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Die Erfindung betrifft ein Statorblechpaket für einen Elektromotor mit einer Anzahl von aufeinander gestapelten sternförmigen Statorblechen.
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Elektromotoren sind Energiewandler, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln. Ein derartiger Elektromotor umfasst einen Stator, der das feststehende Motorteil bildet, und einen Rotor, der das sich bewegende Motorteil bildet. Bei einem Innenläufermotor weist der Stator typischerweise ein Statorjoch auf, an dem radial zur Mitte, nach innen ragende Statorzähne angeordnet sind, deren dem Rotor zugewandten Freienden den sogenannten Polschuh bilden. Auf die Statorzähne sind Wicklungen aufgebracht, die im elektromotorischen Betrieb ein Magnetfeld erzeugen. Zur Führung und Verstärkung des durch die bestromten Wicklungen erzeugten magnetischen Feldes ist das Statormaterial üblicherweise metallisch, beispielsweise aus weichmagnetischen Eisen.
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Bei der Herstellung des Stators gestaltet sich die Wicklung um die Statorzähne relativ schwierig, weil das Statorjoch einen Zugang zu den Statorzähnen von außen verhindert. Für eine Bewicklung von der Innenseite her erschweren die Polschuhe einen Zugang zu den Statorzähnen. Um ein aufwendiges Wicklungsverfahren zu vermeiden, ist daher ein mehrteiliger Aufbau des Stators üblich. Hierzu wird zunächst ein Statorblechpaket mit sternförmigen Statorzähnen hergestellt, die polschuhseitig über Polschuhstege miteinander verbunden sind, um einen mechanisch stabilen Verbund zu erreichen. Der Stator wird dabei aus einzelnen, gestanzten Statorblechen gefertigt, indem diese zu dem sternförmigen Statorblechpaket in einem mechanisch stabilen Verbund paketiert werden.
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Bei der Statorblechpaketherstellung wird typischerweise darauf geachtet, dass die Statorbleche möglichst dicht aufeinander gepresst werden. Dies führt zu einem steifen Statorblechpaket. Diese steifen Statorblechpakete weisen relativ wenig Dämpfung bei Schwingungsanregungen auf, was in bestimmten Anwendungen nachteilig ist. Insbesondere tritt hierbei das Problem auf, dass sich im elektromotorischen Betrieb die Schwingungen des Statorblechpakets bis zu dem Motorgehäuse hin übertragen und äußerlich als Gehäuselärm wahrnehmbar sind. Die Schwingungen verursachen mitunter einen vorzeitigen Verschleiß und einen erhöhten Lebensdauerverbrauch des Statorblechpakets und der Wicklungen.
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Bei einem hohen Schwingungsanregungen ausgesetzten Statorblechpaket besteht die Gefahr von Lockerungen der Statorbleche im Statorblechpaket und in oder an der Statorblechpaketaufhängung sowie der Statorwicklung bzw. deren Statorspulen. In Statorblechpaketen mit elektrisch isolierter Aufhängung können hohe Schwingungsamplituden zu einem Abrieb der Isolierschicht führen. Lockerungen in der Statorblechpaketaufhängung verstärken mitunter die Schwingungsanregungen und den Isolierschichtabrieb. Dadurch kann es zu einem metallischen Kontakt kommen, bei dem auftretende hohe Ströme lokale oder flächige Heißstellen und metallische Abschmelzungen innerhalb des Statorpakets bilden können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Statorblechpaket für einen Elektromotor anzugeben, das sowohl hinsichtlich der mechanischen Stabilität als auch der Dämpfung von auftretenden Schwingungsanregungen möglichst optimal ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Hierzu ist ein Statorblechpaket für einen Elektromotor, mit einer Anzahl von aufeinander, d. h. axial übereinander gestapelten sternförmigen Statorblechen vorgesehen. Die Statorbleche weisen bezogen auf die zentrale Statorachse axial und somit in Stapelrichtung lokal überstehende, d. h. axial erhabene Auflageelemente auf, auf denen im gestapelten Zustand das jeweils nächste, axial benachbarte Statorblech aufliegt. Dadurch ist ein definiert reduzierter Auflagebereich bei dem Statorblech bereitgestellt, mit dem aufgrund der lokalen Erhöhung ein Mikrospalt zwischen benachbarten Statorblechen erzeugt wird. Durch die Reduzierung der Auflagefläche zwischen den Statorblechen wird eine schwingungstechnische Dämpfung bereitgestellt, da die Statorbleche schwingungstechnisch mit einer über die Flächengröße einstellbaren Reibung eine Mikrobewegung beziehungsweise -schwingung ausführen können. Aufgrund von Reibung wird somit die Schwingungsenergie im elektromotorischen Betrieb gedämpft.
