Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine elektrische Maschine mit einem Statorkörper, der aus einem Blechstapel aufgebaut ist. Die elektrische Maschine ist beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor. Der Statorkörper kann insbesondere Teil eines Stators mit konzentrierter Wicklung sein. Solche Statoren weisen eine rationale Anzahl q von Statornuten pro Statorpol und Phase auf, wobei q = Z/(2·p·m) gilt und wobei Z die Anzahl der Statornuten, m die Anzahl der Phasen und p die Anzahl der Statorpolpaare bezeichnen. Beispielsweise kann für solch einen Stator q = 1/2 gelten.The invention relates to an arrangement for an electrical machine with a stator body, which is constructed from a sheet stack. The electric machine is, for example, a brushless DC motor. In particular, the stator body may be part of a concentrated winding stator. Such stators have a rational number q of stator slots per stator pole and phase, where q = Z / (2 * p * m) and where Z denotes the number of stator slots, m the number of phases, and p the number of stator pole pairs. For example, for such a stator, q = 1/2.
Bürstenlose Gleichstrommotoren werden in Verbindung mit Stelleinrichtungen beispielsweise im Automobilbereich eingesetzt. In einigen Anwendungsbeispielen können sie als Antrieb für einen Klappensteller, Pumpenmotor, Lüfterantrieb, in einem Bremskraftverstärker oder als ABS-Servomotor oder in Verbindung mit einer anderen Stelleinrichtung eines Automobils eingesetzt werden. Ein anderes Anwendungsbeispiel ist ein Spindelmotor für einen Plattenantrieb.Brushless DC motors are used in conjunction with adjusting devices, for example in the automotive sector. In some application examples, they can be used as a drive for a flapper, pump motor, fan drive, in a brake booster or as an ABS servomotor or in conjunction with another actuator of an automobile. Another application example is a spindle motor for a disk drive.
In den genannten und anderen Anwendungen besteht häufig die Anforderung, die Antriebsmotoren der Stelleinrichtungen soweit wie möglich zu verkleinern, ohne deren Leistungsfähigkeit zu reduzieren. Möglichst sollen auch die Kosten der Elektromotoren gesenkt werden. Eine Art, die Größe einer elektrischen Maschine zu verringern, ohne ihre Leistungsfähigkeit zu senken, ist eine Steigerung der Magnetflusskonzentration in der Maschine.In the mentioned and other applications there is often the requirement to reduce as far as possible the drive motors of the actuators without reducing their performance. If possible, the cost of electric motors should be reduced. One way to reduce the size of an electric machine without lowering its performance is to increase the magnetic flux concentration in the machine.
Zur Erhöhung der Magnetflusskonzentration ist es bekannt, den Statorkern eines Elektromotors aus einem weichmagnetischen Composite-Material herzustellen. Die Verwendung von weichmagnetischen Composite-Materialien erlaubt es, den Statorkörper, der die Statorspulen trägt, direkt in dreidimensionaler Form mit dem gewünschten Design herzustellen. Das Material kann durch Pressformen bearbeitet und gestaltet werden. Die Herstellung eines Statorkörpers aus solchen weichmagnetischen Composite-Materialien stößt aber an ihre Grenze, wenn Vorsprünge des Stators, wie Polschuhe, die Statorzähne und der Statorrückschluss sehr geringe Dicken haben, weil es schwierig ist, sehr dünne Teile (beispielsweise mit einer Dicke von weniger als 2,0 mm) durch Pressformen der Composite-Materialien so herzustellen, dass sie stabil sind. Bei kleineren Abmessungen besteht die Gefahr, dass Teile des Statorkörpers sich verformen, brechen oder absplittern.To increase the magnetic flux concentration, it is known to produce the stator core of an electric motor made of a soft magnetic composite material. The use of soft magnetic composite materials allows the stator body supporting the stator coils to be produced directly in three-dimensional form with the desired design. The material can be processed and shaped by compression molding. However, the manufacture of a stator body from such soft magnetic composite materials reaches its limit when projections of the stator such as pole pieces, the stator teeth and the stator yoke have very small thicknesses because it is difficult to form very thin pieces (for example having a thickness of less than 2.0 mm) by molding the composite materials so that they are stable. For smaller dimensions there is a risk that parts of the stator body deform, break or splinter.
Außerdem ist es bekannt, einen Statorkörper so zu modifizieren, dass die Fläche der Polschuhe des Statorkörpers, die dem Rotor zugewandt ist, in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des Statorkörpers größer ist als der Querschnitt der Statorzähne, dort, wo sie mit einem Rückschlussring des Statorkörpers gekoppelt sind. Ein Beispiel einer solchen Konfiguration ist in der DE 10 2005 042 519 A1 beschrieben. Ein weiteres Beispiel ist aus der US 7,567,009 A bekannt. Diese Schriften offenbaren einen aus mehreren Metallblechen aufgebauten Statorkörper, wobei eines der Metallbleche im Bereich des Polschuhs, am distalen Ende jedes Statorzahns verlängert ist, um einen Vorsprung zu bilden, und wobei die Vorsprünge L-förmig, in axialer Richtung des Statorkörpers gebogen sind, so dass die der Flussaufnahme dienenden Fläche der Polschuhe vergrößert ist. Dadurch können die einzelnen Statorpole einen größeren Magnetfluss aufnehmen.Moreover, it is known to modify a stator body such that the area of the pole pieces of the stator body which faces the rotor is larger in the circumferential direction and in the axial direction of the stator body than the cross section of the stator teeth, where they are connected to a yoke ring of the stator body are coupled. An example of such a configuration is in DE 10 2005 042 519 A1 described. Another example is from the US 7,567,009 A known. These documents disclose a stator body composed of a plurality of metal sheets, wherein one of the metal sheets is extended in the area of the pole piece at the distal end of each stator tooth to form a projection, and the projections are bent in an L-shape in the axial direction of the stator body in that the area of the pole shoes serving for the flow absorption is increased. This allows the individual stator poles to absorb a larger magnetic flux.
Der Aufbau eines Statorkörpers aus einem Blechstapel mit einzelnen Blechen, die einen L-förmigen Vorsprung im Bereich der Polschuhe aufweisen, ist eine brauchbare Lösung zum Vergrößern der Flussaufnehmerabschnitte für Elektromotoren mit sehr kleiner Bauform, beispielsweise mit einer axialen Länge in der Größenordnung von wenigen Millimeter bis zu einigen Zentimetern, beispielsweise mit einer Bauhöhe von 5 mm oder 5 cm. Auch bei diesem Design ergeben sich jedoch Probleme, weil die Vorsprünge der Anzugskraft des Rotormagneten ausgesetzt sind und somit im Betrieb Vibrationen und Geräusche entstehen können.The construction of a stator body from a stack of sheets with individual sheets having an L-shaped projection in the region of the pole pieces, is a viable solution for increasing the Flußaufnehmerabschnitte for electric motors with very small size, for example, with an axial length of the order of a few millimeters to a few centimeters, for example, with a height of 5 mm or 5 cm. However, with this design, problems arise because the projections of the tightening force of the rotor magnet are exposed and thus can cause vibration and noise during operation.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung für eine elektrische Maschine anzugeben, mit der sich ein Elektromotor kleiner Baugröße und hoher Leistungsfähigkeit erzielen lässt. Insbesondere soll die Magnetflusskonzentration des Elektromotors optimiert werden.It is therefore an object of the invention to provide an arrangement for an electrical machine, with which an electric motor of small size and high performance can be achieved. In particular, the magnetic flux concentration of the electric motor should be optimized.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an arrangement according to claim 1. Embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Anordnung gemäß der Erfindung umfasst einen Statorkörper, der einen Blechstapel aufweist oder aus einem Blechstapel besteht, wobei der Blechstapel einen Rückschlussring und eine Reihe von Polschuhen, die von dem Rückschlussring in radialer Richtung abstehen, bildet. An wenigstens einer Stirnseite des Blechstapels ist mindestens ein ferromagnetisches Statorendblech angeordnet, das im Bereich der Polschuhe an deren freien Enden Vorsprünge aufweist, die von der Stirnseite des Blechstapels in axialer Richtung vorstehen. In Ausgestaltungen der Erfindung können an den beiden Stirnseiten des Blechstapels jeweils ein ferromagnetisches Statorendblech oder auch mehrere Statorendbleche vorgesehen sein, beispielsweise zwei oder drei, jedoch keine große Anzahl solcher Statorendbleche, die entsprechende Vorsprünge aufweisen. Die Statorendbleche können die in axialer Richtung äußersten Bleche des den Stator bildenden Blechstapels sein, oder sie können in der Nähe des Endes des Blechstapels angeordnet sein, wobei eine geringe Anzahl weiterer Bleche, zum Beispiel ein oder zwei weitere Bleche, in axialer Richtung außerhalb des Statorendblechs liegen können.The arrangement according to the invention comprises a stator body which comprises a stack of sheets or consists of a stack of sheets, wherein the stack of sheets forms a return ring and a series of pole pieces which protrude from the return ring in the radial direction. At least one ferromagnetic stator end plate is arranged on at least one end face of the sheet stack and, in the region of the pole shoes, has projections at its free ends which protrude in the axial direction from the end face of the sheet stack. In embodiments of the invention, in each case one ferromagnetic Statorendblech or more Statorendbleche may be provided at the two end faces of the sheet stack, for example two or three, but no large number of such Statorendbleche having corresponding projections. The Statorendbleche can be the axially outermost plates of the stator forming sheet stack, or they can be arranged in the vicinity of the end of the sheet stack, with a small number of other sheets, for example, one or two further sheets, lie in the axial direction outside the Statorendblechs can.
