzugten Ausführungsform, die die Aufgabe ebenfalls löst, ist der Stator für die elektrische Maschine aus einer Vielzahl von Lamellen, die in axialer Richtung aneinandergereiht angeordnet sind, gefertigt, und weist Lagerungsmittel auf, die zum Lagern des Stators in einem ihn zumindest teilweise umgebenden Gehäuse vorgesehen sind, wobei die Lagerungsmittel zumindest teilweise aus den Lamellen gefertigt sind. Die den Stator bildenden Lamellen werden in dieser Ausführungsform daher gleichzeitig zum Lagern des Stators an dem ihn zumindest teilweise umgebenden Gehäuse genutzt.
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Es ist bevorzugt, dass die Lagerungsmittel gegenüber einer konzentrisch um eine Achse des Stators angeordneten Mantelfläche eines fiktiven Zylinders Erhebungen bilden, die sich in axiale, radiale und/oder tangentiale Richtung des Stators erstrecken. Dafür unterscheiden sich die Lamellen bevorzugt zumindest teilweise in ihrer Form, Dicke, Größe und/oder Außenkontur. Ebenfalls bevorzugt sind sie in tangentialer Richtung zueinander verdreht angeordnet. Zudem ist es bevorzugt, dass die Lamellen aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt sind. Auch in dieser Ausführungsform wird die Ausbreitung mechanischer Verformungswellen daher behindert und/oder unterdrückt. Die Lamellen, die den Grundkörper des Stators bilden, tragen daher unmittelbar zu seiner akustischen Entkopplung vom Gehäuse bei.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Lagerungsmittel den Stator axial und/oder radial abstützen. Dabei wird der Stator in Abhängigkeit von den baulichen Gegebenheiten vorzugsweise einseitig oder beidseitig durch die Lagerungsmittel abgestützt. Dafür ist das Gehäuse bevorzugt zylinderförmig oder topfförmig oder als Rahmenkonstruktion ausgebildet.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Baugruppe, umfassend einen solchen Stator für eine elektrische Maschine sowie ein Gehäuse, welches den Stator zumindest teilweise umgibt. Da bei diesem Stator die Ausbreitung der mechanischen Verformungswellen behindert oder sogar unterdrückt wird, ist die Geräuschentwicklung der Baugruppe im Vergleich zu einer Baugruppe mit herkömmlichem Stator geringer.
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Das Gehäuse ist vorzugsweise an zumindest einem Lagerungsmittel des Stators festgelegt, so dass keine zusätzlichen Bauteile zum Befestigen des Stators im Gehäuse benötigt werden. Oder ebenfalls bevorzugt bilden die Erhebungen einen Teil des Gehäuses.
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Zudem ist das Lagerungsmittel bevorzugt elastisch ausgebildet. Dadurch werden beim Verbinden von Gehäuse, Stator und/oder gegebenenfalls weiterer Bestandteile der Baugruppe miteinander trotz ihrer unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten keine Zusatzelemente benötigt. Ganz besonders bevorzugt sind die Lagerungsmittel durch elastische Ausprägungen gebildet.
