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Die Erfindung betrifft einen Statorzahn nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Statorzahnsegment, einen Statorkörper und einen Stator.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 10 2013 212 909 A1 beschrieben, eine Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine mit mehreren Wicklungen bekannt. Die Maschinenkomponente umfasst einen Komponentenkörper, der Nuten aufweist, einen oder mehrere erste Wicklungsteile, die mithilfe eines oder mehrerer Steckelemente zum Aufbau einer Steckwicklung ausgebildet sind, und einen oder mehrere zweite Wicklungsteile, die als Drahtwicklungen mit Spulendrähten ausgebildet sind.
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In der
DE 10 2008 054 389 A1 wird eine elektrische Maschine mit einem Klauenpolrotor beschrieben. Der Stator der Maschine, dessen Wicklung mehrsträngig ausgebildet und mit ihren Stranganschlüssen mit einer Gleichrichteranordnung oder alternativ einer Pulswechselrichteranordnung verbunden ist, besitzt hierbei einen Innendurchmesser, welcher zumindest in Nutmitte um einen Faktor von 0,70 bis 0,77, vorzugsweise um einen Faktor von 0,73 bis 0,75, kleiner ist als der zugehörige Außendurchmesser der Maschine. Das Verhältnis der Nutbreiten an den Nutöffnungen zu den Nutbreiten am jeweiligen Nutgrund liegt im Bereich von 0,69 bis 0,81, vorzugsweise im Bereich von 0,73 bis 0,78.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Statorzahn, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Statorzahnsegment, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Statorkörper und einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Stator anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Statorzahn mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Statorzahnsegment mit den Merkmalen des Anspruchs 5, einen Statorkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und einen Stator mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einem Statorzahn für einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Antriebsmaschine für ein Fahrzeug, weist ein Zahnkörper in einem an einen Zahnfuß angrenzenden Fußbereich eine größere Breite auf als in einem an einen Zahnkopf angrenzenden Kopfbereich.
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Erfindungsgemäß ist der Fußbereich derart breit, insbesondere derart wesentlich breiter als der Kopfbereich, dass Schwingungsmoden und/oder Eigenschwingungen reduziert sind. Der Fußbereich ist insbesondere breiter und/oder der Unterschied zwischen der Breite des Fußbereichs und der Breite des Kopfbereichs ist insbesondere größer als bei aus dem Stand der Technik bekannten Statorzähnen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Statorzahns wird erreicht, dass die Schwingungsmoden nicht oder nur vermindert aus dem Statorzahn in einen Jochbereich des Stators dringen können. Dadurch werden unerwünschte hör- und/oder spürbare Schwingungen, auch als NVH (Noise Vibration Harshness -> Geräusch, Vibration, Rauhigkeit) wesentlich reduziert.
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Insbesondere werden die Schwingungsmoden innerhalb des Statorzahns durch den breiteren Fußbereich derart eingeschränkt, dass Eigenschwingungen sich nicht oder zumindest deutlich geringer im Statorzahn und damit im Stator bilden können. Durch die unterschiedliche Breite des Zahnkörpers in dessen Fußbereich und Kopfbereich sind die Eigenschwingungen nicht gleichmäßig und eine Übertragung in den Jochbereich und/oder Außenbereich des Stators wird verhindert oder zumindest vermindert.
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Insbesondere ist der Statorzahn derart ausgebildet, dass ein Wicklungsraum für eine Statorwicklung zwischen zwei derartigen im Stator benachbart zueinander angeordneten Statorzähnen auf Höhe des Fußbereichs der Zahnkörper der Statorzähne schmaler ist als auf Höhe des Kopfbereichs der Zahnkörper der Statorzähne. Dadurch, d. h. durch die größere Breite des Wicklungsraums auf Höhe des Kopfbereichs der Zahnkörper aufgrund von deren geringerer Breite in diesem Kopfbereich, wird erreicht, dass trotz der geringeren Breite des Wicklungsraums auf Höhe des Fußbereichs der Zahnkörper der Wicklungsraum dennoch die gleiche Größe aufweist wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Statoren, so dass es durch die erfindungsgemäße Form der Statorzähne zu keinen Bauraumeinschränkungen, insbesondere Bauraumreduzierungen, für die Statorwicklung im Wicklungsraum kommt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Stators für eine elektrische Maschine,
- 2 schematisch eine Seitenansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform eines Statorzahnsegments, und
- 3 schematisch eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Statorzahnsegments.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung eines Stators 1 für eine elektrische Maschine. Eine solche elektrische Maschine ist beispielsweise als eine elektrische Antriebsmaschine für ein Fahrzeug ausgebildet. Eine Statorwicklung W des Stators 1 ist in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, jedoch in den 2 und 3.