Die Vorsprünge können dadurch gebildet werden, dass die Statorendbleche im Bereich der Polschuhe verlängert und L-förmig umgebogen sind. Bis auf die Vorsprünge können die Statorendbleche so gestaltet sein, dass sie mit dem Blechstapel fluchten.The projections can be formed in that the stator end plates are extended in the region of the pole shoes and bent in an L-shaped manner. Except for the projections, the Statorendbleche can be designed so that they are aligned with the sheet stack.
Erfindungsgemäß sind die Vorsprünge mit einer Fixierscheibe verbunden. Beispielsweise kann eine ringförmige Fixierscheibe vorgesehen sein. Insbesondere sind sie an ihren axial außen liegenden Enden mit der Fixierscheibe verbunden. Dadurch werden die L-förmigen Vorsprünge stabilisiert, und Vibrationen und Geräuschbildung im Betrieb können reduziert oder vollständig vermieden werden.According to the invention, the projections are connected to a fixing disc. For example, an annular fixing disc may be provided. In particular, they are connected at their axially outer ends with the fixing disc. Thereby, the L-shaped projections are stabilized, and vibration and noise during operation can be reduced or completely avoided.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Fixierscheibe ein Lagerschild der elektrischen Maschine, oder sie wird durch das Lagerschild der elektrischen Maschine gebildet. Dies ist besonders vorteilhaft, weil eine in dem Elektromotor an und für sich schon vorhandene Komponente, nämlich das Lagerschild zur Aufnahme des Rotorlagers, dazu genutzt werden kann, die Vorsprünge des Statorendbleches zu stabilisieren, und weil andererseits auch das Lagerschild mithilfe der Vorsprünge des Statorendbleches positioniert und fixiert wird. Die Verbindung zwischen den Vorsprüngen des Statorendbleches und dem Lagerschild erhöht somit die Stabilität sowohl des Statorendbleches als auch des Lagerschildes. Bei dieser Lösung ergibt sich zusätzlich eine sehr gute Konzentrizität von Stator und Rotor in der elektrischen Maschine.In one embodiment of the invention, the fixing disc comprises a bearing plate of the electric machine, or it is formed by the bearing plate of the electric machine. This is particularly advantageous because a component which is inherently present in the electric motor, namely the bearing plate for receiving the rotor bearing, can be used to stabilize the projections of the stator end plate, and because, on the other hand, the bearing plate is positioned with the aid of the projections of the stator end plate and is fixed. The connection between the projections of Statorendbleches and the bearing plate thus increases the stability of both Statorendbleches and the bearing plate. This solution also results in a very good concentricity of stator and rotor in the electric machine.
Durch die im Bereich der Polschuhe gebildeten Vorsprünge des Statorendbleches werden die Flussaufnehmerabschnitte der Polschuhe in axialer Richtung vergrößert, so dass die Magnetflusskonzentration in den Statorpolen erhöht werden kann. Dadurch lässt sich bei verringerter Baugröße des Stators die gleiche Leistungsfähigkeit erzielen. Beispielsweise kann ein Elektromotor mit einem derartiger Stator bei einer, im Vergleich zu einem herkömmlichen Stator um 50% reduzierten Motorlänge, eine vergleichbare Effizienz aufweisen und ein vergleichbares Drehmoment bereitstellen.The projections of the stator end plate formed in the region of the pole shoes increase the flux pickup sections of the pole shoes in the axial direction, so that the magnetic flux concentration in the stator poles can be increased. As a result, the same performance can be achieved with a reduced size of the stator. For example, an electric motor having such a stator can have a comparable efficiency and provide a comparable torque when the motor length is reduced by 50% compared to a conventional stator.
In einigen Ausgestaltungen ist es möglich, die Vorsprünge mit der Fixierscheibe oder dem Lagerschild über einen Haltering zu verbinden, der mit der Fixierscheibe bzw. dem Lagerschild zusammenwirkt.In some embodiments, it is possible to connect the projections with the fixing plate or the bearing plate via a retaining ring, which cooperates with the fixing plate or the bearing plate.
In der Fixierscheibe bzw. dem Lagerschild kann eine Vertiefung ausgebildet sein, wobei die Vorsprünge mit der Vertiefung in Eingriff kommen. Diese Vertiefung kann beispielsweise die Form einer Nut mit einem konischen Querschnitt haben, um die Vorsprünge leichter in die Nut einbringen zu können. Die Nut kann in der Fixierscheibe bzw. in dem Lagerschild oder zwischen der Fixierscheibe bzw. dem Lagerschild und dem Haltering ausgebildet sein.A recess may be formed in the fixing disk or the bearing plate, wherein the projections engage with the recess. This recess may, for example, have the shape of a groove with a conical cross section in order to be able to introduce the projections more easily into the groove. The groove can be formed in the fixing disk or in the bearing plate or between the fixing disk or the bearing plate and the retaining ring.
In einigen Ausgestaltungen ist es auch möglich, auf den Blechstapel und die Vorsprünge eine Nutisolation aufzubringen und die Vorsprünge zusammen mit der Nutisolation mit der Fixierscheibe bzw. dem Lagerschild zu verbinden.In some embodiments, it is also possible to apply a slot insulation on the sheet stack and the projections and to connect the projections together with the slot insulation with the fixing disc or the bearing plate.
In einigen Ausgestaltungen weist die elektrische Maschine ein Gehäuse auf, und die Fixierscheibe bzw. das Lagerschild ist an dem Gehäuse angebracht, wodurch die gesamte Anordnung weiter stabilisiert wird.In some embodiments, the electric machine has a housing, and the fixing plate or the bearing plate is attached to the housing, whereby the entire assembly is further stabilized.
In einigen Ausgestaltungen ist ferner eine Steuerplatine für die elektrische Maschine vorgesehen, wobei die Fixierscheibe bzw. das Lageschild wenigstens einen Durchbruch für einen Anschluss oder ein Bauteil der Steuerplatine, wie einen Hall-Sensor, aufweist.In some embodiments, a control board for the electric machine is further provided, wherein the fixing disk or the bearing plate has at least one opening for a terminal or a component of the control board, such as a Hall sensor.
Die an den freien Enden der Polschuhe ausgebildeten Vorsprünge können eine rechteckige oder eine sechseckige Grundfläche haben, die dann L-förmig in axialer Richtung des Stators umgebogen wird. Die Grundfläche der Vorspringe kann abhängig sein von der Länge der Vorsprünge, dem Innenradius des Stators, dem minimalen Abstand zwischen zwei Vorsprüngen zum Schneiden des Statorendblechs, der Nutöffnung, der Polschuhbreite und der Polteilung.The protrusions formed at the free ends of the pole shoes may have a rectangular or hexagonal base, which is then bent in an L-shape in the axial direction of the stator. The base area of the projections may depend on the length of the projections, the inner radius of the stator, the minimum distance between two projections for cutting the Statorendblechs, the slot opening, the Polschuhbreite and the pole pitch.
In einigen Ausgestaltungen wird die magnetisch wirksame Länge der Vorsprünge, also der Teil der Vorsprünge, der nicht mit der Fixierscheibe in Eingriff ist, abhängig von der Dicke des Statorbleches bestimmt, um eine optimale Magnetflusskonzentration zu erreichen.In some embodiments, the magnetically effective length of the protrusions, that is, the portion of the protrusions that is not engaged with the fixing washer, is determined depending on the thickness of the stator sheet to achieve an optimum magnetic flux concentration.
Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich besonders für Statorkörper, die nur aus einer geringen Anzahl von Blechen aufgebaut sind, beispielsweise mit Blechstapeln aus acht bis sechzehn, zehn bis vierzehn oder zwölf Blechen, einschließlich der Statorendbleche.The arrangement according to the invention is particularly suitable for stator bodies, which are constructed only from a small number of sheets, for example, with sheet stacks of eight to sixteen, ten to fourteen or twelve sheets, including the Statorendbleche.