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Vorzugsweise sind an dem Lagerungsmittel dafür ein Befestigungsmittel, insbesondere eine Nut oder ein Steg, und am Gehäuse ein zum Befestigungsmittel korrespondierendes Gegenbefestigungsmittel, insbesondere ein zur Nut korrespondierender Steg beziehungsweise eine zum Steg korrespondierende Nut, vorgesehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist außerdem zwischen dem Gehäuse und dem Stator zumindest ein Freiraum ausgebildet, der mit Luft, einer Dämpfungsmasse und/oder einem elastischen und/oder plastischen Bauteil gefüllt ist. Dabei ist der Freiraum vorzugsweise in axialer und/oder tangentialer Richtung zwischen den Lagerungsmitteln vorgesehen. Die in den Freiraum eingebrachten Materialien Luft, Dämpfungsmasse, insbesondere dauerelastische oder aushärtbare Masse, und/oder elastisches und/oder plastisches Bauteil ermöglichen eine akustische Dämpfung, eine latente Wärmespeicherung und/oder thermische Anbindung. Die Dämpfungsmasse ist dabei bevorzugt ein Kleber, ein Gel, Kautschuk, eine Vergussmasse wie beispielsweise Gießharz, oder ein thermoplastischer und/oder duroplastischer Kunststoff. Es eignet sich neben einer Flüssigkeit oder einem elastischen und/oder plastischen Bauteil als Dämpfungsmasse auch ein Granulat. Das elastische und/oder plastische Bauteil ist ebenfalls bevorzugt aus einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunststoff gebildet.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Baugruppe ein Lagerschild, eine Motorwelle, Lager zum Lagern der Motorwelle und/oder weitere Konstruktionsbauteile umfasst. In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Erhebungen und/oder Lagerungsmittel Zentrierungsmittel und/oder Fixierungsmittel für das Gehäuse, den Lagerschild, das Lager und/oder die weiteren Konstruktionsbauteile bilden. Ebenfalls bevorzugt bildet eine der Erhebungen und/oder Lagerungsmittel den Lagerschild, ein Lager und/oder ein weiteres Konstruktionsbauteil. Weiterhin bevorzugt bilden die Erhebungen und/oder Lagerungsmittel Anschlagflächen, Einpässe, Clips und/oder Verstemmflächen.
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Zudem ist es bevorzugt, dass zwischen dem Lagerschild, dem Lager und/oder den weiteren Konstruktionsbauteilen und dem Stator weitere Freiräume vorgesehen sind, in die vorzugsweise Luft, Dämpfungsmasse und/oder ein elastisches und/oder plastisches Bauteil eingebracht ist.
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Das Gehäuse ist bevorzugt zylinderförmig oder topfförmig oder als Rahmenkonstruktion ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist es aus Stanzbiegeteilen gefertigt und/oder gegossen.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer elektrischen Maschine mit einer solchen Baugruppe. Die elektrische Maschine ist bevorzugt ein Elektromotor. Prinzipiell ist die Erfindung aber auch auf andere elektrische Maschinen anwendbar, beispielsweise auf einen Starter oder einen Generator. Die elektrische Maschine ist kostengünstiger und leiser herstellbar.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verstellantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Elektromotor. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Handwerkzeugmaschine mit einem solchen Elektromotor.
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Bei dem erfindungsgemäßen Stator wird eine runde und/oder gleichförmige Außenkontur bewusst vermieden, so dass die Ausbreitung von insbesondere umlaufenden mechanischen Verformungswellen behindert wird. Durch gezielte Positionierung der Erhebungen ist es möglich, die Ausbreitung von mechanischen Verformungswellen bestimmter Moden gezielt zu behindern oder sogar zu unterdrückten, und ihre Übertragung auf benachbarte Konstruktionselemente zu verringern. Dabei kann die Anordnung der Erhebungen prinzipiell beliebig variieren. Zudem sind die aus einer oder mehreren Lamellen gebildeten Erhebungen jeweils gleichzeitig so ausbildbar, dass sie spezifische konstruktive Gestaltungsmerkmale aufweisen, die beispielsweise eine Zentrierung, Fixierung, Dichtung und/oder Dämpfung von Stator, Gehäuse, Lagerschild und/oder weiterer Konstruktionsbauteile gewährleisten, oder diese Bauteile teilweise selber bilden.
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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. Es zeigen
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1 in (a) eine Baugruppe mit einem erfindungsgemäßen Stator für eine elektrische Maschine in einer perspektivischen Ansicht und in (b) einen Schnitt A-A durch die Baugruppe aus (a);
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2 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Baugruppe mit einem erfindungsgemäßen Stators;
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3 in (a) und (b) jeweils verschiedene Ausführungsformen von Lamellen für einen erfindungsgemäßen Stator;
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4 in (a) eine weitere Ausführungsform einer Baugruppe mit einem erfindungsgemäßen Stator, und in (b)–(d) verschiedene Lamellen für den Stator;
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5 in (a) und (b) jeweils eine weitere Ausführungsform einer Baugruppe mit einem erfindungsgemäßen Stator, und in (c) eine Ausführungsform einer Lamelle für den Stator;
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6 in (a)–(h) jeweils eine weitere Ausführungsform einer Baugruppe mit einem erfindungsgemäßen Stator; und
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7 in (a)–(c) jeweils eine weitere Ausführungsform einer Baugruppe mit erfindungsgemäßen Stator.
