-
HINTERGRUND
-
Rotor und Stator von Elektromotoren umfassen häufig eine oder mehrere Kernkomponenten die geschichtet sind. Diese Kernkomponenten umfassen in der typischen Weise ein Joch und eine Vielzahl von Polen oder Zähnen (zum Anbringen einer oder mehrerer magnetischer Komponenten, wie z. B. Feldspulenwicklungen). Zum Beispiel können benachbarte Polpaare, die an einem Joch des Stators befestigt sind, bei vielen Motoren Wicklungsschlitze definieren, die ein Wickeln von Feldspulen um jeden der Pole ermöglichen.
-
Motorkernkomponenten können auch als Einzelkomponente gefertigt werden. 1 zum Beispiel zeigt ein Produktionsmodell für eine Vielzahl von Motorkernkomponenten 6, die ein zentrales Joch und eine Vielzahl von sich nach außen erstreckenden Polen umfassen, wobei jede der Kernkomponenten aus einem einzelnen Vollmaterialstück 2 besteht, das aus einer Materialplatte 4 herausgeschnitten, herausgearbeitet oder auf andere Weise aus derselben hergestellt wird, wobei die Materialplatte ein Metall, Kunststoff oder ein anderes Material sein kann, das für die Herstellung einer Motorkernkomponente geeignet ist. Wie jedoch in 1 gezeigt ist, ist die Materialausnutzung bei Verwendung einer derartigen Konfiguration gering und der Prozentsatz der Materialverschwendung hoch. Dies führt zu einem höheren Materialverbrauch und zu höheren Betriebskosten für den Hersteller.
-
Hinzu kommt, dass die einteilige Konfiguration möglicherweise die Quantität von Feldspulenwicklungen, die um die Pole herumgeführt werden können, einschränkt, da an den Polen Platz für den Eintritt und den Austritt der Wicklung gelassen werden muss. Bei einigen Anwendungen ist es wünschenswert, viele Feldspulenwicklungen in den Wicklungsschlitzen der Kernkomponente anbringen zu können, um einen hohen Schlitzfüllgrad zu erzielen, da die Feldspulen dadurch ein stärkeres Magnetfeld erzeugen können, das wiederum ein höheres Ausgangsdrehmoment ermöglicht. Einteilige Kernkomponenten sind möglicherweise nicht geeignet, für manche dieser Anwendungen einen ausreichenden Schlitzfüllgrad zu erzielen.
-
Aus diesem Grund wird eine Kernkomponente für einen Motor benötigt, die eine bessere Materialausnutzung und einen höheren Schlitzfüllgrad ermöglicht.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Einige Ausführungsformen sind auf eine Motorkernkomponente gerichtet, die bei besserer Materialausnutzung hergestellt werden kann und über einen höheren Schlitzfüllgrad verfügt. Einige Ausführungsformen umfassen ein kranz- oder ringförmiges Joch, das aus mindestens einer Bandkomponente gebildet ist, die eine Vielzahl von linear verbundenen Jochabschnitten umfasst. Die Kernkomponente umfasst auch eine Vielzahl von Polen, an denen eine Vielzahl von magnetischen Komponenten wie beispielsweise Feldspulen gewickelt oder befestigt sein kann.
-
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Bandkomponente eine Vielzahl von Jochabschnitten, die als Einzelkomponente ausgebildet sind. Die Bandkomponente kann eine Vielzahl von konstruktiven Stabilisierungsmerkmalen aufweisen, um die Herstellung der Joche zu erleichtern oder um als Spannungsentlastungsmerkmale zu wirken, die die Spannungen in der Bandkomponente verringert, wenn diese zu dem Joch geformt wird. In einigen Ausführungsformen können die konstruktiven Stabilisierungsmerkmale Kerben zwischen Paaren von benachbarten Jochabschnitten umfassen. Durchgangsöffnungen oder Durchlässe in der Nähe der Oberseite der Kerben können in einigen Ausführungsformen ebenfalls zur Spannungsentlastung verwendet werden.
-
In einigen Ausführungsformen umfassen die Pole einen Polkörper und einen Polschuh, wobei sich der Polschuh von einem Ende des Polkörpers in Umfangsrichtung nach außen erstreckt. In einigen Ausführungsformen sind eine Innenfläche eines Polschuhs und eine Seitenkante des Polkörpers in einem Winkel in dem Bereich von 100 bis 120° angeordnet.
-
In einigen Ausführungsformen ist ein Abschnitt der Pole jeweils eine von dem Joch getrennte Komponente. In einigen Ausführungsformen bestehen der Polkörper und der Polschuh aus einer Einzelkomponente und sind eine von dem Joch separate Komponente. In anderen Ausführungsformen sind ein oder mehrere der Polkörper integral mit dem Joch ausgebildet und sind eine von den Polschuhen separate Komponente.
-
In einigen Ausführungsformen ist die Vielzahl von Polen an der Außenfläche des Jochs befestigt und erstreckt sich von der Mitte des Jochs weg nach außen. In einigen Ausführungsformen können die Pole durch das Verbinden eines Verbindungsmerkmals wie beispielsweise ein Vorsprung an einem Ende eines Pols mit einem entsprechenden Verbindungsmerkmal wie beispielsweise ein Schlitz an einem Jochabschnitt an dem Joch befestigt sein. In einigen Ausführungsformen ist ein Verbindungsmerkmal an einem Polschuh mit einem Verbindungsmerkmal an einem Polkörper verbunden. In anderen Ausführungsformen können unterschiedliche Verbindungsmerkmale von Befestigungsmethoden verwendet werden.