Die Bleche können aus ferromagnetischem Stahl, beispielsweise Elektrostahl oder Baustahl hergestellt sein. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn insbesondere das mindestens eine Statorendblech aus Baustahl gefertigt ist. Da Baustahl relativ leicht biegbar ist, können aus Baustahl bestehende, gebogene Statorendbleche relativ leicht gefertigt werden. Die Fixierscheibe bzw. das Lagerschild können aus einem nicht magnetisch wirksamen Material, wie Aluminium oder Kunststoff hergestellt sein.The sheets may be made of ferromagnetic steel, such as electrical steel or structural steel. It may be advantageous if in particular the at least one Statorendblech is made of structural steel. Since mild steel is relatively easy to bend, made of structural steel, bent Statorendbleche can be made relatively easily. The Fixing or the bearing plate can be made of a non-magnetic material, such as aluminum or plastic.
Insbesondere bei kleinen Bauformen der Anordnung können an einer Stirnseite des Blechstapels weitere Vorsprünge ausgebildet sein, die von der Stirnseite des Blechstapels in axialer Richtung vorstehen, um eine Spulendraht-Führung zu bilden. Eine Spulendraht-Führung kann auch in einer Nutisolation realisiert sein.In particular, in small designs of the arrangement further protrusions may be formed on an end face of the sheet stack, which project from the end face of the sheet stack in the axial direction to form a coil wire guide. A coil wire guide can also be realized in a slot insulation.
Einzelne, mehrere oder alle der oben beschriebenen Merkmale können in beliebiger Kombination bei der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehen sein.Individual, several or all of the features described above may be provided in any combination in the inventive arrangement.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand verschiedener Ausgestaltungen mit Bezug auf die Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to various embodiments with reference to the figures.
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein Beispiel eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der eine Anordnung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet; 1 shows a schematic sectional view through an example of a brushless DC motor, which uses an arrangement according to an embodiment of the invention;
2 und 3 zeigen eine vergrößerte Detailansicht der Anordnung der 1 und eine Reproduktion der 1 zur Veranschaulichung der Detailansicht; 2 and 3 show an enlarged detail view of the arrangement of 1 and a reproduction of the 1 to illustrate the detail view;
4 und 5 zeigen ähnliche Darstellungen wie 2 und 3 für eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung; 4 and 5 show similar representations as 2 and 3 for a further embodiment of the arrangement according to the invention;
6 zeigt eine ähnliche Darstellung wie 1 für eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Beispiel eines bürstenlosen Gleichstrommotors; 6 shows a similar representation as 1 for a further embodiment of the arrangement according to the invention in an example of a brushless DC motor;
7 zeigt eine ähnliche Darstellung wie 1 für eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Beispiel eines bürstenlosen Gleichstrommotors; 7 shows a similar representation as 1 for a further embodiment of the arrangement according to the invention in an example of a brushless DC motor;
8 zeigt eine ähnliche Darstellung wie 1 für eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Beispiel eines bürstenlosen Gleichstrommotors; 8th shows a similar representation as 1 for a further embodiment of the arrangement according to the invention in an example of a brushless DC motor;
9 zeigt eine ähnliche Darstellung wie 1 für eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Beispiel eines bürstenlosen Gleichstrommotors; 9 shows a similar representation as 1 for a further embodiment of the arrangement according to the invention in an example of a brushless DC motor;
10 zeigt eine ähnliche Darstellung wie 1 für eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Beispiel eines bürstenlosen Gleichstrommotors; 10 shows a similar representation as 1 for a further embodiment of the arrangement according to the invention in an example of a brushless DC motor;
11 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung durch ein Beispiel eines Statorkörpers der erfindungsgemäßen Anordnung zur Veranschaulichung der Größenverhältnisse; 11 shows an enlarged sectional view through an example of a stator body of the arrangement according to the invention for illustrating the size ratios;
12 zeigt eine Draufsicht auf einen Blechschnitt gemäß dem Stand der Technik zur Veranschaulichung der geometrischen Verhältnisse; 12 shows a plan view of a lamination according to the prior art to illustrate the geometric relationships;
13 zeigt eine Draufsicht auf einen Blechschnitt gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung; 13 shows a plan view of a sheet metal section according to an embodiment of the invention;
14 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil eines Blechschnitts gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung; 14 shows a plan view of a portion of a sheet metal section according to another embodiment of the invention;
15 zeigt eine Draufsicht auf einen Blechschnitt gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung. 15 shows a plan view of a sheet metal section according to yet another embodiment of the invention.
1 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der ein Beispiel einer elektrischen Maschine ist, in der die erfindungsgemäße Anordnung eingesetzt werden kann. Der bürstenlose Gleichstrommotor 10 umfasst eine Rotoranordnung 12 und eine Statoranordnung 14. Die Rotoranordnung 12 umfasst Rotormagnete 16 und einen Rotorkörper 18, die mit einer Welle 20 drehfest verbunden sind. Die Welle 20 ist mittels Lagern 22, beispielsweise Kugellagern, in einem ersten Lagerschild 24 und in einem zweiten Lagerschild 26 beidseits der Rotoranordnung 16 drehbar gelagert. Die Lagerschilde 24, 26 sind Beispiele für die erfindungsgemäße Fixierscheibe. Die Fixierscheibe kann durch ein Lagerschild gebildet sein oder das Lagerschild und weitere Komponenten umfassen oder zusätzlich zu einem Lagerschild vorgesehen sein. Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf Ausgestaltungen, in denen Lagerschild 24, 26 und Fixierscheibe dasselbe Bauteil sind, das Lagerschild Teil der Fixierscheibe ist oder auf wenigstens einer Seite des Motors eine Fixierscheibe zusätzlich zu dem Lagerschild vorgesehen ist. 1 shows schematically a sectional view through a brushless DC motor, which is an example of an electric machine, in which the arrangement according to the invention can be used. The brushless DC motor 10 includes a rotor assembly 12 and a stator assembly 14 , The rotor arrangement 12 includes rotor magnets 16 and a rotor body 18 that with a wave 20 are rotatably connected. The wave 20 is by means of bearings 22 , For example, ball bearings, in a first bearing plate 24 and in a second bearing plate 26 on both sides of the rotor assembly 16 rotatably mounted. The bearing shields 24 . 26 are examples of the fixing disc according to the invention. The fixing plate may be formed by a bearing plate or include the bearing plate and other components or be provided in addition to a bearing plate. The following description makes reference to embodiments in which bearing plate 24 . 26 and fixing plate are the same component, the bearing plate is part of the fixing plate or on at least one side of the motor, a fixing plate is provided in addition to the end plate.
Die Statoranordnung 14 umfasst einen Statorkörper 28, der einen Blechstapel aufweist oder aus dem Blechstapel gebildet ist, und Statorspulen 30. Die Statorspulen 30 können über eine Nutisolation 32 auf den Statorkörper 28 aufgebracht sein.The stator arrangement 14 includes a stator body 28 which has a stack of sheets or is formed from the sheet stack, and stator coils 30 , The stator coils 30 can have a slot insulation 32 on the stator body 28 be upset.
3 zeigt dieselbe Anordnung wie 1 in verkleinertem Maßstab zur Veranschaulichung der Detailansicht der 2. In 3 sind daher die Bezugszeichen weggelassen. 2 zeigt eine Detailansicht der Ausgestaltung der 1, wobei dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Komponenten verwendet sind. 3 shows the same arrangement as 1 on a smaller scale to illustrate the detail view of the 2 , In 3 Therefore, the reference numerals are omitted. 2 shows a detailed view of the embodiment of 1 , wherein the same reference numerals are used to designate like components.
In der Ausgestaltung der 1 bis 10 weist der Blechstapel des Statorkörpers 28 zwei Statorendbleche 34, 36 auf, in dem gezeigten Beispiel die äußersten Bleche des Blechstapels an den Stirnenden des Statorkörpers 28. Die Statorendbleche 34, 36 sind im Bereich der Polschuhe des Stators (wie weiter unten mit Bezug auf die 12 bis 15 beschrieben) in Richtung des Statorzentrums (in radialer Richtung) verlängert und L-förmig umgebogen, sodass sie Vorsprünge 34', 36' bilden, durch die die Statorpole in axialer Richtung der Statoranordnung vergrößert werden. Dadurch vergrößert sich die für die Aufnahme des Magnetflusses zur Verfügung stehende Fläche der Polschuhe, wodurch die Magnetflusskonzentration in der elektrischen Maschine im Vergleich zu Bauformen ohne die Statorendbleche vergrößert werden kann.In the embodiment of 1 to 10 has the sheet stack of the stator body 28 two Statorendbleche 34 . 36 on, in the example shown, the outermost sheets of the sheet stack at the front ends of the stator body 28 , The stator end plates 34 . 36 are in the area of the pole pieces of the stator (as described below with reference to FIGS 12 to 15 described) extended in the direction of the stator center (in the radial direction) and bent in an L-shape, so that they projections 34 ' . 36 ' form, by which the stator poles are increased in the axial direction of the stator assembly. As a result, the area of the pole shoes available for receiving the magnetic flux increases, as a result of which the magnetic flux concentration in the electric machine can be increased in comparison with designs without the stator end plates.