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Die Baugruppe 1 der 1(a) umfasst einen Stator 2 sowie ein hier nur mittels gestrichelter Linien schematisch gezeigtes Gehäuse 4. Der Stator 2 weist Zähne 60 auf, die hier der Übersichtlichkeit halber ebenfalls nur mittels gestrichelter Linien schematisch gezeigt sind. Die Zähne 60 sind zum Bewickeln mit Leiterschleifen vorgesehen, von denen in den Folgenden Figuren nur Wickelköpfe 6 schematisch gezeigt sind (s. beispielsweise 1b). Die Spulen 6 sind zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes vorgesehen. Die Erfindung ist in Bezug auf die Anzahl der Zähne 60 nicht eingeschränkt. Sie ist zudem auch auf Statoren 2 anwendbar, die zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes Dauermagnete (nicht gezeigt) anstelle von Spulen 6 aufweisen.
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Der Stator 2 erstreckt sich von einem ersten Ende 201, an dem er eine Stirnfläche 200 aufweist, in einer axialen Richtung 31 entlang einer Achse 3 bis zu einem zweiten Ende 202, an dem er ebenfalls eine Stirnfläche 200 aufweist. Die Stirnflächen 200 begrenzen den Stator 2 und weisen einen ersten Abstand 81 zueinander auf. Sie sind an einer der Achse 3 abgewandten Seite 23 des Stators 2 durch eine Außenfläche 20 miteinander verbunden, die den Stator 2 ebenfalls begrenzt.
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Der Stator 2 ist aus einer Vielzahl in axialer Richtung 31 aneinander gereihter Lamellen 21 gebildet. Die Lamellen 21 sind beispielsweise mittels Stanzpaketieren miteinander verbunden. Die Erfindung ist aber nicht auf Statoren 2, die aus Lamellen 21 gebildet sind, beschränkt, sondern auch auf Statoren 2 anwendbar, die aus einem Vollkörper gebildet sind.
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In seinem Zentrum weist der Stator 2 eine Durchgangsbohrung 30 auf, die konzentrisch um die Achse 3 angeordnet und zur Aufnahme eines Rotors (nicht gezeigt) vorgesehen ist. In der Durchgangsbohrung 30 sind die zum Bewickeln mit den Leiterschleifen vorgesehenen Zähne 60 angeordnet.
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Die den Stator 2 begrenzende Außenfläche 20 weist einen zweiten Abstand 82, 82’ zur Achse 3 auf, der hier in axialer Richtung 31 variiert. Und zwar ist die Außenfläche 20 hier jeweils in einem verformten Bereich 25 an den beiden Enden 201, 202 des Stators 2 weiter von der Achse 3 beabstandet, als in einem unverformten Bereich 26 zwischen den Enden 201, 202 des Stators 2. Der Abstand 82, 82’ der Außenfläche 20 von der Achse 3 beziehungsweise der Außendurchmesser d, d’ des Stators 2 ändert sich hier sprungartig. Gegenüber einer Mantelfläche 70 eines fiktiven Zylinders, der sich konzentrisch um die Achse 3 erstreckt und denselben Abstand 82 von der Achse 3 aufweist, wie die Außenfläche 20 im unverformten Bereich 26, weist der Stator 2 daher Erhebungen 22 auf, die die Ausbreitung von mechanischen Verformungswellen in axialer Richtung 31 behindern. Dafür weisen die Lamellen 21 des Stators 2 im verformten Bereich 25 jeweils einen größeren Außendurchmesser d’ auf, als der Außendurchmesser d der Lamellen 21 im unverformten Bereich 26. Diese sprungartige Änderung der Außenkontur des Stators 2 bewirkt, dass die Ausbreitung einer mechanischen Verformungswelle in axialer Richtung 31 behindert wird.