-
Die Bandkomponenten und die separaten Polabschnitte können für das Erzielen einer besseren Materialausnutzung bei der Herstellung konfiguriert sein. In einigen Ausführungsformen ist eine Länge, mit welcher sich ein Polschuh von dem Polkörper weg erstreckt, größer als eine Breite des Polkörpers. In einigen Ausführungsformen ist ein Abstand zwischen benachbarten Polkörpern größer als eine Breite des Polkörpers. Derartige Konfigurationen ermöglichen bei manchen Ausführungsformen eine Anordnung der Bandkomponenten oder Pole in einem kompakteren Muster, um die Materialausnutzung zu verbessern. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen eine erste Bandkomponente mit einer ersten Vielzahl von Polkörpern und eine zweite Bandkomponente mit einer zweiten Vielzahl von Polkörpern derart angeordnet sein, dass die Polkörper der Bandkomponenten ein alternierendes oder interdigitales Muster bilden. Die Wicklung der Feldspulen um die Pole der Kernkomponenten kann vor der Festlegung des Jochs an den separaten Polabschnitten erfolgen, was ein bequemeres Wickeln und einen höheren Schlitzfüllgrad ermöglicht.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
In den Zeichnungen sind die Konstruktion und die Nützlichkeit von Ausführungsformen dargestellt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Diese Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Zum besseren Verständnis der Art und Weise, auf welche die vorstehend genannten und weitere Vorteile und Gegenstände erzielt werden, folgt eine detailliertere Beschreibung der Ausführungsformen, die in den anliegenden Zeichnungen dargestellt sind, wobei diese Zeichnungen lediglich beispielhafte Ausführungsformen darstellen und nicht im Sinne einer Einschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche zu verstehen sind.
-
1 zeigt ein Produktionsmodell für eine Vielzahl von Motorkernkomponenten;
-
2A zeigt eine Motorkernkomponente gemäß einigen Ausführungsformen;
-
2B ist eine vergrößerte Darstellung des eingekreisten Bereichs der in 2A dargestellten Motorkernkomponente;
-
3 zeigt ein Produktionsmodell für eine Bandkomponente gemäß einigen Ausführungsformen;
-
4 zeigt ein Produktionsmodell für eine Vielzahl von Polen gemäß einigen Ausführungsformen;
-
5 zeigt eine Motorkernkomponente gemäß einigen Ausführungsformen;
-
6 zeigt ein Produktionsmodell für eine Bandkomponente gemäß einigen Ausführungsformen;
-
7 zeigt ein Produktionsmodell für eine Vielzahl von Polen gemäß einigen Ausführungsformen;
-
8 zeigt einen Motor gemäß einigen Ausführungsformen.
-
DETAILBESCHREIBUNG
-
Verschiedene Merkmale werden nachstehend mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und dass gleiche Elemente in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es ist auch zu beachten, dass die Figuren lediglich dazu dienen, die Beschreibung und Darstellung von Merkmalen zu erleichtern, sofern in einer oder mehreren speziellen Ausführungsformen nicht anders angegeben oder sofern in einem oder in mehreren speziellen Ansprüchen nicht anders beansprucht. Die Zeichnungsfiguren und die vorliegend beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen sind nicht als erschöpfende Darstellung oder Beschreibung von verschiedenen weiteren Ausführungsformen oder als eine Einschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche oder des Umfangs von einigen weiteren Ausführungsformen gedacht, die für den Fachmann im Hinblick auf die in der Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen offensichtlich sind. Darüber hinaus muss eine dargestellte Ausführungsform nicht sämtliche aufgezeigten Aspekte oder Vorteile aufweisen.
-
Ein Aspekt oder ein Vorteil, der im Zusammenhang mit einer speziellen Ausführungsform beschrieben wird, ist nicht notwendigerweise auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern kann auch in weiteren Ausführungsformen genutzt werden, auch wenn so nicht dargestellt oder nicht ausdrücklich beschrieben. Der Verweis auf ”einige Ausführungsformen” oder auf ”weitere Ausführungsformen” durch die gesamte Beschreibung hindurch bedeutet, dass ein besonderes Merkmal, eine besondere Konstruktion, ein besonderes Material, ein besonderes Verfahren oder eine besondere Charakteristik, die in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben werden, in mindestens einer Ausführungsform enthalten ist. Aus diesem Grund bezieht sich die Angabe ”in einigen Ausführungsformen”, ”in einer oder mehreren Ausführungsformen” oder ”in weiteren Ausführungsformen” an verschiedenen Stellen der gesamten Beschreibung nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform oder dieselben Ausführungsformen.