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Der Stator 1 weist ein Gehäuse 2 mit einer geräuschaussendenden Außenoberfläche 3 auf. Geräusche der elektrischen Maschine, insbesondere verursacht durch Schwingungen von Statorkomponenten im Inneren des Gehäuses 2, werden über diese Außenoberfläche 3 an eine Umgebung der elektrischen Maschine abgegeben und können dadurch beispielsweise auf Fahrzeuginsassen und Personen außerhalb des Fahrzeugs störend wirken.
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Der Stator 1 weist als Komponenten im Inneren des Gehäuses 2, welche solche Schwingungen verursachen können, insbesondere eine Mehrzahl von Statorzähnen 4 auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Statorzähne 4 jeweils einzeln ausgebildet sind oder dass der Stator 1 eine Mehrzahl von Statorzahnsegmenten 5 umfasst, die jeweils mehrere dieser Statorzähne 4 aufweisen, wie in den 2 und 3 gezeigt, oder dass der Stator 1 einen Statorkörper umfasst, der alle diese Statorzähne 4 des Stators 1 aufweist.
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Die Statorzähne 4 weisen jeweils einen Zahnfuß 6, einen Zahnkopf 7 und dazwischen einen Zahnkörper 8 auf. Bei dem in den 2 und 3 dargestellten Statorzahnsegment 5 sind die Statorzähne 4 dieses Statorzahnsegments 5 über ihre Zahnfüße 6 miteinander verbunden. Diese verbundenen Zahnfüße 6 bilden dabei einen Rückschlussbereich, insbesondere einen Jochbereich des Stators 1.
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Zwischen jeweils zwei benachbart angeordneten Statorzähnen 4 des Statorzahnsegments 5 und ebenfalls des Stators 1 ist ein Wicklungsraum 9 für die Statorwicklung W ausgebildet, auch als Spulenraum oder Statorspulenraum bezeichnet.
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Bei der in 2 dargestellten und bereits aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform dieser Statorzähne 4 weist der Zahnkörper 8 über seine gesamte Ausdehnung zwischen dem Zahnkopf 7 und dem Zahnfuß 6 die gleiche Breite auf, d. h. er ist quaderförmig ausgebildet. Dabei sind die Statorzähne 4 insbesondere derart ausgebildet, dass der Wicklungsraum 9 zwischen den benachbart zueinander angeordneten Statorzähnen 4 auf Höhe eines Fußbereichs 10 der Zahnkörper 8 der Statorzähne 4 breiter ist als auf Höhe eines Kopfbereichs 11 der Zahnkörper 8 der Statorzähne 4. In anderen Ausführungsformen kann der Wicklungsraum 9 einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist im Gegensatz dazu vorgesehen, dass der Zahnkörper 8 des jeweiligen Statorzahns 4 im an den Zahnfuß 6 angrenzenden Fußbereich 10 eine größere Breite, insbesondere eine wesentlich größere Breite, aufweist als im an den Zahnkopf 7 angrenzenden Kopfbereich 11. D. h. eine Fußbereichbreite BF ist größer, insbesondere wesentlich größer, als eine Kopfbereichbreite BK.
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Insbesondere weist der Zahnkörper 8 des jeweiligen Statorzahns 4 einen, zumindest im Wesentlichen, trapezförmigen Querschnitt auf, insbesondere einen Querschnitt, welcher, zumindest im Wesentlichen, die Form eines gleichschenkligen und/oder symmetrischen Trapezes aufweist. Insbesondere nimmt die Breite des Zahnkörpers 8, ausgehend vom Zahnkopf 7, bis zum Zahnfuß 6 kontinuierlich zu.
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Durch diese Ausbildung der Statorzähne 4 ist der Wicklungsraum 9 zwischen den benachbart zueinander angeordneten Statorzähnen 4 auf Höhe des Fußbereichs 10 der Zahnkörper 8 der Statorzähne 4 schmaler als auf Höhe des Kopfbereichs 11 der Zahnkörper 8 der Statorzähne 4. Der Wicklungsraum 9 weist somit insbesondere einen, zumindest im Wesentlichen, V-förmigen Querschnitt auf, welcher sich in Richtung der Zahnköpfe 7 und somit in Richtung eines Rotors der elektrischen Maschine erweitert, wobei die V-Form insbesondere eine stumpfe V-Form ist, da sich die Zahnkörper 8 im Fußbereich 10 im dargestellten Beispiel nicht berühren, sondern die Statorzähne 4 nur über die Zahnfüße 6 miteinander verbunden sind.
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Dadurch, d. h. durch die größere Breite des Wicklungsraums 9 auf Höhe des Kopfbereichs 11 der Zahnkörper 8 aufgrund von deren geringerer Breite in diesem Kopfbereich 11, wird erreicht, dass trotz der geringeren Breite des Wicklungsraums 9 auf Höhe des Fußbereichs 10 der Zahnkörper 8 der Wicklungsraum 9 dennoch die gleiche Gesamtgröße aufweist wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Statoren 1, so dass es durch die mit Bezug auf 3 beschriebene Form der Statorzähne 4 zu keinen Bauraumeinschränkungen, insbesondere Bauraumreduzierungen, für die Statorwicklung W im Wicklungsraum 9 kommt.