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In der 1(b) ist sichtbar, dass die Erhebungen 22 als Lagerungsmittel zum Lagern des Gehäuses 4 der Baugruppe 1 genutzt werden. Bei dieser Baugruppe 1 ist die Anzahl der Befestigungsmittel (nicht gezeigt) zum Festlegen des Gehäuses 4 am Stator 2 daher entsprechend verringert. Im Folgenden werden die Begriffe Erhebungen 22 und Lagerungsmittel synonym verwendet.
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Sichtbar ist auch, dass zwischen dem Stator 2 und dem Gehäuse 4 im unverformten Bereich 26 zwischen den Lagerungsmitteln 22 ein Freiraum 5 ausgebildet ist. Beispielhaft ist in der 1(b) gezeigt, dass der Freiraum 5 mit Luft 52 und/oder einer Dämpfungsmasse 51 beziehungsweise einem elastischen und/oder plastischen Bauteil 51 auffüllbar ist.
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Der Stator 2 der 2(a) unterscheidet sich von dem Stator 2 der 1 darin, dass er in seinen verformten Bereichen 25 an den beiden Enden 201, 202 jeweils eine Endlamelle 27 aufweist, die dicker ist, als die Lamellen 21 im unverformten Bereich 26. Der Außendurchmesser d’ der jeweils einen Endlamelle 27 ist größer, als der Außendurchmesser d der Lamellen 21 im unverformten Bereich 26, so dass die jeweils eine Endlamelle 27 die Erhebung 22 beziehungsweise das Lagerungsmittel 22 für das Gehäuse 4 bildet. Die Außenfläche 20 des Stators 2 weist daher auch hier im verformten Bereich 25 einen größeren Abstand 82’ von der Achse 3 auf, als der Abstand 82 der Außenfläche 20 von der Achse 3 im unverformten Bereich 26. Auch hier ist der verbleibende Freiraum 5 im unverformten Bereich 26 mit einem Dämpfungsmittel 51 gefüllt.
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Der Stator 2 der 2(b) unterscheidet sich hingegen von dem Stator 2 der 2(a) darin, dass er in axialer Richtung 31 etwa mittig einen weiteren verformten Bereich 25 aufweist, in dem eine Erhebung 22 angeordnet ist, die gleichzeitig als Lagerungsmittel 22 für das den Stator 2 umgebende Gehäuse 4 genutzt wird.
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In den 3(a) und (b) sind beispielhaft Lamellen 21 des verformten Bereiches 25 gezeigt. Dabei sind hier die Zähne 90 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Im Gegensatz zu den Lamellen 21 des Stators 2 der 1(a) im verformten Bereich 25, die in tangentialer Richtung 33 durchgehend, also über den gesamten Umfang, einen größeren Außendurchmesser d’ aufweisen, als die Lamellen 21 dieses Stators 2 im unverformten Bereich 26, weisen die Lamellen 21 der 3 als Segmente ausgebildete Erhebungen 22 auf, die sich in tangentialer Richtung 33 nur über einen Teilwinkel 9 erstrecken. Im Folgenden werden auch die Begriffe Segmente und Erhebungen 22 synonym verwendet.
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Die Segmente 22 sind in tangentialer Richtung 33 gleichmäßig verteilt angeordnet. Ihr Außendurchmesser d’ ist größer, als der Außendurchmesser d der Lamelle 21 zwischen den Segmenten 22, welcher hier gleich dem Außendurchmesser d der Mantelfläche 70 des fiktiven Zylinders ist. Da die Mantelfläche 70 den kleinsten Abstand 82 der Außenfläche 20 des Stators 2 von der Achse 3 aufweist, entspricht der Außendurchmesser d der Lamelle 21 zwischen den Segmenten 22 einem Außendurchmesser d des Stators 2 im unverformten Bereich 26.
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Die Lamellen 21 der 3(a) und (b) weisen jeweils vier Segmente 22 auf. Die Anzahl der Segmente 22 ist aber prinzipiell beliebig und kann in Abhängigkeit von den zu behindernden mechanischen Verformungswellen variieren. Die beiden gezeigten Lamellen 21 unterscheiden sich durch ihre Außenkontur, die im Falle der Lamelle 21 der 3(a) sprungartig und im Falle der Lamelle 21 der 3(b) abgerundet ausgebildet ist.