-
Die Ausführungsformen sind auf eine Kernkomponente (im Folgenden kollektiv als Motorkernkomponente bezeichnet) einer Drehvorrichtung gerichtet, die einen Elektromotor oder einen Generator umfasst. Eine Kernkomponente kann einzeln montierte Komponenten umfassen, um eine bessere Materialausnutzung zu ermöglichen und einen höheren Schlitzfüllgrad zu erzielen. In einigen Ausführungsformen stellt ein Schlitzfüllgrad ein Verhältnis des Raums (z. B. Länge eines Pols), der für die Aufnahme von Wicklungen verfügbar ist oder tatsächlich Wicklungen aufnimmt, und eines Gesamtraums bei einem bestimmten Teil von Fertigungsmittel dar. Bei diesen Ausführungsformen ermöglichen verschiedene hierin beschriebene Ausführungen einen höheren Schlitzfüllgrad, indem dasselbe bestimmte Teil der Fertigungsmittel ohne Anpassungen der Fertigungsmittel oder eine Herabsetzung der Effizienz der Fertigungsmittel verwendet wird. Zum Beispiel ermöglichen manche dieser Ausführungsformen die Verwendung derselben Fertigungsmittel, um Wicklungen um einen Pol herzustellen, ohne die üblicherweise verwendeten Fertigungsmittel anzupassen oder unter anderem zum Beispiel den Ertrag oder die Produktionsrate der Fertigungsmittel zu verringern. In einigen Ausführungsformen umfasst die Kernkomponente ein im Wesentlichen kranzförmiges, kreisförmiges oder achssymmetrisches (im Folgenden ringförmig genanntes) Joch und eine Vielzahl von Polen. Es ist zu beachten, dass der Begriff ”ringförmig” wie in der vorstehenden Formulierung ”ringförmiges Joch” verwendet wird, um eine Komponente anzugeben, die im Wesentlichen kreis- oder ringförmig ist, wobei eine kranzförmige Komponente nicht notwendigerweise vollkommen rund sein muss. Das in 2A gezeigte Joch gilt beispielsweise als kranzförmig, wenngleich die Flächen der Jochbereiche 14 (wie zum Beispiel die Außenflächen 28) ebene Flächen sein können.
-
Das kranzförmige oder achssymmetrische Joch kann eine Vielzahl von Jochabschnitten umfassen. Die Vielzahl von Jochabschnitten lässt sich ausgehend von einer band- oder kettenähnlichen Komponente (kollektiv als Bandkomponente bezeichnet) herstellen, die gebogen, gefaltet, gerollt oder durch andere geeignete Herstellungsprozesse weiter bearbeitet wird, um das kranzförmige oder achssymmetrische Joch zu bilden. Durch die Herstellung der Jochabschnitte als Bandkomponente anstelle der maschinellen Bearbeitung der Gesamtheit oder eines wesentlichen Teils des Jochs aus einem einzelnen Materialstück, um unter Entfernen des nichtbenötigten Materials gewünschte Dimensionen zu erzielen, kann eine bessere Materialausnutzung erreicht werden.
-
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Jochabschnitt eine von einem Abschnitt der Pole separate Komponente und kann ein einzelnes, untrennbares Komponententeil sein (zum Beispiel durch eine maschinelle Bearbeitung, durch Schweißen oder einen anderen Fertigungsprozess für die Verbindung von Materialien miteinander) oder kann eine separat zusammengesetzte Baueinheit aus mehreren Teilen sein. In einigen Ausführungsformen können die Feldspulen vor ihrer Anbringung an den Jochabschnitten um die Pole gewickelt werden. Diese Konfiguration ermöglicht ein bequemes Wickeln und erzielt einen höheren Schlitzfüllgrad bei derselben Bauform der Pole, die mit üblichen Verfahren hergestellt wird, wie zum Beispiel die Herstellung eines Pols aus demselben Materialstück, das auch für die Herstellung des Jochs verwendet wird.
-
2A zeigt eine Motorkernkomponente 10 gemäß einigen Ausführungsformen. 2B ist eine vergrößerte Darstellung des im Wesentlichen kreisförmigen Bereichs der Motorkernkomponente 10 von 2A. Zwar zeigt die dargestellte Ausführungsform eine Kernkomponente für einen Stator bei einem Motor mit innenliegendem Stator/außenliegendem Rotor, doch wird der Fachmann erkennen, dass dieselben Konzepte ebenso bei anderen Motortypen angewendet werden können, unter anderem bei Motoren mit außenliegendem Stator/innenliegendem Rotor. Es ist zu beachten, dass der Begriff ”im Wesentlichen” oder ”wesentlich”, wie zum Beispiel in der Formulierung ”im Wesentlichen kreisförmiger Bereich” vorliegend verwendet wird, um darauf hinzuweisen, dass bestimmte Merkmale, die entwurfsgemäß vollkommen sind oder bestimmungsgemäß vollkommen sein sollen (z. B. vollkommen kreisförmig), dennoch von den entwurfsgemäß vollkommenen Charakteristiken abweichen können, und zwar aufgrund von Fertigungs- oder Herstellungstoleranzen, Nachlässigkeiten bei verschiedenen Fügeteilen oder zusammenzufügenden Baugruppen, die durch Dimensionierungstoleranzen oder durch normalen Verschleiß und normale Abnutzung oder durch Kombinationen solcher Faktoren bedingt sind. Aus diesem Grund wird der Fachmann eindeutig erkennen, dass der hier verwendete Begriff ”im Wesentlichen” oder ”wesentlich” dazu dient, zumindest solche Fertigungs- oder Herstellungstoleranzen, Nachlässigkeiten bei verschiedenen Fügeteilen oder zusammenzufügenden Baugruppen oder Kombinationen solcher Faktoren einzuschließen.