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Der jeweilige Statorzahn 4 ist insbesondere derart ausgebildet, dass der Fußbereich 10 derart breit ist, insbesondere derart wesentlich breiter als der Kopfbereich 11 ist, dass Schwingungsmoden und/oder Eigenschwingungen des Statorzahns 4 reduziert sind. Durch diese Ausbildung des Statorzahns 4 wird erreicht, dass die Schwingungsmoden nicht oder nur vermindert aus dem Statorzahn 4 in den Jochbereich des Stators 1 dringen können, d. h. es wird eine Schwingungsdämpfung erreicht. Dadurch werden unerwünschte hör- und/oder spürbare Schwingungen, auch als NVH (Noise Vibration Harshness -> Geräusch, Vibration, Rauhigkeit) bezeichnet, wesentlich reduziert.
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Insbesondere werden die Schwingungsmoden innerhalb des Statorzahns 4 durch den breiteren Fußbereich 10 derart eingeschränkt, dass Eigenschwingungen sich nicht oder zumindest deutlich geringer im Statorzahn 4 und damit im Stator 1 bilden können. Durch die unterschiedliche Breite des Zahnkörpers 8 in dessen Fußbereich 10 und Kopfbereich 11 sind die Eigenschwingungen nicht gleichmäßig und eine Übertragung in den Jochbereich und/oder Außenbereich des Stators 1 wird verhindert oder zumindest vermindert.
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Durch die mit Bezug auf 3 beschriebene Lösung wird somit eine Modenform des Stators 1 erreicht, welche Anregungen, insbesondere aufgrund elektromagnetischer Kräfte in der elektrischen Maschine, nicht oder zumindest deutlich reduziert an die geräuschaussendende Außenoberfläche 3 des Gehäuses 2 überträgt. In Abhängigkeit von einer Form der auf die Statorzähne 4 wirkenden Kräfte kann eine Resonanz auftreten. Diese Form der Kräfte kann beispielsweise äquivalent zu einer Biegemodenform oder einer so genannten Atmungsmodenform (breathing mode shape) des Stators 1 sein. Durch die mit Bezug auf 3 beschriebene Ausbildung der Statorzähne 4 kann insbesondere jede Resonanz, welche aufgrund von Biegemodenformen des Stators 1 auftritt, erheblich reduziert werden. Die im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Statorzähnen 4 größere Breite im Fußbereich 10 des mit Bezug auf 3 beschriebenen Statorzahns 4 widersteht insbesondere allen natürlichen Biegemoden des Stators 1.
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Besonders vorteilhaft bezieht sich die Veränderung des Statorzahns 4, insbesondere gegenüber bisher in Statoren 1 für elektrische Maschinen, insbesondere für elektrische Antriebsmaschinen von Fahrzeugen, verwendeten Statorzähnen 4, nur auf die geschilderten Merkmale, jedoch nicht auf eine Gesamtlänge des Statorzahns 4, d. h. diese Gesamtlänge und daraus resultierend ein innerer Radius und ein äußerer Radius des Stators 1 bleiben somit gleich, so dass auch ein Luftspalt zwischen Stator 1 und Rotor unverändert bleibt. Auch ein Volumen bleibt vorteilhafterweise gleich, insbesondere auch durch die auf die oben beschriebene Weise erreichte gleichbleibende Gesamtgröße des Wicklungsraums 9, so dass weiterhin ein ausreichender Bauraum für die Statorwicklung W vorhanden ist.
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Es können somit vorteilhafterweise das bisher verwendete Gehäuse 2 und der bisher verwendete Rotor weiterhin verwendet werden und es werden vorteilhafterweise nur die bisher verwendeten Statorzähne 4 gegen die mit Bezug auf 3 beschriebenen Statorzähne 4 ersetzt. Dadurch sind vorteilhafterweise auch Leistungs- und Energieverbrauchsdaten der elektrischen Maschine gleich. Somit wird durch die mit Bezug auf 3 beschriebene Lösung auf kostengünstige Weise und mit relativ geringen Veränderungen, vorteilhafterweise Veränderungen nur an einer Komponente, nämlich an den Statorzähnen 4, eine wesentliche Geräuschreduzierung erreicht, wie bereits beschrieben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Gehäuse
- 3
- Außenoberfläche
- 4
- Statorzahn
- 5
- Statorzahnsegment
- 6
- Zahnfuß
- 7
- Zahnkopf
- 8
- Zahnkörper
- 9
- Wicklungsraum
- 10
- Fußbereich
- 11
- Kopfbereich
- BF
- Fußbereichbreite
- BK
- Kopfbereichbreite
- W
- Statorwicklung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013212909 A1 [0002]
- DE 102008054389 A1 [0003]