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Solche Lamellen 21, die in tangentialer Richtung 33 Segmente 22 als Erhebungen 22 aufweisen, behindern die Ausbreitung von mechanischen Verformungswellen in tangentialer Richtung 33.
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Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform solcher Lamellen 21 mit Segmenten 22 für den verformten Bereich 26. Im Vergleich zu den Lamellen 21 der 3 ist der Teilwinkel 9 der Segmente 22 aber kleiner gewählt. Zudem weist die Lamelle 21 der 4(a) lediglich zwei Segmente 22 auf, die Lamelle 21 der 4(b) hingegen vier Segmente 22.
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Die 4(c) zeigt mehrere hintereinander angeordnete Lamellen 21, wobei die erste sichtbare Lamelle 21 zwei Segmente 22 aufweist. Insgesamt sind acht gleichmäßig in tangentialer Richtung 33 verteilt angeordnete Segmente 22 sichtbar. Da die Anzahl der Lamellen 21 hier nicht erkennbar ist, kann diese Anordnung nur aus Lamellen 21 der 4(a) gebildet sein, die in tangentialer Richtung 33 zueinander verdreht angeordnet sind. Oder sie ist aus einer Kombination von Lamellen 21 der 4(a) und (b) gebildet. Denkbar ist auch, dass die Lamelle 21 der 4(a) für diese Anordnung mit Lamellen 21 kombiniert ist, die beispielsweise drei, sechs oder acht Segmente 22 aufweisen.
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In Abhängigkeit von der Anzahl der Segmente 22 und der Anordnung der Lamellen 21 in tangentialer Richtung 33 zueinander wird die Ausbreitung verschiedener mechanischer Verformungswellen in axialer und/oder tangentialer Richtung 31, 33 behindert.
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In der 5(a) wird der verformte Bereich 25 gleichzeitig als Lagerungsmittel 22 für das Gehäuse 4 sowie zum Abdichten des Freiraumes 5 zwischen dem Gehäuse 4 und dem Stator 2 und/oder zum Dämpfen der Übertragung mechanischer Verformungswellen auf das Gehäuse 4 genutzt. Dafür ist im verformten Bereich 25 ein O-Ring 28 angeordnet. Denkbar ist auch die Herstellung zumindest einiger Lamellen 21 im verformten Bereich 25 aus einem Kunststoff.
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Der Abstand 82 der Außenfläche 20 von der Achse ist im unverformten Bereich 26 dabei kleiner gewählt, als der Abstand 82’’ der Außenfläche 20 von der Achse 3 im verformten Bereich 25. Zudem ist der Abstand 82’ der Außenfläche 20 im Bereich des O-Ringes 28 kleiner als im Übrigen verformten Bereich 25, aber größer als im unverformten Bereich 26 gewählt. Die Kontur des Stators 2 verläuft hier daher in axialer Richtung 31 bewusst mehrstufig.
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Eine bewusst mehrstufig verlaufende Kontur zeigt auch die 5(b). Jedoch ist hier kein O-Ring 28 vorgesehen, sondern der verformte Bereich kann hier neben der Lagerung des Gehäuses 4 auch zum Anordnen, insbesondere Einklemmen, weiterer Konstruktionsbauteile (nicht gezeigt) der Baugruppe 1 genutzt werden.
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Die 5(c) zeigt die Lamelle 21 der 3(a), wobei in jedem Segment 22 hier zudem ein Befestigungsmittel 29 vorgesehen ist, mit dem die Lamelle 21 am Gehäuse 4 befestigbar ist. Das Befestigungsmittel 29 ist als Nut ausgebildet, so dass ein mit dieser Lamelle 21 gefertigter Stator 2 in ein Gehäuse 4 einschiebbar ist, in dem zu dieser Nut korrespondierende Stege als Gegenbefestigungsmittel (nicht gezeigt) vorgesehen sind. Diese Segmente 22 bilden daher die Lagerungsmittel 22 zum Lagern des Gehäuses 4.