-
Wie in 2A dargestellt ist, umfasst die Motorkernkomponente 10 ein kranzförmiges, ringförmiges, kreisförmiges oder achssymmetrisches Joch 16 (kollektiv als kranzförmig bezeichnet) und eine Vielzahl von Polen 12. Das kranzförmige Joch 16 umfasst eine Vielzahl von Jochabschnitten 14. In der dargestellten Ausführungsform bilden die Pole 12 Komponenten separat von den Jochabschnitten 14 und sind lösbar oder unlösbar an den Jochabschnitten 14 befestigt. Es ist zu beachten, dass vorliegend unter einer ”separaten Komponente” eine Komponente zu verstehen ist, die separat hergestellt und später an einer anderen Komponente angebracht, montiert oder befestigt wird.
-
In einigen Ausführungsformen sind die Pole 12 an den Außenflächen der Jochabschnitte 14 befestigt und weisen von der Mitte des kranzförmigen Jochs 16 radial nach außen. Zu Beschreibungszwecken bezieht sich in einigen Ausführungsformen eine Innenfläche auf eine Fläche eines Abschnitts oder eine Komponente, die näher an der Mitte der montierten Kernkomponente liegt, wohingegen sich eine Außenfläche auf eine Fläche des Abschnitts oder der Komponente bezieht, die von der Mitte der montieren Kernkomponente weiter entfernt ist.
-
In einigen Ausführungsformen definieren Paare von benachbarten Polen 12 einen Wicklungsschlitz 17 für die Aufnahme einer magnetischen Komponente, unter anderem einer Feldspule, ohne hierauf beschränkt zu sein. In einigen Ausführungsformen kann der Wicklungsschlitz 17 eine Nut, eine Auskehlung oder ein anderes konstruktives Merkmal (andere konstruktive Merkmale) aufweisen, das (die) für die Aufnahme einer magnetischen Komponente geeignet sind. Das magnetische Bauteil kann eine Feldspule umfassen, die derart um den Pol 12 gewickelt sein kann, dass sie zumindest einen Teil des Raums in dem Wicklungsschlitz 17 belegt. Es ist zu beachten, dass eine Feldspule theoretisch zwar den gesamten verfügbaren Raum, der durch den Wicklungsschlitz 17 bereitgestellt wird, belegen kann, dass aber praktische Überlegungen oder Einschränkungen (z. B. leichte Zugänglichkeit, Anforderung an den Durchfluss etc.) dennoch einigen verfügbaren Raum ungenutzt lassen. Zum Beispiel sind die Fertigungsmittel für die Herstellung der Wicklungen möglicherweise nicht geeignet, die Spulen so zu lenken, dass sie den Raum in der Nähe eines oder beider Enden des Wicklungsschlitzes 17 belegen, was zum Beispiel bedingt ist durch eine Blockade durch eine anderes vorhandenes Bauteil (andere vorhandene Bauteile), den Aktionsradius der Fertigungseinrichtungen bei deren Betrieb etc. und somit durch den begrenzten Zugang zu einem solchen Raum. Feldspulen können sich auf einen beliebigen Elektromagnet oder eine andere Vorrichtung beziehen, die bei Antrieb durch elektrischen Strom ein Magnetfeld erzeugt. In einigen Ausführungsformen umfassen die Feldspulen Aluminiumspulen, Kupferspulen, Silberspulen oder Kombinationen derselben.
-
Ein Pol 12 kann einen Polkörper 18 und einen Polschuh 20 umfassen. In einigen Ausführungsformen liegt der Polschuh 20 an einem äußeren Ende des Polkörpers 18 und erstreckt sich in Umfangsrichtung auf beiden Seiten des Polkörpers 18. Es versteht sich, dass in anderen Ausführungsformen der Polschuh 20 vielfältige Gestalten und Formen annehmen kann, die sich von jenen unterscheiden, die in den Figuren dargestellt sind.
-
Das gegenüberliegende Ende des Polkörpers 18 kann konstruktive oder Verbindungsmerkmale aufweisen, um den Pol 12 an entsprechenden konstruktiven oder Verbindungsmerkmalen an einem Jochabschnitt 14 zu befestigen. Zum Beispiel umfasst in den 2A und 2B eine Innenfläche des Polkörpers 18 einen Vorsprung 22, wohingegen eine Außenfläche des Jochabschnitts 14 eine entsprechende Vertiefung 24 (wie z. B. eine Öffnung, einen Schlitz, eine Nut oder Profile oder ein anderes konstruktives Merkmal (konstruktive Merkmale)) aufweist, so dass der Pol 12 an dem Jochabschnitt 14 befestigt werden kann, indem der Vorsprung 22 in die Vertiefung 24 eingesetzt wird. Für den Fachmann versteht es sich, dass auch andere Arten von konstruktiven oder Verbindungsmerkmalen für die Verbindung des Polkörpers 18 und des Jochabschnitts 14 verwendet werden können. Zum Beispiel kann bei manchen Konfigurationen der Polkörper 18 die Vertiefung und der Jochabschnitt 14 stattdessen den entsprechenden Vorsprung aufweisen. Bei einigen anderen Konfigurationen kann ein Pol durch andere Wege für die Verbindung von zwei Komponenten an dem Joch befestigt werden, zum Beispiel durch verschiedene Arten von Befestigungsmitteln, durch Schweißen oder durch Löten etc.