An ihren freien Enden sind die Vorsprünge 34', 36' in dem Lagerschild 24 bzw. dem Lagerschild 26 fixiert. Hierzu ist in der gezeigten Ausgestaltung eine Ringnut 38 in jedem der Lagerschilde 24, 26 ausgebildet, wobei die Ringnut 38 am besten in 2 zu erkennen ist. Um die freien Enden der Vorsprünge 34', 36' leicht in die Ringnut 38 einfügen zu können, weist diese in dem gezeigten Beispiel angefaste Seitenwände auf und hat einen kegelstumpfförmigen oder teilweise kegelstumpfförmigen Querschnitt. Anstelle einer Ringnut können auch einzelne Nuten zum Aufnehmen der einzelnen Vorsprünge 34', 36' in den Lagerschilden 24, 26 ausgebildet sein.At their free ends are the projections 34 ' . 36 ' in the bearing plate 24 or the end shield 26 fixed. For this purpose, in the embodiment shown, an annular groove 38 in each of the bearing shields 24 . 26 formed, wherein the annular groove 38 best in 2 can be seen. Around the free ends of the protrusions 34 ' . 36 ' slightly into the ring groove 38 To be able to insert, this has beveled in the example shown side walls and has a frusto-conical or partially frusto-conical cross-section. Instead of an annular groove and individual grooves for receiving the individual projections 34 ' . 36 ' in the bearing shields 24 . 26 be educated.
Durch das Fixieren der freien Enden der Vorsprünge 34', 36' in den Lagerschilden 24, 26 können im Betrieb Vibrationen und Geräuschbildung vermieden werden. Die Statoranordnung 14 wird zusätzlich relativ zur Rotoranordnung 18 positioniert, wodurch die Konzentrizität von Stator und Rotor verbessert werden. Die beschriebene Anordnung hat somit einerseits den Vorteil, dass die Vorsprünge 34', 36', die der Erhöhung der Magnetflusskonzentration dienen, stabilisiert werden; andererseits werden dadurch auch die Lagerschilde 24, 26 und somit die gesamte relative Anordnung von Stator und Rotor stabilisiert, wodurch sich ein insgesamt ruhigerer Lauf der elektrischen Maschine ergibt. Insbesondere können dadurch auch Lagerschilde mit kleinerem Außendurchmesser verwendet werden, wodurch Material und somit auch Kosten eingespart werden können und/oder eine kleinere Bauform erreicht werden kann.By fixing the free ends of the projections 34 ' . 36 ' in the bearing shields 24 . 26 During operation vibration and noise can be avoided. The stator arrangement 14 is additionally relative to the rotor assembly 18 positioned, whereby the concentricity of stator and rotor are improved. The described arrangement thus has on the one hand the advantage that the projections 34 ' . 36 ' , which are used to increase the magnetic flux concentration, are stabilized; On the other hand, this also the bearing shields 24 . 26 and thus stabilizes the entire relative arrangement of stator and rotor, resulting in an overall quieter running of the electric machine. In particular, this also bearing plates can be used with smaller outer diameter, which material and thus costs can be saved and / or a smaller design can be achieved.
Anstelle nur eines Statorendbleches 34, 36 an den Stirnenden der Statoranordnung 28 können auch mehrerer derartige Statorendbleche vorgesehen sein, wobei die Anzahl jedoch auf wenige Bleche, beispielsweise zwei oder drei Bleche beschränkt werden sollte. Es ist auch möglich, ein entsprechendes Statorendblech 34, 36 nur an einem Stirnende der Statoranordnung 28 vorzusehen, wobei dann auch nur eines der Lagerschilde 24 eine entsprechende Fixier-Nut aufweisen wird. Des Weiteren ist es möglich, dass nicht die äußersten Bleche der Statoranordnung 28 die verlängerten Statorendbleche sind, sondern dass diese weiter innen liegen, beispielsweise an zweiter oder dritter Stelle des Blechstapels der Statoranordnung 28, gezählt von jeweils dem axial am weitesten außenliegenden Blech.Instead of just one Statorendbleches 34 . 36 at the ends of the stator assembly 28 can also be provided a plurality of such Statorendbleche, but the number should be limited to a few sheets, for example two or three sheets. It is also possible to have a corresponding stator end plate 34 . 36 only at one end of the stator assembly 28 provide, in which case only one of the end shields 24 will have a corresponding fixing groove. Furthermore, it is possible that not the outermost sheets of the stator assembly 28 are the extended Statorendbleche, but that they are located further inside, for example, second or third place of the sheet stack of the stator assembly 28 , counted by each of the axially outermost sheet metal.
Das Lagerschild 24, 26 kann aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise Aluminium oder Kunststoff bestehen.The bearing plate 24 . 26 may be made of a non-magnetic material, such as aluminum or plastic.
Die beschriebene Anordnung erlaubt eine Erhöhung der Magnetflusskonzentration und dadurch eine Verringerung der Motorlänge und auch eine Senkung der Magnetkosten unter Beibehaltung der Motorleistung. Mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Anordnung können die Kosten für den Rotormagnet, den Wickeldraht des Stators und des Stahls der Statoranordnung bis auf ein Drittel der entsprechenden Kosten einer herkömmlichen Statoranordnung reduziert werden. Gleichzeitig kann die Motorlänge um bis zu 50% reduziert werden, wobei die Effizienz des Motors sowie die Motorparameter, beispielsweise das bereitgestellte Drehmoment, vergleichbar zu einer herkömmlichen Anordnung sind.The arrangement described allows an increase in the magnetic flux concentration and thereby a reduction of the motor length and also a reduction of the magnet costs while maintaining the engine power. With the aid of an arrangement according to the invention, the costs for the rotor magnet, the winding wire of the stator and the steel of the stator arrangement can be reduced to one third of the corresponding costs of a conventional stator arrangement. At the same time, the engine length can be reduced by up to 50%, with the efficiency of the engine as well as the engine parameters, such as the torque provided, being comparable to a conventional arrangement.
4 und 5 zeigen ähnliche Darstellungen wie die 2 und 3 für eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Figuren sind nur insoweit beschrieben, als sie sich von der Ausgestaltung der 1 bis 3 unterscheiden. Im Übrigen wird auf die obige Beschreibung der 1 bis 3 Bezug genommen. Dieselben Bezugszeichen werden verwendet um gleiche Komponenten zu bezeichnen, wobei zur besseren Übersichtlichkeit einige Bezugszeichen weggelassen wurden. 4 and 5 show similar representations as the 2 and 3 for a further embodiment of the arrangement according to the invention. The figures are described only insofar as they differ from the embodiment of 1 to 3 differ. Incidentally, the above description of the 1 to 3 Referenced. The same reference numerals are used to designate like components, with some reference numerals omitted for clarity.
In der Ausgestaltung der 4 und 5 sind die Lagerschilde 44, 46 gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsformen derart modifiziert, dass sie mit einem Haltering 48, 50 zusammenwirken, um die freien Enden der Vorsprünge 34', 36' der Statorendbleche 34, 36 zu fixieren. Die Lagerschilde 44, 46 weisen an ihrem Außenumfang eine Stufe 52 (nur in 4 gezeigt) auf, gegen die das freie Ende eines entsprechenden Vorsprungs 34', 36' zu liegen kommt. Der Haltering 48 bzw. 50 wird auf den Außenumfang des Lagerschilds 44 bzw. 46 aufgebracht und weist eine korrespondierende Stufe 54 (nur in 4 gezeigt) auf, gegen die das freie Ende des Vorsprungs 34', 36' zu liegen kommt. Dadurch wird der Vorsprung 34' zwischen dem Außenumfang des Lagerschilds 44 und dem Innenumfang des Halterings 48, jeweils im Bereich der Stufen 52, 54 eingeklemmt. Um die Verbindung zwischen Lagerschild 44, Haltering 48 und Vorsprung 34' leichter herstellen zu können, können die Seitenwände der Stufen 52, 54 gegebenenfalls abgeschrägt sein, um eine ähnliche kegelstumpfförmige Nut zu bilden wie die Nut 38 der zuvor beschriebenen Ausgestaltung. Wiederum können die sich ergebende Nuten ringförmig oder abschnittsweise zur Aufnahme einzelner Vorsprünge 34', 36' ausgebildet sein.In the embodiment of 4 and 5 are the end shields 44 . 46 compared to the previously described embodiments modified so that they with a retaining ring 48 . 50 cooperate to the free ends of the projections 34 ' . 36 ' the stator end plates 34 . 36 to fix. The bearing shields 44 . 46 have a step on their outer circumference 52 (only in 4 shown) against which the free end of a corresponding projection 34 ' . 36 ' to come to rest. The retaining ring 48 respectively. 50 is on the outer circumference of the end shield 44 respectively. 46 applied and has a corresponding step 54 (only in 4 shown) against which the free end of the projection 34 ' . 36 ' to come to rest. This will be the lead 34 ' between the outer circumference of the bearing plate 44 and the inner circumference of the retaining ring 48 , each in the range of levels 52 . 54 trapped. To the connection between end shield 44 , Retaining ring 48 and lead 34 ' The sidewalls of the steps can be easier to make 52 . 54 optionally beveled to form a similar frusto-conical groove as the groove 38 of the previously described embodiment. Again, the resulting grooves may be annular or sectioned to receive individual protrusions 34 ' . 36 ' be educated.