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Bei dem Stator 2 der 6(a)–(d) weisen die Lamellen 21 im verformten Bereich 25 nicht nur einen größeren Außendurchmesser d’, d’’ auf im Vergleich zum Außendurchmesser d der Lamellen 21 im unverformten Bereich 26. Sondern sie sind zudem in axialer Richtung 31 verformt, nämlich abgewinkelt. Durch diese Änderung der Form der Lamellen 21 ändert sich der Abstand 81, 81’ der Stirnflächen 200 dieser Statoren 2 voneinander daher in radialer Richtung 32. Zudem ändert er sich gegebenenfalls auch in tangentialer Richtung 33, beispielsweise bei Verwendung von Lamellen 21 mit Segmenten 22. Diese Ausbildung des Stators 2 behindert daher sowohl die Ausbreitung von mechanischen Verformungswellen in radialer 32 als auch in axialer Richtung 31, und beispielsweise bei Verwendung von Segmenten 22 auch in tangentialer Richtung 33.
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Bei dem Stator 2 der 6(a) sind die Erhebungen 22, die als Lagerungsmittel 22 für das Gehäuse 4 genutzt sind, jeweils nach außen abgewinkelt, so dass sich der Abstand 81, 81’ der Stirnflächen 200 in radialer Richtung 32 zum Gehäuse 4 hin vergrößert. Eine sich in radialer Richtung 31 ausbreitende mechanische Verformungswelle weist bei diesem Stator 2 eine größere Wellenlänge und damit einen geringeren Energiegehalt auf, im Vergleich zu einem Stator 2, bei dem die Lagerungsmittel 22 nicht nach außen abgewinkelt sind. Zudem ermöglichen diese Lagerungsmittel 22, dass der Stator 2 in sich elastisch schwingen kann. Dadurch sind die auf die umliegenden Konstruktionsbauteile der Baugruppe 1 wirkenden Anregungs- und/oder Verformungsenergien für die mechanischen Verformungswellen verringert.
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Gegebenenfalls können Teilsegmente 220 der Erhebungen 22 auch nach innen abgewinkelt sein, um die Statik der Baugruppe 1 zu verbessern, wie dies in 6(b) schematisch gezeigt ist.
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Der in 6(c) dargestellte Stator 2 ist sowohl in axialer als auch in radialer Richtung 31, 32 im verformten Bereich 25 mehrstufig ausgebildet.
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Die Erhebungen 22 des Stators 2 der 6(d) sind jeweils rechtwinkelig abgewinkelt und abgerundet. Sie bilden daher gleichzeitig eine Passfläche beim Einschieben des Stators 2 in das Gehäuse 4.
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Die Baugruppen der 7(a) und (b) weisen jeweils ein topfförmiges Gehäuse 4 auf, mit einer zylindrischen Wand 42, die sich konzentrisch um die Achse 3 erstreckt, und einem quer zur zylindrischen Wand 42 angeordneten Boden 41, in dem ein Lager 44 für den Stator 2 angeordnet ist.
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Bei beiden Statoren 2 sind die jeweils an den Enden 201, 202 angeordneten Erhebungen 22 als Lagerungsmittel 22 ausgebildet.
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Bei dem Stator 2 der 7a ist das im Lager 44 des Gehäuses 4 angeordnete Lagerungsmittel 22 an dem ersten Ende 201 dafür rechtwinklig nach außen gebogen, so dass sich nicht nur der zweite Abstand 82, 82’, 82’’ der Außenfläche 20 des Stators 2 von der Achse 3 in axialer und/oder tangentialer Richtung 31, 33 mehrstufig ändert, sondern zudem ändert sich auch der erste Abstand 81, 81’ der Stirnflächen 200 in radialer und/oder tangentialer Richtung 32, 33 voneinander. Das Lagerungsmittel 22 am zweiten Ende 202 entspricht den in den 1 und 2 gezeigten Lagerungsmitteln 22. Beide Lagerungsmittel 22 können segmentförmig ausgebildet sein. Der Stator 2 ist daher am ersten Ende 201 in axialer 31 und am zweiten Ende 202 in radialer Richtung 32 gelagert.