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In der bestimmungsgebenden Einbausituation ist das Statorblechpaket in einem Statorjoch eines Elektromotors angeordnet. Die sternförmigen Fortsätze oder Statorzähne sind mit bestrombaren Spulenwicklungen zur Erzeugung eines Magnetfelds während des elektromotorischen Betriebs bewickelt.
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Die Statorblechpaketschwingungen werden größtenteils durch die radialen Komponenten des generierten Magnetfelds im elektromotorischen Betrieb erzeugt. Bei einer mittigen Rotorlage und einer symmetrischen Spulenwicklungen auf den Statorzähnen des sternförmigen Statorblechpakets sind die Radialspannungen an diametral gegenüberliegenden Spulenwicklungen gleich groß und heben sich in der Kräftebilanz auf. Das Statorblechpaket erfährt hierbei eine periodische Wechselverformung an den den Spulenwicklungen zugewandten Statorzähnen, die durch den bereitgestellten Mikrospalt gedämpft wird. Dadurch überträgt sich die Schwingungsanregung der Wechselverformung nicht auf das Motorgehäuse, wodurch die Geräuschentwicklung während des elektromotorischen Motorbetriebs vorteilhaft reduziert wird. Weiterhin erhöht sich durch die Schwingungsdämpfung die Lebenserwartung des Statorblechpakets sowie des dieses aufweisenden Elektromotors.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Auflageelemente einstückig oder stoffschlüssig an das Statorblech angeformt beziehungsweise mit diesem verbunden. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die Auflageelemente bei auftretenden Schwingungsanregungen nicht von den Statorblechen lösen.
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Die Statorbleche sind vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Eisenmaterial gestanzt, wobei das Auflageelement beispielsweise einstückig an das Statorblech angeformt ist. In einer denkbaren Weiterbildungsform ist das Auflageelement beispielsweise durch eine oder mehrere beulenartige Auswölbungen des Statorblechs gebildet, auf deren Kuppeln das benachbarte Statorblech aufliegt. Die Statorbleche sind mechanisch und elektrisch gekoppelt und können zu einem stabilen Verbund verschweißt oder stanzpaketiert werden.
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Um sicherzustellen, dass die aufeinander gestapelten Statorbleche galvanisch voneinander getrennt sind, sind die Statorbleche typischerweise von einer elektrisch nicht leitfähigen Isolierschicht überzogen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Auflageelemente vorzugsweise als strukturierte Isolierschicht des Statorblechs ausgebildet. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung des Statorblechpakets, da bei der Herstellung der Statorbleche und Auflageelemente keine Stanzwerkzeuge geändert werden müssen. Die Herstellung der Auflageelemente erfolgt lediglich während des Prozesses der Isolationsbeschichtung, beispielsweise mittels lithographischer Methoden.
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In einer bevorzugten Ausführung sind die Auflageelemente als ein Punkt- und/oder Linienmuster auf dem Statorblech verteilt. Insbesondere sind in einer vorteilhaften Weiterbildung die, vorzugsweise noppenartigen, Auflageelemente stochastisch auf dem Statorblech verteilt. Aufgrund der stochastischen Verteilung der Auflage- oder Noppenelemente auf dem Statorblech ist einerseits eine möglichst flächige Auflage des benachbarten Statorblechs ermöglicht, wodurch die Stabilität des Statorblechpakets erhöht ist. Andererseits wird dadurch sichergestellt, dass die Auflageelemente benachbarter Statorbleche nicht stets direkt übereinander angeordnet sind, wodurch die Steifigkeit des Statorblechpakets vorteilhaft zu Gunsten einer verbesserten Schwingungsdämpfung reduziert wird.