Die Anordnung aus Lagerschild 46 und Haltering 50 auf der gegenüberliegenden Seite der Statoranordnung kann gleich ausgebildet sein, wie in 4 gezeigt. Alternativ können auch verschiedene Arten der Fixierung der Vorsprünge 34', 36' kombiniert werden, beispielsweise die Ausgestaltung der 1 bis 3 mit der Ausgestaltung der 5 oder beliebige der im Folgenden mit Bezug auf die 6 bis 10 beschriebenen Ausgestaltungen.The arrangement of end shield 46 and retaining ring 50 on the opposite side of the stator assembly may be the same, as in 4 shown. Alternatively, various types of fixation of the projections 34 ' . 36 ' be combined, for example, the embodiment of 1 to 3 with the design of the 5 or any of the following with reference to the 6 to 10 described embodiments.
Für diese und für die im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen gilt, dass der Lagerschild und gegebenenfalls der Haltering aus einem nichtmagnetischen Material, wie Aluminium oder Kunststoff hergestellt sein können. Im Übrigen gilt das oben in Bezug auf die 1 bis 3 gesagte.For this and for the embodiments described below applies that the bearing plate and optionally the retaining ring may be made of a non-magnetic material, such as aluminum or plastic. Incidentally, the above applies in relation to the 1 to 3 said.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung, wobei wiederum nur die Teile beschrieben sind, die sich von der Ausgestaltung der 1 unterscheiden. Dieselben Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten und auf die Beschreibung der vorhergehenden Figuren wird Bezug genommen, wobei zur besseren Übersichtlichkeit einige Bezugszeichen weggelassen wurden. 6 shows a further embodiment of the arrangement according to the invention, again only the parts are described, which differ from the embodiment of 1 differ. The same reference numerals denote like components and the description of the preceding figures is referred to, with some reference numerals omitted for clarity.
Die Ausgestaltung der 6 unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausgestaltungen dadurch, dass die Nutisolation 62 so modifiziert ist, dass sie sich entlang der gesamten Länge der Vorsprünge 34', 36' erstreckt. Entsprechend ist in den Lagerschilden 64, 66 eine breitere Ringnut 68 ausgebildet, die sowohl die Vorsprünge 34', 36' als auch die daran anliegende Nutisolation 62 aufnimmt. Dadurch kann die Gesamtanordnung noch weiter stabilisiert werden.The design of the 6 differs from the previous embodiments in that the slot insulation 62 is modified so that it extends along the entire length of the protrusions 34 ' . 36 ' extends. Corresponding is in the bearing shields 64 . 66 a wider ring groove 68 formed, both the projections 34 ' . 36 ' as well as the fitting groove insulation 62 receives. As a result, the overall arrangement can be stabilized even further.
Wie in den vorhergehenden Ausgestaltungen können anstelle einer Ringnut 68 einzelne Nutabschnitte zur Aufnahme der einzelnen Vorsprünge 34', 36' vorgesehen sein. Die Ringnut 68 kann abgeschrägte Seitenwände aufweisen. Die Lagerschilde 64, 66 sollten aus einem nichtmagnetischen Material, wie Aluminium oder Kunststoff hergestellt sein. Im Übrigen wird auf die obige Beschreibung der vorhergehenden Ausgestaltungen Bezug genommen.As in the previous embodiments, instead of an annular groove 68 individual groove sections for receiving the individual projections 34 ' . 36 ' be provided. The ring groove 68 may have beveled side walls. The bearing shields 64 . 66 should be made of a non-magnetic material such as aluminum or plastic. Incidentally, reference is made to the above description of the foregoing embodiments.
7 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Abwandlung der Ausgestaltung der 6. Auf die Beschreibung der 6 und der vorhergehenden Figuren wird Bezug genommen. Gleiche Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wobei zur besseren Übersichtlichkeit einige Bezugszeichen weggelassen wurden. 7 shows a sectional view through a modification of the embodiment of 6 , On the description of 6 and the preceding figures are referred to. Like components are designated by the same reference numerals, with some reference numerals omitted for clarity.
In der Ausgestaltung der 7 ist die elektrische Maschine in einem Gehäuse 72 angeordnet, und die Lagerschilde 74, 76 sind in Umfangsrichtung verlängert, um sie an dem Gehäuse 72 befestigen zu können. Die Vorsprünge 34', 36' der Statorendbleche 34, 36 sind wie in der zuvor beschriebenen Ausgestaltung zusammen mit der Nutisolation 62 in einer Ringnut 78 aufgenommen, die wie die Ringnut 68 ausgebildet sein kann.In the embodiment of 7 is the electric machine in a housing 72 arranged, and the end shields 74 . 76 are extended in the circumferential direction to them on the housing 72 to be able to fasten. The projections 34 ' . 36 ' the stator end plates 34 . 36 are as in the previously described embodiment together with the slot insulation 62 in an annular groove 78 picked up, like the ring groove 68 can be trained.
Durch das Fixieren der Lagerschilde 74, 76 an dem Gehäuse 72 wird die gesamte Anordnung weiter stabilisiert und die Konzentrizität der elektrischen Maschine nochmals verbessert. Im Übrigen wird auf die obige Beschreibung der Ausgestaltungen einschließlich ihrer Variationen Bezug genommen.By fixing the end shields 74 . 76 on the housing 72 the entire arrangement is further stabilized and the concentricity of the electric machine is further improved. Incidentally, reference is made to the above description of the embodiments including their variations.
8 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung, die eine Abwandlung der Ausgestaltung der 7 ist. Die gleichen Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht nochmals beschrieben, wobei zur besseren Übersichtlichkeit einige Bezugszeichen weggelassen wurden. 8th shows a further embodiment of the arrangement according to the invention, which is a modification of the embodiment of 7 is. The same components are denoted by the same reference numerals and will not be described again, with some reference numerals omitted for clarity.
Die Ausgestaltung der 8 unterscheidet sich von der der 7 dadurch, dass zusätzlich eine externe Steuerplatine 80 vorgesehen ist, die außerhalb des Gehäuses 72 angeordnet ist. Die Steuerplatine 80 kann zum Beispiel Steuerbausteine 81, Hall-Sensoren 82 und Anschlusspins 83 tragen, um nur einige Beispiele für Komponenten der Steuerplatine 80 zu nennen.The design of the 8th is different from that of 7 in that in addition an external control board 80 is provided outside the housing 72 is arranged. The control board 80 can, for example, control blocks 81 , Hall sensors 82 and connection pins 83 to just a few examples of components of the control board 80 to call.
Das Lagerschild 84, das auf der Seite der externen Steuerplatine 80 liegt, ist entsprechend modifiziert und weist Durchbrüche 85 auf, durch die beispielsweise die Hall-Sensoren 82 oder Anschlusspins 83 hindurch geführt werden können. Das gegenüberliegende Lagerschild 86 kann wie in 7 beschrieben oder wie in einer der vorhergehenden Ausgestaltungen ausgebildet sein.The bearing plate 84 on the side of the external control board 80 is located, is modified accordingly and has breakthroughs 85 through, for example, the Hall sensors 82 or connecting pins 83 can be passed through. The opposite end shield 86 can be like in 7 described or as formed in one of the preceding embodiments.
9 zeigt ein Beispiel einer anderen Abwandlung der Ausgestaltung der 7, mit einer internen Steuerplatine 90, die innerhalb des Gehäuses 72 liegt. Gleiche Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausgestaltungen bezeichnet und nicht nochmals beschrieben. Zur besseren Übersichtlichkeit wurden einige Bezugszeichen weggelassen. Auch in der Ausgestaltung der 9 kann die Steuerplatine 90 Steuerbausteine 91, Sensoren (nicht gezeigt) und Anschlusspins 93 aufweisen. 9 shows an example of another modification of the embodiment of 7 , with an internal control board 90 inside the case 72 lies. Like components are designated by the same reference numerals as in the preceding embodiments and will not be described again. For clarity, some reference numerals have been omitted. Also in the design of the 9 can the control board 90 control modules 91 , Sensors (not shown) and connection pins 93 exhibit.