-
In einigen Ausführungsformen ist das Joch 16 aus einer band- oder kettenartigen Komponente 26 gefertigt (in 3 gezeigt), die durch Biegen, Falten, Rollen oder auf andere Weise in eine im Wesentlichen kreisförmige oder ringförmige Gestalt gebracht wird. Es versteht sich, dass sich eine band- oder kettenartige Komponente auf eine Komponente bezieht, die eine Vielzahl von Jochabschnitten 14 umfasst, die linear aneinander befestigt sind und die durch Biegen, Falten, Rollen, Verformen oder auf andere Weise zu dem ringförmigen Joch 16 geformt werden können. In einigen Ausführungsformen kann die Komponente 26 aus einem einzigen, untrennbaren Materialstück bestehen, das zum Beispiel durch maschinelle Bearbeitung aus einem einzelnen Materialstück gefertigt wird. In diesen Ausführungsformen kann die Komponente 26 an der Fläche, die der Fläche gegenüberliegt, an der mehrere Pole 12 angeordnet sein können, ein oder mehrere Stabilisierungsmerkmale oder ein oder mehrere Feldstabilisierungsmerkmale 302 (kollektiv als konstruktive Stabilisierungsmerkmale oder konstruktives Stabilisierungsmerkmal bezeichnet) aufweisen. Insbesondere kann das konstruktive Stabilisierungsmerkmal 302 zumindest teilweise auf der Basis einiger Dimensionen (z. B. Außendurchmesser oder Innendurchmesser) des Jochs 16 gebildet sein, so dass einige Charakteristiken des konstruktiven Stabilisierungsmerkmals (z. B. die Charakteristiken 3022) die Herstellung der endgültigen Form des Jochs 16 erleichtern. In einigen Ausführungsformen können das eine oder die mehreren konstruktiven Stabilisierungsmerkmale auch als Spannungsentlastungsmerkmale wirken, um das Joch 16 in Bezug auf Spannungen (z. B. Kompressionsspannungen, Scherspannungen oder Zugspannungen) durch den Biegevorgang bei der endgültigen Formgebung des Jochs 16 zu entlasten. Das eine oder die mehreren konstruktiven Stabilisierungsmerkmale können auch hilfreich sein, um durch die verringerten Spannungsgrade das Magnetfeld in dem Endprodukt zu stabilisieren, so dass das Joch durch seinen verringerten Spannungsgrad stabilere Dimensionen aufweist und die Stabilisierungsmerkmale somit als Feldstabilisierungsmerkmale bezeichnet werden können. In einigen Ausführungsformen kann ein konstruktives Stabilisierungsmerkmal ferner ein Spannungsentlastungsmerkmal 3024 umfassen, um in der Nähe von 3024 für eine weitere Entlastung bezüglich der Spannungskonzentration zu sorgen. Das zusätzliche Spannungsentlastungsmerkmal 3024 kann eine Öffnung umfassen, die einen größeren Durchmesser oder eine größere Dimension hat, um die Spannungskonzentration zu verringern oder um durch den verringerten Spannungsgrad die Lebensdauer, Zuverlässigkeit oder Robustheit des Jochs 16 zu verbessern. Die tatsächlichen Dimensionen des zusätzlichen Spannungsentlastungsmerkmals 3024 können zumindest teilweise auf der Basis der Dimensionen oder Leistungsanforderung(en) des Jochs 16, der Betriebsanforderung(en) des Jochs 16 oder auf der Basis von Kombinationen dieser Faktoren bestimmt werden. Bei einigen dieser Ausführungsformen können die Charakteristiken 3022 bei der Bildung der endgültigen Konfiguration des Jochs 16, wie zum Beispiel die in 2A dargestellte Konfiguration, als fester Anschlag wirken (z. B. aufgrund der Druckfestigkeit des Materials für den Jochabschnitt 14). Dennoch ist anzumerken, dass in einigen Ausführungsformen die beiden charakteristischen Flächen 3022 in der endgültigen Konfiguration des Jochs 16 einander nicht notwendigerweise berühren müssen. In einigen anderen konstruktiven Ausgestaltungen kann die Komponente 26 mehrere einzelne Jochabschnitte 14 umfassen, die durch mechanische Mittel (z. B. Befestigungsmittel) zu der Komponente 26 zusammengefügt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Herstellungsprozess für die Herstellung verschiedener Komponenten oder des Endprodukts einen oder mehrere Vorgänge für den Spannungsabbau umfassen, zum Beispiel eine Wärmebehandlung, die diese verschiedenen Komponenten oder das Endprodukt auf ihre jeweiligen unteren kritischen Temperaturen erwärmt, woraufhin eine gesteuerte Abkühlung folgt, um innere Spannungen zu verringern, die während der Herstellung dieser Komponenten oder des Endprodukts entstanden sind.
-
3 zeigt ein Produktionsmodell für eine Vielzahl von Bandkomponenten 26 gemäß einigen Ausführungsformen. In einigen Ausführungsformen kann ein Joch 16 aus einer einzelnen Bandkomponente 26 gebildet sein. In anderen Ausführungsformen jedoch kann ein Joch 16 mehrere Bandkomponenten 26 umfassen, die zum Beispiel durch die Verwendung verschiedenartiger geeigneter Befestigungsmittel aneinander befestigt sind. Wie in 3 zu sehen ist, erlaubt die Verwendung der Bandkomponenten 26 für die Bildung des Jochs 16 eine effizientere Materialausnutzung bei der Herstellung, die zu niedrigeren Produktionskosten führt, da die Bandkomponenten 26 in einem kompakteren Muster angeordnet werden können, so dass bei der Herstellung von Komponenten 26 weniger Material verschwendet wird.