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Durch den zwischen dem Auflageelement und dem benachbarten Statorblech gebildeten Mikrospalt wird die Schwingungsanregung aufgrund der auftretenden Reibung der Mikrobewegung des Statorblechs gedämpft. Zum Zwecke einer Vermeidung von akustischen Problemen aufgrund ermöglichter Schwingungsresonanzen innerhalb des Statorblechpakets, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass die Auflageelemente derart bemessen sind, dass die Summe der Auflageelemente in Stapelrichtung lediglich der Dicke von ein bis zwei Statorblechen entspricht. Dies entspricht einem typischen Toleranzbereich des Statorblechpakets, wodurch sichergestellt wird, dass keine nachteiligen Auswirkungen auf die elektromagnetischen Eigenschaften des Statorblechpakets entstehen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in perspektivischer Darstellung ein sternförmiges Statorblechpaket eines Stators für einen Elektromotor mit einer Anzahl von übereinander gestapelten Statorblechen mit Abstandselementen,
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2 in Draufsicht ein einzelnes Statorblech mit einer Anzahl von umfangsseitig angeordneten Einzelzähnen,
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3 ausschnittsweise in schematischer Seitendarstellung eine Anzahl von übereinander gestapelten Statorblechen bzw. deren Einzelzähne mit Abstandselementen,
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4 in einer schematischen Perspektivdarstellung einen Einzelzahn eines Statorblechs mit einstückig angeformten beulenartigen Abstandselementen,
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5 in einer schematischen Perspektivdarstellung einen Einzelzahn mit linienartigen Abstandselementen aus einer Isolierschicht, und
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6 in einer schematischen Perspektivdarstellung einen Einzelzahn mit noppenartigen Abstandselementen aus der Isolierschicht.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein sternförmiges Statorblechpaket 2 aus in Lagen axial übereinander gestapelten Statorblechen 4 im Montagezustand. Die Statorbleche 4 sind unter Bildung einer zentralen, zylindrischen Öffnung 6 in Stapelrichtung 8 aufeinander geschichtet und beispielsweise miteinander stanzpaketiert. Das Statorblechpaket 2 ist Teil eines nicht näher dargestellten Stators eines nicht gezeigten Elektromotors. Das Statorblechpaket 2 umfasst radial verlaufende Statorzähne 10, die an der radial zur Mitte gelegenen Innenseite einen zylinderförmigen Polschuh 12 bilden.
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In 2 ist ein sternförmiges Statorblech 4 mit Blick auf den innenseitigen Polschuh 12 des Statorblechpakets 2 dargestellt. Ein Polschuhsteg 14 verbindet jeweils zwei benachbarte Einzelzähne 16 des in Umfangsrichtung geschlossenen Statorblechs 4 miteinander. Die Einzelzähne 16 des Statorblechs 4 sind im Statorblechpaket 2 derart angeordnet, dass alle Einzelzähne 16 mit deren Außenkontur übereinanderliegend abschließen und somit die gleichförmigen sowie gleichmäßigen Statorzähne 10 bilden. Auf die radial nach außen weisenden Statorzähne 10 werden hier nicht dargestellte Spulenwicklungen aufgebracht. Die Spulenwicklungen werden üblicherweise auf einem separaten Wickeldorn gewickelt und sind somit hinsichtlich deren dem Außendurchmesser des Wickeldorns entsprechenden lichten Weite stets gleich. Diese Spulenwicklungen werden im elektromotorischen Betrieb bestromt und erzeugen ein Magnetfeld. Das Magnetfeld wird vom aus weichmagnetischen Eisen hergestellten Statorblechpaket 2 verstärkt und geführt.
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Das Statorblech 4 weist an seiner Oberseite in Stapelrichtung 8 eine Anzahl von Abstandselementen 18 auf, von denen jeweils lediglich eines beispielhaft mit einem Bezugszeichen versehen ist.