In der Ausgestaltung der 9 ist das Lagerschild 94 auf der Seite der internen Steuerplatine wie ein herkömmliches Lagerschild ausgebildet und lagert die Welle 20 relativ zu dem Gehäuse 72. Das gegenüberliegende Lagerschild 26 ist wie in den 7 und 8 beschrieben ausgebildet und lagert die Welle 20 relativ zu dem Gehäuse 72 und fixiert zusätzlich die Vorsprünge 36' des Lagerendblechs 36 in einer Ringnut 98.In the embodiment of 9 is the end shield 94 formed on the side of the internal control board like a conventional bearing plate and supports the shaft 20 relative to the housing 72 , The opposite end shield 26 is like in the 7 and 8th described formed and stores the shaft 20 relative to the housing 72 and additionally fixes the projections 36 ' of the bearing end sheet 36 in an annular groove 98 ,
Die Vorsprünge 34' des Statorendblechs 34 auf der Seite der internen Steuerplatine 90 sind jedoch nicht über das Lagerschild 94 fixiert, sondern über eine separate Fixierscheibe 100, die in dem gezeigten Beispiel an der internen Steuerplatine 90 angebracht und über diese relativ zu dem Gehäuse 72 fixiert ist. Die Fixierscheibe 100 weist eine Nut 102 auf, die die Vorsprünge 34' des Statorendblechs 34 und gegebenenfalls die daran anliegende Nutisolation aufnehmen kann. Die Nut 102 kann grundsätzlich wie eine der oben beschriebenen Ringnuten, als durchgehende Ringnut oder mit einzelnen Nutabschnitten und gegebenenfalls mit abgeschrägten Seitenwänden, ausgebildet sein. Auch die Fixierscheibe kann aus einen nichtmagnetischen Material, wie Aluminium oder Kunststoff bestehen.The projections 34 ' of the stator end plate 34 on the side of the internal control board 90 but are not on the end shield 94 fixed, but via a separate fixing washer 100 in the example shown on the internal control board 90 attached and about this relative to the housing 72 is fixed. The fixing disc 100 has a groove 102 on top of the tabs 34 ' of the stator end plate 34 and, if appropriate, can receive the groove insulation fitting against it. The groove 102 can in principle be designed as one of the above-described annular grooves, as a continuous annular groove or with individual groove sections and optionally with bevelled side walls. Also, the fixing plate may consist of a non-magnetic material, such as aluminum or plastic.
10 schließlich zeigt nochmals eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung. Gleiche Komponenten wie in den vorhergehenden Ausgestaltungen sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Zur besseren Übersichtlichkeit wurden einige Bezugszeichen weggelassen; gleichwohl wird auf die obige Beschreibung der vorhergehenden Ausgestaltungen Bezug genommen. 10 Finally, again shows a further embodiment of the arrangement according to the invention. Same components as in the previous embodiments are denoted by the same reference numerals. For clarity, some reference numerals have been omitted; however, reference is made to the above description of the foregoing embodiments.
Die Ausgestaltungen der 10 ist am besten mit Bezug auf 7 beschrieben, wobei sich die Ausgestaltungen der 10 von 7 dadurch unterscheidet, dass die Lagerschilder 104, 106 herkömmliche Lagerschilde sind, um die Welle 20 und somit die Rotoranordnung 12 relativ zu dem Gehäuse 12 zu lagern. Die Vorsprünge 34', 36' der Statorendbleche 34, 36 sind, in der gezeigten Ausgestaltung gemeinsam mit der anliegenden Nutisolation 62, in separaten Fixierscheiben 108, 110 fixiert, um Vibrationen und Geräuschbildung im Betrieb zu vermeiden. Die Fixierscheiben können hierzu eine Ringnut oder eine abschnittsweise ausgebildete Nut zum Aufnehmen der Vorsprünge 34', 36' aufweisen, wobei die Nut 112 gegebenenfalls abgeschrägte Seitenwände und somit einen kegelstumpfförmigen oder teilweise kegelstumpfförmigen Querschnitt haben kann, um die Fixierscheibe 108, 110 leichter mit den Vorsprüngen 34', 36' der Statorendbleche 34, 36 verbinden zu können. Die Fixierscheibe 108, 110 sollte aus einem nichtmagnetischen Material, wie Aluminium oder Kunststoff bestehen.The embodiments of 10 is best with regards to 7 described, wherein the embodiments of the 10 from 7 this distinguishes that the bearing plates 104 . 106 conventional bearing shields are to the shaft 20 and thus the rotor assembly 12 relative to the housing 12 to store. The projections 34 ' . 36 ' the stator end plates 34 . 36 are, in the embodiment shown together with the adjacent slot insulation 62 , in separate fixing discs 108 . 110 fixed to prevent vibration and noise during operation. For this purpose, the fixing discs can have an annular groove or a groove formed in sections for receiving the projections 34 ' . 36 ' have, wherein the groove 112 optionally bevelled side walls and thus have a frusto-conical or partially frusto-conical cross-section to the fixing disc 108 . 110 lighter with the protrusions 34 ' . 36 ' the stator end plates 34 . 36 to be able to connect. The fixing disc 108 . 110 should be made of a non-magnetic material such as aluminum or plastic.
Auch die Ausgestaltung der 10 kann die Vorsprünge 34', 36' der Statorendbleche 34, 36 wirksam fixieren, um Vibrationen und Geräuschbildung zu vermeiden. Es ergibt sich hierbei nicht der synergetische Effekt der gleichzeitigen Stabilisierung der Lagerschilde 104, 106, die in der Ausgestaltung der 10 an dem Gehäuse 72 fixiert sind. Aufgrund von Designanforderungen kann es jedoch in einigen Fällen zweckmäßig, sein separate Fixierscheiben 108, 110 anstelle der Lagerschilder 104, 106 zur Stabilisierung der Vorsprünge 34', 36' zu verwenden.The design of the 10 can the projections 34 ' . 36 ' the stator end plates 34 . 36 Fix effectively to prevent vibration and noise. This does not result in the synergistic effect of the simultaneous stabilization of the end shields 104 . 106 in the design of the 10 on the housing 72 are fixed. However, due to design requirements, it may be appropriate in some cases to have separate fixing discs 108 . 110 instead of the bearing plates 104 . 106 for stabilizing the projections 34 ' . 36 ' to use.
11 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Blechstapel, der den Statorkörper 28 bildet zur Erläuterung der relativen Abmessungen gemäß einer Ausgestaltung. In 11 bezeichnet dsheet die Dicke eines Statorendblechs 34 oder 36; ltooth bezeichnet die Dicke des gesamten Blechstapels 28, die der Höhe des Statorkörpers 28 (ohne die Vorsprünge 36', 34') entspricht; loverhang bezeichnet die Länge der Vorsprünge 34' und 36', gemessen von den Stirnseiten des Statorkörpers 28, die die Länge ltooth des Statorkörpers eingrenzen; k2. dsheet bezeichnet die im Betrieb nutzbare Länge der Vorsprünge 34' und 36', das heißt die Abschnitte der Vorsprünge 34', 36', die im Betrieb dem Rotormagneten 16 gegenüber liegen (siehe die 1 bis 10). Diese magnetisch wirksame Länge kann berechnet werden aus der Dicke dsheet des Statorendbleches und einer konstanten k2. k1·ltooth bezeichnet die gesamte wirksame Länge eines durch den Statorkörper 28 und die Vorspringe 34', 36' der Statorendbleche 34, 36 gebildeten Polschuhs, der dem ihm zugeordneten Rotormagneten 16 gegenüberliegt und von diesem Magnetfluss aufnimmt. Er kann berechnet werden aus der Länge ltooth des Statorkörpers und einem Faktor k1. lstack bezeichnet die Gesamtlänge des Statorkörpers 28 in axialer Richtung, einschließlich der Gesamtlänge loverhang der Vorsprünge 34' und 36'. 11 shows a sectional view through a stack of sheets, the stator body 28 to illustrate the relative dimensions according to an embodiment. In 11 d sheet denotes the thickness of a Statorendblechs 34 or 36 ; l tooth denotes the thickness of the entire stack of sheets 28 , the height of the stator body 28 (without the projections 36 ' . 34 ' ) corresponds; Overhang refers to the length of the protrusions 34 ' and 36 ' , measured from the front sides of the stator body 28 that limit the length l tooth of the stator body; k 2 . d sheet denotes the usable in operation length of the projections 34 ' and 36 ' that is, the portions of the projections 34 ' . 36 ' in operation, the rotor magnet 16 lie opposite (see the 1 to 10 ). This magnetically effective length can be calculated from the thickness d sheet of the Statorendbleches and a constant k 2 . k 1 · l tooth denotes the total effective length of one through the stator body 28 and the protrusions 34 ' . 36 ' the stator end plates 34 . 36 formed pole piece, the associated rotor magnet 16 opposite and receives from this magnetic flux. It can be calculated from the length l tooth of the stator body and a factor k 1 . l stack refers to the total length of the stator body 28 in the axial direction, including the total length l overhang of the projections 34 ' and 36 ' ,
Die für die Umwandlung der elektromagnetischen Energie nutzbare Länge luseful wird in der gezeigten Ausgestaltung bestimmt durch den Faktor k2 und die Blechdicke dsheet, gemäß dem Verhältnis: luseful = k2·dsheet = 0,5·(k1 – 1)·ltooth. The usable length for the conversion of the electromagnetic energy length l useful is determined in the embodiment shown by the factor k 2 and the sheet thickness d sheet , according to the ratio: l useful = k 2 · d sheet = 0.5 · (k 1 - 1) · l tooth .