-
Die Bandkomponente 26 umfasst in einigen Ausführungsformen eine Vielzahl von Jochabschnitten 14, die durch eine Vielzahl von Verbindungsbereichen 32 miteinander verbunden sind. In einigen Ausführungsformen liegt der Verbindungsbereich 32 in der Nähe der Außenfläche 28 von benachbarten Jochabschnitten 14. Jedes Paar von benachbarten Jochabschnitten 14 kann durch eine Kerbe 38 getrennt sein, die durch Verbindungsflächen 34 und 36 definiert wird, die sich zwischen dem Verbindungsbereich 32 und einer Innenfläche 30 erstrecken. In einigen Ausführungsformen wird die Bandkomponente 26 zur Bildung des Jochs 16 an den Verbindungsbereichen derart gebogen, gefaltet oder gerollt, dass sich die Verbindungsflächen 34 und 36 jedes Paares aufeinander ausrichten und aneinander anlegen, wodurch die Kerbe 38 geschlossen wird. Es ist zu beachten, dass in 3 die jeweiligen Jochabschnitte 14 zwar identisch erscheinen, doch muss die Vielzahl von Jochabschnitten in einigen Ausführungsformen nicht unbedingt identisch sein.
-
In einigen Ausführungsformen kann sich in der Nähe der Stelle, an der sich die Verbindungsflächen 34 und 36 des Verbindungsflächenpaares treffen, dem Verbindungsbereich 32 benachbart eine Durchgangsöffnung oder ein Durchlass 40 befinden. In einigen Ausführungsformen kann die Durchgangsöffnung 40 wirksam sein für die Verringerung der Spannungskonzentration in einer Bandkomponente 26, was hilfreich ist bei der Vermeidung eines Defekts oder Bruchs in der Nähe des Verbindungsbereichs 32, wenn die Bandkomponente 26 zu dem Joch 16 gebogen, gerollt oder gefaltet wird. Die Durchgangsöffnung oder der Durchlass 40 können wie vorstehend beschrieben als zusätzliches Spannungsentlastungsmerkmal 3024 wirken.
-
In einigen Ausführungsformen ist die Bandkomponente 26 derart konfiguriert, dass die Außenfläche 28 der Jochabschnitte 14 im Wesentlichen auf derselben Ebene liegen, wobei Schlitze 24 oder ein anderes Verbindungsmerkmal (andere Verbindungsmerkmale) für die Befestigung des Pols 12 an dem Jochabschnitt 14 an der Außenfläche 28 jedes Jochabschnitts 14 liegen. In einigen Ausführungsformen muss die Außenfläche 28 des Jochabschnitts 14 keine ebene Fläche sein und kann eine Fläche in beliebigen Formen oder mit beliebigen Profilen definieren. In einigen Ausführungsformen sind die Innenflächen 30 der Jochabschnitte 14 derart konfiguriert, dass sie eine konkave gewölbte oder gekrümmte Fläche bilden, so dass beim Formen der Bandkomponente 26 zu dem Joch 16 die Innenflächen 30 der Vielzahl von Jochabschnitten 14 einen kreisförmigen Perimeter definieren können.
-
4 zeigt ein Produktionsmodell für eine Vielzahl von Polen 12 gemäß einigen Ausführungsformen. Wie in 4 dargestellt ist, ist bei jedem Pol 12 der Abstand zwischen einer Seitenfläche 46 eines Polschuhs 20 und einer Seitenfläche 44 eines Polkörpers 18 mit D1 bezeichnet, während die Breite eines Polkörpers 18 mit D2 bezeichnet werden kann. Gemäß einigen Ausführungsformen kann D1 größer als D2 konfiguriert sein. Diese Konfiguration ermöglicht die Positionierung von zwei Reihen von Polen 12 in einem alternierenden oder interdigitalen Schema, um auf diese Weise eine kompaktere Anordnung für die Produktion zu erzielen, wobei zwischen den Anordnungsmustern gerade noch ausreichend Material für die maschinelle Bearbeitung oder den Herstellungsprozess verbleibt, um die gewünschten endgültigen Dimension zu erhalten und auf diese Weise den Materialverbrauch zu verringern und die Kosten zu senken.
-
Eine Innenfläche 45 des Polschuhs 20 bildet in einigen Ausführungsformen einen Winkel γ mit einer Seitenfläche 44 des Polkörpers 18. In manchen dieser Ausführungsformen kann der Winkel γ zwischen 100° und 120° bemessen sein. Diese Konfiguration erlaubt eine kompaktere Produktionskonfiguration, wodurch die Materialausnutzung bei der Herstellung verbessert wird. Hinzu kommt, dass diese Konfiguration an der Kernkomponente 10 für mehr Raum für Feldspulenwicklungen schaffen kann, wodurch der Schlitzfüllgrad erhöht und das durch die Feldspule erzeugte Magnetfeld stärker wird. In einigen Ausführungsformen kann die Außenfläche 48 des Polschuhs 20 wahlweise eine oder mehrere Vertiefungen 50 aufweisen, die wirksam und hilfreich sein können, um bei einem Elektromotor das Rastmoment zu verringern.
-
In den vorstehenden Ausführungsformen sind die Pole 12 und die Jochabschnitte 14 separate Komponenten. Dadurch kann die Wicklung von Feldspulen leichter und bequemer gestaltet sowie der Wicklungsschlitz 17 zwischen benachbarten Polen 12 (in 2A gezeigt) besser genutzt werden, indem die Feldspulen vor ihrer Festlegung an den Jochabschnitten 14 um die Pole 12 gewickelt oder anderweitig an diesen befestigt werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Feldspule um einen über dem Polkörper 18 angebrachten Spulenrahmen oder eine Hülse gewickelt werden, bevor der Pol 12 an dem Jochabschnitt 14 befestigt wird.