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Wie in 3 ersichtlich wird, ist durch die Abstandselemente 18 ein definiert reduzierter lokaler Auflagebereich für benachbarte Statorbleche 4 bereitgestellt, mit dem aufgrund der lokalen Erhöhung ein Mikrospalt 20 zwischen zwei benachbarten Statorblechen 4 erzeugt wird. Im elektromotorischen Betrieb erfährt das Statorblechpaket 2 durch radiale Komponenten des Magnetfeldes der Spulenwicklungen eine periodische Wechselverformung. Diese Wechselverformung führt zu einer Schwingungsanregung der einzelnen Statorbleche 4, die durch die Reduzierung der Auflagefläche und dem Mikrospalt 20 schwingungstechnisch gedämpft wird. Bei einer Schwingungsanregung können die Statorbleche 4 aufgrund des Mikrospaltes 20 eine Mikrobewegung ausführen, die aufgrund von Reibung die Schwingungsenergie dämpft. Die Summe der Auflageelemente 18 in Stapelrichtung 8 entspricht bevorzugterweise lediglich der Dicke von ein bis zwei Statorblechen 4. Die Auflageelemente 18 sind einstückig oder stoffschlüssig an das jeweilige Statorblech 4 angeformt beziehungsweise mit diesem verbunden.
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Anhand der 4 bis 6 sind verschiedene Ausführungsformen der Auflageelemente 18 dargestellt. So zeigt 4 eine erste Ausführungsform, gemäß welcher die Auflageelemente 18 im Wesentlichen als etwa beulenartige Auswölbungen der Einzelzähne 16 des Statorblechs 4 ausgeführt sind. In dieser Ausführungsform werden die Auflageelemente 18 bei einer Stanz-Biegeherstellung der Statorbleche 4 einstückig geformt. Die Auflageelemente 18 sind in einem Punktmuster 22 angeordnet, wobei die Punktmuster 22a, 22b benachbarter Statorbleche 4 vorzugsweise derart gewählt sind, dass die Auflageelemente 18 benachbarter Statorbleche 4 in Stapelrichtung 8 nicht direkt übereinander liegen. Durch diese Anordnung ist einerseits eine flächige Auflage des benachbarten Statorblechs 4 ermöglicht, was sich positiv auf die Stabilität des Statorblechpakets 2 auswirkt. Andererseits wird dadurch die Steifigkeit des Statorblechpakets 2 vorteilhaft zu Gunsten einer verbesserten Schwingungsdämpfung reduziert.
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Um sicherzustellen, dass die aufeinander gestapelten Statorbleche 4 galvanisch voneinander getrennt sind, sind die Statorbleche 4 von einer elektrisch nicht leitfähigen Isolierschicht 24 überzogen. In den Ausführungsformen der 5 und 6 sind die Auflageelemente 18 als lithographische Strukturen der Isolierschicht 24 des Statorblechs 4 ausgebildet.
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In der Ausführungsvariante in 5 sind die Auflageelemente 18 als ein Linienmuster 26 ausgeführt. Die Auflageelemente 18 des Linienmusters 26 sind im Wesentlichen als rillenartige Überhöhungen der Isolierschicht 24 ausgeführt. Die Rillen erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte Breite des Einzelzahns 16, und sind etwa äquidistant in radialer Richtung des Statorblechs 4 angeordnet.
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In der Ausführungsvariante in 6 sind die Auflageelemente 18 als noppenartige Überhöhungen der Isolierschicht 24 ausgeführt. Die noppenartigen Auflageelemente 18 sind in einem stochastisch verteilten Punktmuster 28 auf den Einzelzähnen 16 angeordnet.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Statorblechpaket
- 4
- Statorblech
- 6
- Öffnung
- 8
- Stapelrichtung
- 10
- Statorzahn
- 12
- Polschuh
- 14
- Polschuhsteg
- 16
- Einzelzahn
- 18
- Abstandselement
- 20
- Mikrospalt
- 22, 22a, 22b
- Punktmuster
- 24
- Isolierschicht
- 26
- Linienmuster
- 28
- Punktmuster