Untersuchungen der Magnetflusskonzentration haben ergeben, dass für Koeffizienten von 1 < k1 < 2,5 und 0 < k2 ≤ 10 ein guter Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erzielt werden kann. Werden diese Bedingungen nicht eingehalten, ergibt sich für zu hohe Werte von k1 oder k2 ein zu hoher Sättigungsgrad des Magnetfelds im Bereich der Vorsprünge 34' und 36', sodass deren Nutzen für die Magnetflusskonzentration und der Wirkungsgrad einer elektrischen Maschine mit einer erfindungsgemäßen Anordnung verringert wird.Magnetic flux concentration studies have shown that for coefficients of 1 <k 1 <2.5 and 0 <k 2 ≤ 10 a good efficiency of the electric machine can be achieved. If these conditions are not met, too high a value of k 1 or k 2 results in an excessively high degree of saturation of the magnetic field in the region of the projections 34 ' and 36 ' so that their use for the magnetic flux concentration and the efficiency of an electric machine with an arrangement according to the invention is reduced.
Der Biegeradius zur Ausbildung der L-förmigen Vorsprünge 34' und 36' kann im Bereich von etwa 1,15 bis 1,25dsheet liegen, wobei die Bleche des Statorkörpers 28 aus Elektroblech oder ferromagnetischem Baustahl hergestellt sein können. Baustahl hat eine etwas größere Biegefestigkeit und ist flexibler als elektrischer Stahl. Die Biegeradien können daher bei Baustahl etwas kleiner sein als bei Elektroblech.The bending radius for the formation of the L-shaped projections 34 ' and 36 ' may be in the range of about 1.15 to 1.25d sheet , with the laminations of the stator body 28 can be made of electrical steel or ferromagnetic structural steel. Structural steel has a slightly greater flexural strength and is more flexible than electrical steel. The bending radii can therefore be slightly smaller with mild steel than with electrical steel.
In dem gezeigten Beispiel umfasst der den Statorkörper bildende Blechstapel zwölf Bleche, einschließlich der Statorendbleche 34 und 36. Die Bleche können alle aus demselben Material bestehen und die gleiche Dicke haben. Es ist auch möglich, die Statorendbleche 34, 36 aus einem anderen Material und mit einer anderen Dicke als die übrigen Bleche herzustellen. Zum Beispiel ist es möglich, für die übrigen Bleche der Statoranordnung Elektroblech zu verwenden und für die Statorendbleche ferromagnetischen Baustahl zu verwenden. Ebenso kann die Dicke dsheet der Statorendbleche 34, 36 von der Dicke der übrigen Statorbleche abweichen. Insbesondere kann die Dicke der Statorendbleche größer sein als die Dicke der übrigen Statorbleche. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Dicke dsheet der Statorendbleche im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm liegt. Die Dicke der übrigen Statorbleche kann im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm liegen und beträgt beispielsweise 0,35 mm.In the example shown, the sheet stack forming the stator body comprises twelve sheets, including the stator end sheets 34 and 36 , The sheets can all be made of the same material and have the same thickness. It is also possible, the Statorendbleche 34 . 36 made of a different material and with a different thickness than the other sheets. For example, it is possible to use for the remaining plates of the stator assembly of electrical steel and to use for the Statorendbleche ferromagnetic structural steel. Likewise, the thickness d sheet of Statorendbleche 34 . 36 differ from the thickness of the other stator laminations. In particular, the thickness of the Statorendbleche can be greater than the thickness of the remaining stator laminations. It is preferable if the thickness d sheet of the Statorendbleche is in the range of 0.5 mm to 2 mm. The thickness of the remaining stator laminations may be in the range of 0.2 mm to 0.5 mm and is for example 0.35 mm.
Des Weiteren ist es möglich, dass die Statoranordnung eine andere Anzahl von Blechen umfasst als gezeigt und dass an jedem Stirnende der Statoranordnung mehr als ein Statorendblech vorgesehen ist. Die Statorendbleche 34, 36 müssen auch nicht notwendig die äußersten Bleche des Statorkörpers bilden, sondern es können zusätzliche Statorbleche ohne Vorsprung außerhalb der Statorendbleche liegen, beispielsweise ein oder zwei zusätzliche Bleche. Weiterhin können in manchen Ausgestaltungen an nur einem Stirnende der Statoranordnung ein oder mehrere Statorendbleche mit Vorsprüngen angeordnet sein.Furthermore, it is possible for the stator arrangement to comprise a different number of metal sheets than shown, and for more than one stator end sheet to be provided at each front end of the stator arrangement. The stator end plates 34 . 36 also need not necessarily form the outermost sheets of the stator body, but there may be additional stator plates without projection outside the Statorendbleche, for example, one or two additional sheets. Furthermore, in some embodiments, one or more Statorendbleche may be arranged with projections on only one end face of the stator.
12 zeigt eine Draufsicht auf einen Blechschnitt zur Herstellung eines Statorkörpers gemäß dem Stand der Technik. 12 dient der Erläuterung der geometrischen Verhältnisse in einem Statorkörper. 12 shows a plan view of a sheet metal section for producing a stator body according to the prior art. 12 serves to explain the geometric relationships in a stator.
Wie in 12 gezeigt, umfasst jedes Statorblech 120 verschiedene Abschnitte, um in einem Blechstapel einen Statorkörper auszubilden, der einen Rückschlussring 122 und einer definierten Anzahl von Statorpolen 124 aufweist, wobei jeder Statorpol einen Polzahn 126 mit einem Polschuh 128 an seinem distalen Ende aufweist. In 12 bezeichnet R den Innenradius des Stators; αb bezeichnet den Winkel des Kreissegments, das durch eine Polschuhbreite bestimmt ist; ατ bezeichnet den Winkel des Kreissegments, das einer Polteilung entspricht; und bsh bezeichnet die Nutöffnung.As in 12 shown includes each stator plate 120 various sections to form in a stack of sheets a stator, which has a return ring 122 and a defined number of stator poles 124 each stator pole having a pole tooth 126 with a pole piece 128 has at its distal end. In 12 R denotes the inner radius of the stator; α b denotes the angle of the circle segment, which is determined by a Polschuhbreite; α τ denotes the angle of the circle segment which corresponds to a pole pitch; and b sh denotes the slot opening.
Ein Beispiel eines Blechschnitts 130 für eine erfindungsgemäße Anordnung ist in 13 dargestellt. Der Blechschnitt 130 weist wie das Statorblech 120 verschiedene Abschnitte zum Ausbilden des Statorkörpers auf, nämlich einen Rückschluss 132 und Pole 134, die jeweils einen Polzahn 136 und einen Polschuh 138 umfassen. Am distalen Ende des Polschuhs 138 ist jeder Pol 134 um einen Ansatz oder Vorsprung 139 verlängert, wobei in dem Beispiel der 13 der Vorsprung 139 eine viereckige Grundfläche hat und genauer eine näherungsweise rechteckige Grundfläche, wobei die Seite des Rechtecks, die an das distale Ende des Polschuhs 38 angrenzt, kollinear zu der gekrümmten Innenfläche des Polschuhs ist. In dem in 13 gezeigten Beispiel wird der Vorsprung 139 durch eine Fläche gebildet, deren Breite der Breite des Polschuhs 138 entspricht und deren Länge y so gewählt ist, dass zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen 139 ein Mindestabstand bcut eingehalten wird, wobei bcut den Abstand angibt, der vorgesehen wird, um das Statorblech zwischen zwei Vorsprüngen 139 mithilfe einer Stanzeinrichtung zu schneiden.An example of a sheet metal cutting 130 for an inventive arrangement is in 13 shown. The brass section 130 points like the stator plate 120 various sections for forming the stator body, namely a conclusion 132 and poles 134 , each one pole tooth 136 and a pole piece 138 include. At the distal end of the pole piece 138 is every pole 134 for an approach or lead 139 extended, in the example of the 13 the lead 139 has a quadrangular footprint and more precisely an approximately rectangular footprint, with the side of the rectangle attached to the distal end of the pole piece 38 is collinear to the curved inner surface of the pole piece. In the in 13 example shown is the projection 139 formed by a surface whose width is the width of the pole piece 138 corresponds and whose length y is chosen so that between two adjacent projections 139 a minimum distance b cut is maintained, where b cut indicates the distance that is provided to the stator between two projections 139 using a punching device to cut.