-
Wenn eine Bandkomponente 26 zu einem Joch 16 geformt ist, wie in 2B dargestellt, sind die Außenflächen 28 von benachbarten Jochbereichen 14 relativ zueinander unter einem Winkel α kleiner als 180° positioniert. Zusätzlich oder als Alternative bildet ein Bereich 42 der Außenfläche 28 eines Jochabschnitts 14, der dort definiert ist, wo der Pol 12 die Außenfläche 28 des Jochabschnitts 14 kontaktiert, einen Winkel β mit einer Seitenfläche 44 des Pols 12. In einigen Ausführungsformen ist der Winkel β derart konfiguriert, dass dieser im Wesentlichen gleich 90° ist. In anderen Ausführungsformen kann der Winkel β zumindest teilweise basierend auf den Dimensionen einer oder mehrerer anderer Komponenten derart konfiguriert sein, dass er kleiner als 90° ist.
-
5 zeigt eine Motorkernkomponente 60 gemäß einigen Ausführungsformen. Wie im Fall der Motorkernkomponente 10 umfasst die Motorkernkomponente 60 eine Vielzahl von Polen 12 und ein Joch 16, das eine Vielzahl von Jochabschnitten 14 hat. Die Pole 12 sind an der Außenseite der Jochabschnitte 14 befestigt und erstrecken sich von der Mitte des ringförmigen Jochs 16 weg radial nach außen. Benachbarte Polpaare 12 definieren konstruktive Merkmale für die Aufnahme von magnetischen Komponenten, zum Beispiel Wicklungsschlitze 17. Die magnetischen Komponenten können Feldspulen umfassen, die um die Pole 12 gewickelt oder anderweitig an diesen befestigt sind, und belegen zumindest einen Teil des Raums in den Wicklungsschlitzen 17.
-
Jeder der Pole 12 umfasst einen Polkörper 18 und einen Polschuh 20, wobei sich der Polschuh 20 in Umfangsrichtung von dem äußeren Ende eines entsprechenden Polkörpers 18 zu beiden Seiten erstrecken kann. In der dargestellten Ausführungsform sind die Polkörper 18 der Pole 12 aus derselben Komponente hergestellt wie die Jochabschnitte 14, wohingegen die Polschuhe 20 separate Komponenten sind.
-
In einigen Ausführungsformen können der Polkörper 18 und der Polschuh 20 über eine Vertiefung 62 und einen entsprechenden Vorsprung 64, die zueinander passend ausgebildet sind, aneinander befestigt werden. Zum Beispiel kann der Vorsprung 64 in der dargestellten Ausführungsform an der äußeren Endfläche des Polkörpers 18 gebildet sein, wohingegen die Vertiefung 62 an der Innenfläche des Polschuhs 20 gebildet ist. In anderen Ausführungsformen können andere Arten von Verbindungsmerkmalen für die Befestigung eines Polschuhs 20 an einem Polkörper 18 verwendet werden. Der Polkörper 18 und der Polschuh 20, die ineinandergefügt wurden, können durch geeignete Mittel wie beispielsweise Halte- oder Befestigungselemente in dem Raum noch weiter gesichert werden.
-
Das Joch 16 der Motorkernkomponente 60 kann durch Biegen, Falten, Rollen oder ein anderes Metallbearbeitungsverfahren für die Herstellung der Bandkomponente 66 gebildet werden, wie in 6 gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann das Joch 16 aus einer einzigen Bandkomponente 66 gebildet sein, während in anderen Ausführungsformen das Joch 16 aus zwei oder mehr Bandkomponenten 66, die miteinander verbunden sind, gebildet ist. 6 zeigt ein Produktionsmodell für eine Vielzahl von Bandkomponenten 66. In einigen Ausführungsformen ist die Bandkomponente 66 derart konfiguriert, dass die Vielzahl von Jochabschnitten 14 und ihre Außenflächen 28 auf derselben Ebene positioniert sind, wobei sich die Polkörper 18 von den Außenflächen 28 der Jochabschnitte 14 im Wesentlichen senkrecht erstrecken. Benachbarte Jochabschnitte 14 in der Bandkomponente 66 können über Verbindungsbereiche 32, die in der Nähe der Außenfläche 28 liegen, verbunden sein. Jedes Paar von benachbarten Jochabschnitten 14 kann durch eine Kerbe 38 getrennt sein, die durch Verbindungsflächen 34 und 36 definiert wird, die sich von einem Verbindungsbereich 32 zu einer Innenfläche 30 erstrecken. Wenn die Bandkomponente 66 zu dem Joch 16 gebogen oder gefaltet wird, legen sich die Paare von Verbindungsflächen 34 und 36 aneinander und schließen die Kerbe 38. Es ist zu beachten, dass zwar die jeweiligen Jochabschnitte 14 in 6 identisch erscheinen, dass aber die Vielzahl von Jochabschnitten 14 in einigen anderen Ausführungsformen nicht notwendigerweise identisch sein muss.