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Bei der Baugruppe der 7b ist am zweiten Ende 202 ein Lagerschild 43 in das Gehäuse 4 eingeschoben. Der Stator 2 ist im Lagerschild 43 und im Boden 41 des Gehäuses 4 jeweils axial gelagert. Dafür weist der Stator 2 an seinen beiden Enden 201, 202 jeweils Erhebungen 22 gegenüber er Stirnfläche 200 auf, die aus mehreren rechtwinklig nach außen abgewinkelten Lamellen 21 gebildet sind. Dadurch ändert sich der zweite Abstand 82, 82’, 82’’ der Außenfläche 20 des Stators 2 von der Achse 3 in axialer und/oder tangentialer Richtung 31, 33 mehrstufig, sowie der erste Abstand 81, 81’ der Stirnflächen 200 voneinander.
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Die Lager 44 für den Stator 2 sind im Boden 41 beziehungsweise im Lagerschild 43 jeweils durch eine Ausnehmung gebildet, in die die Lagerungsmittel 22 des Stators 2 eingelegt sind. Sie sind durch ein bevorzugt elastisches Klemmmittel 45, beispielsweise einen Ring oder eine Feder, gegen ein Verschieben gesichert.
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Bei einer Lagerung in axialer Richtung 31 werden sich in radialer Richtung 31 ausbreitende Verformungswellen verringert oder nicht auf das Gehäuse 4 übertragen. In Abhängigkeit von den baulichen Gegebenheiten ist es gegebenenfalls erforderlich, das Gehäuse 4 der Baugruppe 1 an beiden Enden 201, 202 des Stators 2 verschieden auszubilden. Solche Gegebenheiten zeigen die 8(a) und (b) beispielhaft.
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Bei beiden dargestellten Baugruppen 1 sind jeweils nur die Stirnseiten 200 des Stators 2 teilweise vom Gehäuse 4 umgeben. An beiden Enden 201, 202 des Stators 2 sind am Gehäuse 4 Kanten 47 vorgesehen, die zumindest teilweise von Erhebungen 22, die aus einigen Lamellen 21 des Stators 2 gebildet sind, umschlossen sind.
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Es ist auch denkbar, dass die Kanten 47 Bestandteile anderer Bauteile der Baugruppe 1 sind, beispielsweise eines Lagerschildes. Dann sind die Lamellen auch zur Zentrierung und Fixierung dieser Bauteile nutzbar.
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Die Statoren 2 der 9 weisen Erhebungen 22 auf, die nicht nur Lagerungsmittel 22 für das Gehäuse 4 bilden, sondern gleichzeitig das Lagerschild. Sie bilden hier zudem ein Lager 300 für eine Welle (nicht gezeigt) der elektrischen Maschine. Bei diesen Statoren 2 werden die Erhebungen 22 erst nach dem Bewickeln des Stators 2 gebogen.
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Beim Stator 2 der 10 bilden die Erhebungen 22 einen Teil des Gehäuses 400. Bei der hier gezeigten Ausbildung des Stators werden zudem Dämpfungselemente und/oder Elemente zur thermischen Anbindung 53 mit der Erhebung 22 fixiert. Ein Lager 46 für die Welle ist hier von einem nicht zum Stator 2 gehörenden Gehäuseteil 4 gebildet.
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Bei dem Stator 2 der 10 ist auch denkbar, dass die Erhebungen 22 gleichzeitig eine mechanische Verbindung mit dem Gehäuseteil 4 bilden, so dass die zusätzlichen Dämpfungselemente 53 entfallen können.
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Durch die Erhebungen 22 wird die Ausbreitung umlaufender mechanischer Verformungswellen behindert oder sogar unterdrückt. Zudem wird ihre Übertragung auf das Gehäuse 4 in Abhängigkeit von der Lagerung des Stators 2 im Gehäuse 4 zumindest reduziert oder verhindert. Die Geräuschentwicklung durch eine elektrische Maschine mit erfindungsgemäßem Stator 2 ist daher deutlich reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009027872 A1 [0003]