Nach dem Ausstanzen des Statorblechs 130 und gegebenenfalls Zusammenfügen mit weiteren Statorblechen werden die Vorsprünge 139 L-förmig umgebogen, um den in den 1 bis 11 gezeigten Statorkörper zu bilden.After punching out the stator plate 130 and optionally joining with other stator laminations, the projections 139 L-shaped bent to the in the 1 to 11 To form shown stator body.
In einer alternativen Ausgestaltung, die in 14 gezeigt ist, können die Vorsprünge eine sechseckige Grundfläche haben. Auch 14 hat ein Statorblech 140 einer Statoranordnung Abschnitte zum Bilden eines Rückschlusses 142 und einer definierten Anzahl Pole 144. Jeder Pol 144 umfasst einen Polzahn 146 und einen Polschuh 148 an seinem distalen Ende. In der Ausgestaltung der 14 ist an dem radial innenliegenden Ende des Polschuhs ein sechseckiger Vorsprung 149 ausgebildet, der aufgebaut ist aus einem im Wesentlichen rechteckigen Abschnitt, ähnlich dem Vorsprung 139 der 13, und einem daran angrenzenden trapezförmigen Abschnitt, sodass sich eine Gesamtlänge loverhang des Vorsprungs 149 ergibt.In an alternative embodiment, the in 14 is shown, the projections may have a hexagonal base. Also 14 has a stator plate 140 a stator assembly sections for forming a conclusion 142 and a defined number of poles 144 , Every pole 144 includes a pole tooth 146 and a pole piece 148 at its distal end. In the embodiment of 14 is at the radially inner end of the pole piece a hexagonal projection 149 formed, which is composed of a substantially rectangular portion, similar to the projection 139 of the 13 , and an adjacent trapezoidal section, so that a total length l overhang of the projection 149 results.
Wie mit Bezug auf 11 erläutert, ist die Länge loverhang des Vorsprungs unter anderem abhängig von der Dicke der Statorbleche beziehungsweise der Statorendbleche 34 und 36. Abhängig von den geometrischen Gegebenheiten des Statorblechs, insbesondere den Größen bcut und bsh (siehe 13) und der gewünschten Länge loverhang des Vorsprungs in radialer Richtung, kann eine rechteckige oder eine hexagonale Form des Vorsprungs 139 oder 149 gewählt werden. Zum Beispiel können die Vorsprünge 139 eine rechteckige oder im Wesentlichen rechteckige Formen (wie in 13 gezeigt) haben, wenn das Verhältnis gilt: loverhang ≤ R(cos(αb) – sin(αb)ctg(ατ))(1 – bcut/bsh) As with respect to 11 explained, the length l overhang of the projection is inter alia dependent on the thickness of the stator laminations or the Statorendbleche 34 and 36 , Depending on the geometric conditions of the stator, in particular the sizes b cut and b sh (see 13 ) and the desired length l overhang of the projection in the radial direction, may be a rectangular or a hexagonal shape of the projection 139 or 149 to get voted. For example, the projections 139 a rectangular or substantially rectangular shapes (as in 13 shown) if the ratio is: l overhang ≤ R (cos (α b ) -sin (α b ) ctg (α τ )) (1-b cut / b sh )
Eine hexagonale Form der Vorsprünge 139 wird zum Beispiel gewählt, wenn folgendes Verhältnis gilt: loverhang > R(cos(αb) – sin(αb)ctg(ατ))(1 – bcut/bsh) A hexagonal shape of the protrusions 139 is chosen, for example, if the following relationship applies: l overhang> R (cos (α b) - sin (α b) ctg (α τ)) (1 - b cut / b sh)
Für beide Ausgestaltungen gilt, das die Höhe y des rechteckigen Teils des Vorsprungs wie folgt gewählt werden kann: y = R(cos(αb) – sin(αb)ctg(ατ))(1 – bcut/bsh) For both embodiments, the height y of the rectangular part of the projection can be chosen as follows: y = R (cos (α b) - sin (α b) ctg (α τ)) (1 - b cut / b sh)
15 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Statorblech 150 für den Fall, dass die Vorsprünge 159 eine besonders große Länge haben sollen. In der Darstellung der 15 ist ein Rückschlussring mit 152 bezeichnet, und die Pole sind mit 154 bezeichnet. Jeder Pol 154 umfasst einen Polzahn 156 und einen Polschuh 158 sowie einen Vorsprung 159, der an das distale Ende des Polschuhs 158 angrenzt. Die Länger des Vorsprungs 159 kann gemäß den oben angegebenen Bedingungen gewählt werden. 15 shows another example of a stator plate 150 in the event that the projections 159 should have a particularly long length. In the presentation of the 15 is a return ring with 152 designated, and the poles are with 154 designated. Every pole 154 includes a pole tooth 156 and a pole piece 158 as well as a lead 159 attached to the distal end of the pole piece 158 borders. The lenghts of the projection 159 can be chosen according to the conditions given above.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
1010
-
bürstenloser Gleichstrommotorbrushless DC motor
-
1212
-
Rotoranordnungrotor assembly
-
1414
-
Statoranordnungstator
-
1616
-
Rotormagneterotor magnets
-
1818
-
Rotorkörperrotor body
-
2020
-
Wellewave
-
2222
-
Lagercamp
-
24, 2624, 26
-
Lagerschildend shield
-
2828
-
Statorkörper, BlechstapelStator body, stack of sheets
-
3030
-
Statorspulenstator coils
-
3232
-
Nutisolationslot insulation
-
34, 3634, 36
-
StatorendblecheStatorendbleche
-
34', 36'34 ', 36'
-
Vorsprüngeprojections
-
3838
-
Ringnutring groove
-
44, 4644, 46
-
Lagerschildend shield
-
48, 5048, 50
-
Halteringretaining ring
-
5252
-
Stufestep
-
5454
-
Stufestep
-
6262
-
Nutisolationslot insulation
-
64, 6664, 66
-
Lagerschildend shield
-
6868
-
Ringnutring groove
-
7272
-
Gehäusecasing
-
74, 7674, 76
-
Lagerschildend shield
-
7878
-
Ringnutring groove
-
8080
-
externe Steuerplatineexternal control board
-
8181
-
Steuerbausteinecontrol modules
-
8282
-
Hall-SensorHall sensor
-
8383
-
Anschlusspinsconnector pins
-
8484
-
Lagerschildend shield
-
8585
-
Durchbrüchebreakthroughs
-
8686
-
Lagerschildend shield
-
9090
-
interne Steuerplatineinternal control board
-
9191
-
Steuerbausteinecontrol modules
-
9393
-
Anschlusspinsconnector pins
-
94, 9694, 96
-
Lagerschildend shield
-
9898
-
Ringnutring groove
-
100100
-
Fixierscheibeaffixation
-
102102
-
Nutgroove
-
104, 106104, 106
-
Lagerschildend shield
-
108, 110108, 110
-
Fixierscheibeaffixation
-
112112
-
Ringnutring groove
-
120120
-
Statorblechstator lamination
-
122122
-
Rückschlussconclusion
-
124124
-
PolePole
-
126126
-
Polzahnpole tooth
-
128128
-
Polschuhpole
-
130130
-
Statorblechstator lamination
-
132132
-
Rückschlussconclusion
-
134134
-
PolePole
-
136136
-
Polzahnpole tooth
-
138138
-
Polschuhpole
-
139139
-
Vorsprunghead Start
-
140140
-
Statorblechstator lamination
-
142142
-
Rückschlussconclusion
-
144144
-
PolePole
-
146146
-
Polzahnpole tooth
-
148148
-
Polschuhpole
-
149149
-
Vorsprunghead Start
-
150150
-
Statorblechstator lamination
-
152152
-
Rückschlussconclusion
-
154154
-
PolePole
-
156156
-
Polzahnpole tooth
-
158158
-
Polschuhpole
-
159159
-
Vorsprunghead Start
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
DE 102005042519 A1 [0005] DE 102005042519 A1 [0005]
-
US 7567009 A [0005] US 7567009 A [0005]