-
In einigen Ausführungsformen definieren die Innenflächen 30 der Jochabschnitte 14, aus denen die Bandkomponente 66 besteht, ein konkav gewölbtes oder gekrümmtes Segment, so dass beim Formen der Bandkomponente 66 zu einem Joch 16 die Innenflächen 30 der Vielzahl von Jochabschnitten 14 im Wesentlichen eine Kreisform definieren können.
-
Wie 6 zeigt, kann der Abstand zwischen benachbarten Polkörpern 18 in einer Bandkomponente 66 in einem vormontierten Zustand mit D3 bezeichnet werden, wohingegen die Breite eines Polkörpers 18 mit D2 bezeichnet wird. In einigen Ausführungsformen kann D3 größer als D2 konfiguriert sein, wodurch es möglich ist, mehrere Bandkomponenten 66 in einer alternierenden oder interdigitalen Konfiguration zu positionieren, wodurch eine kompaktere Anordnung erzielt wird, die den Materialverbrauch und die Herstellungskosten senkt.
-
7 zeigt ein weiteres Produktionsmodell für eine Vielzahl von Polschuhen 20 für eine Motorkernkomponente 60 gemäß einigen Ausführungsformen. In einigen Ausführungsformen kann eine Außenfläche 48 des Polschuhs 20 wahlweise eine oder mehrere Vertiefungen oder Ausschnitte 50 aufweisen, die dazu beitragen können, bei einem Elektromotor das Rastmoment zu verringern.
-
In Ausführungsformen, in denen der Polkörper 18 eine von dem entsprechenden Polschuh 20 separate Komponente umfasst, wie die in 5 gezeigte Motorkernkomponente 60, können die Feldspulen vor der Befestigung des Polschuhs 20 um den Polkörper 18 gewickelt werden. Die Wicklung gestaltet sich dadurch bequemer, und die Wicklungsschlitze 17 zwischen benachbarten Polen 12 werden besser genutzt, wie in 5 gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann eine Feldspule um einen Spulenrahmen oder eine Hülse gewickelt oder anderweitig um diese herumgeführt werden, und der Spulenrahmen oder die Hülse können über dem Polkörper 18 angebracht werden, bevor dieser an dem Polschuh 20 befestigt wird.
-
8 zeigt einen Motor 70 gemäß einigen Ausführungsformen. Der Motor 70 kann ein Bürstenmotor oder ein bürstenloser Motor sein und umfasst einen Stator und einen Rotor. In einigen Ausführungsformen ist der Motor 70 ein Motor mit innenliegendem Stator/außenliegendem Rotor.
-
Der Rotor des Motors 70 kann eine an einem Gehäuse 74 befestigte Ausgangswelle 72 umfassen. An dem Gehäuse 74 kann eine Vielzahl von magnetischen Komponenten 76 befestigt sein. Zum Beispiel zeigt 8 die magnetischen Komponenten 76, die an der Innenseite des Gehäuses 74 befestigt sind.
-
Der Stator des Motors 70 umfasst in den dargestellten Ausführungsformen eine Kernanordnung 78 sowie eine Vielzahl von Feldspulen 80. Die Kernanordnung 78 kann eine oder mehrere Komponenten wie zum Beispiel die Kernkomponente 10 in 2A oder die in 5 gezeigte Kernkomponente 60 umfassen, die ein Kernpaket bilden. Während des Betriebs drehen sich die magnetischen Komponenten um die Kernanordnung 78, und die Ausgangsleistung kann über die Ausgangswelle 72 zu einer externen Anwendung übertragen werden.
-
Während die vorstehend dargestellten Ausführungsformen auf Statorkernkomponenten für einen Motor mit innenliegendem Stator/außenliegendem Rotor gerichtet sind, wird der Fachmann erkennen, dass dieselben Konzepte auch bei anderen Motor- oder Generatortypen angewendet werden können, zum Beispiel bei Motoren mit außenliegendem Stator/innenliegendem Rotor. In einigen Ausführungsformen kann die Außenfläche 28 des Jochabschnitts 14 ein konvex gewölbtes oder gekrümmtes Segment definieren, wohingegen die Innenfläche 30 einige oder mehrere konstruktive Merkmale wie beispielsweise Schlitze 24 für die Befestigung der Pole 12 an der Innenseite des Jochs 16 aufweisen kann.
-
In der vorstehenden Beschreibung wurden verschiedene Aspekte mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen erläutert. Es ist jedoch offensichtlich, dass verschiedenen Modifikationen und Änderungen möglich sind, ohne von dem allgemeinen Erfindungsgedanken abzuweichen oder den Rahmen der verschiedenen hier beschrieben Ausführungsformen zu verlassen. Die vorstehend beschriebenen Systeme oder Module wurden mit Bezug auf bestimmte Anordnungen von Komponenten erläutert. Gleichwohl ist es möglich, die Ordnung und die räumliche Beziehung vieler der beschriebenen Komponenten zu ändern, ohne den Funktionsumfang oder die Wirksamkeit von verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen zu beeinflussen. Auch wenn vorliegend bestimmte Merkmale dargestellt und beschrieben wurden, sind diese nicht im Sinne einer Einschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche oder des Umfangs anderer Ausführungsformen zu verstehen. Vielmehr sind verschiedene Modifikationen und Änderungen möglich, ohne den Rahmen der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen zu verlassen. Aus diesem Grund dienen die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich Darstellungszwecken, ohne die Erfindung einzuschränken, so dass in den beschriebenen Ausführungsformen Alternativen, Modifikationen und Äquivalente erfasst sind.
